基于SOLO分类评价理论培养科学思维的教学实践——以“体液调节与神经调节的关系”为例

张 粒

（宁波市北仑区泰河中学 宁波北仑 315800）

1 SOLO分类评价理论

SOLO（Structure of the Observed Learning Outcome）分类评价理论是由香港大学教育心理学家彼格斯基于皮亚杰认知发展阶段论提出的“可观察的学习结果的结构”，根据学习者在解释某一具体问题时其内部结构的复杂程度量化为前结构水平（P）、单点结构水平（U）、多点结构水平（M）、关联结构水平（R）和抽象拓展结构水平（E）5个层次。这五个层次主要反应了思维要素的关联水平以及超越情境的抽象思维能力，旨在刻画学生对概念的理解由现象到本质、由低阶到高阶、由简单到复杂的进阶变化。

P代表学习者思维要素混乱的非结构认知水平；U代表学习者注意到单个要素与问题的直接关联，即“只接触问题的一个方面就立刻跳跃到问题的结论上”；M反映了学习者能通过有限的要素思考问题的结论，但要素与要素之间几无关联，且各要素跟结论之间的思维关联特点也跟U的一样——“快速收敛”；R则反映了学习者沟通要素与要素之间的关联，推导出问题的结论，但处于R层次的学习者对问题或要素的关联思考往往只限于该特定内容；处于E层次的学习者能够超越所给的材料，通过抽象、概括、归纳、演绎、比较等途径形成某一类问题的方法论，能对“未经历的问题情境进行推导性思考”。“P→U→M”是量变，而“M→R→E”的过程则是质变的认知跳跃。

生命系统中要素之间以及要素与环境之间并不是简单的因果关系，而是错综复杂彼此交互的多边构建关系。SOLO分类评价理论对思维层级提升的描述与生物学科科学思维的发展过程相似，也要经历由单一要素关联到多要素的思维上升过程。这种螺旋式上升的结构化层级能够清晰地反映学习结果由量变到质变、理解水平由浅层到深层、概念层级由经验到整合的发展过程。

2 基于SOLO分类评价理论的学生思维进阶

借助SOLO分类评价理论，教师可以从课时、单元甚至整个模块，评价学生的思维层次的动态跃升情况，以指示概念建构的收敛水平，同时便于及时给予反馈与激励。“体液调节与神经调节的关系”作为人教版《选择性必修1·稳态与调节》第四章的最后一课，能将课时内、课时间的知识内在联系和知识结构进行整合建构，有利于学生从整体上把握学科知识和思想方法，形成具有生长力的认知体系，本节课的教学也体现了思维发展从前结构、单点、多点、关联结构到抽象拓展结构的层级跃迁过程。下面以其中的“水盐平衡调节”为例，具体阐述思维的层级划分及发展进阶（图1），并从纵向延伸、横向扩展、内向挖掘、三维聚焦4个层面具体呈现学生思维能级的跃升及概念建构的进阶过程。

图1 “体液调节与神经调节的关系”思维层级进阶

2.1 纵向延伸，突破单点结构水平

思维处于前结构水平的学生仅有无逻辑关联的经验事实，如仅能说出抗利尿激素的功能是促进肾脏重吸收水，但“抗利尿激素的分泌需要何种信号”及“其分泌的量如何调节”“对肾脏重吸收水的作用机制如何”等缺乏深度认知。其单点结构处于较低的思维逻辑水平，仅能对比较熟悉或简单的问题情境定位到关键信息，能基于经验及简单事实进行单一线性的归纳，科学思维能力涉及演绎与推理。

提升单点结构水平这一思维层级，教师需要从把握关联、主次、限制分析的视角，在教学中寻找相关要素，明确要素之间上下位关系，采用纵向延伸的教学逻辑。教师呈现相关资料“体液中的离子分布”，引导学生讨论水盐平衡调节中感知的信号是细胞外以Na+为主的渗透压变化，归纳机体正常条件下水和Na+的来源与去路；呈现“下丘脑支配神经垂体图解”，促进学生建构感受器-下丘脑-神经垂体-抗利尿激素分泌的纵向反射路径，及作用于肾脏集合管促进对水的重吸收，从而调节细胞外液渗透压（图2）。至此，学生的思维能级从对“激素功能”的理解提升为“激素分泌是神经调节的结果”，初步建立了体液调节与神经调节的联系。

图2 学生思维处于单点结构水平时的概念建构范例

2.2 横向扩展，突破多点结构水平

达到思维的多点结构水平的学生往往能对问题情境及多个事实，定位多个关键信息，并对信息建立简单联系，解释相关生命现象或对图示文字进行简单解读。相较于单点结构水平，它涉及的问题要素增多，但要素之间仍然是线性或平面的关系，难以立体架构。该阶段主要任务依然是寻找与生物学现象有关的维度，在上一阶段的基础上找到生物学要素涉及的时空综合的“多点”。科学思维能力主要涉及归纳与概括、演绎与推理、模型与建模。

要实现学生的思维能级从单点结构跃迁至多点结构水平，教师可采用横向扩展的视角：抓住一个要点，利用丰富的事实，创设问题链条、设置思维冲突。教师呈现“尿崩症患者与正常人临床‘禁水’实验中血浆渗透压变化与抗利尿激素分泌量，及其与尿液渗透压之间的关系数据图”“抗利尿激素对肾脏重吸收水的作用机制”等材料，引导学生经历数形转换、辩证分析神经系统能有效感知血浆渗透压变化、精准调控血浆抗利尿激素分泌量，并通过激素信号的高效应答，实现对尿液渗透压（肾脏重吸收水）的调节。教师引导学生在“禁水实验”的基础上优化改进、提出“中枢性/肾源性尿崩”的诊断方案。学生在生生对话中提出机体通过主动饮水行为参与渗透压稳态的调节，并在“纵向反射路径”的基础上完善图示（图3），以“点”及“面”，建立“激素调节的精准感知、精量调控、微量高效”的认知。

图3 学生思维处于多点结构水平时的概念建构范例

2.3 内向挖掘，突破关联结构水平

达到思维的关联结构水平的学生对较为复杂的问题情境如生物学实验、反应机理等内容，能在观察、解析、建构的基础上透过现象归纳本质，理解生物学原理与规律，并通过演绎推理等预测结果。此水平关联的事实、概念较多，且逻辑关系更为复杂与立体，学生需要对多个因素进行综合与关联性分析，立体建构各条线索的内在联系。该阶段主要考查演绎与推理、模型与建模、归纳与概括及批判性思维。

要提升至该思维水平，教师需要引导学生多维度、有联系地看待问题，重点关注多点要素之间的关联性、一致性和收敛性，既要还原机制，又要整体认知、深层次把握调节的本质。教师呈现抗利尿激素参与调节肾脏集合管上皮细胞重吸收水的分子机制及激素或受体异常引发的相应疾病，通过师生问答，归纳“激素”调节的本质是“信号”与“受体”的识别及信号放大，从而高效调节细胞代谢；且激素分泌的精准性与高效性归根结底也是“信息的识别与响应”，对此学生能作出图4所示的修改。稳态的调节不是静态、孤立的。教师使学生用动态演化的视角观察事物的实体性，引导学生关联地、全面地看待生物学现象，从而挖掘“调节”的本质，进一步提升思维的综合水平，形成信息观、稳态与平衡观及系统观。

图4 学生思维处于关联结构水平时的概念建构范例

2.4 三维聚焦，突破抽象拓展结构水平

达到SOLO分类评价理论中抽象拓展结构水平的学生，对复杂、新颖的情境和涉及的程序性、反省性知识，不仅能定位关键信息，分析推理生物学现象或实验数据，归纳概括其中蕴含的生物学规律与原理，并能从初始情境中迁移至未经历的新情境中，以此规律、原理、观念创造性地解决未知情境中的问题，具备一定的开放性和思维抽象性。在此阶段，教师主要考查模型与建模、批判性思维及创造性思维层次。

本思维层级体现在教学逻辑上应为得出生命活动调节方面的抽象体系，要求学生运用多个生命观念综合分析，掌握综合分析某类生命现象与问题解决的思路。生命系统是灵动的、开放的，内部时刻发生着物质变化和能量转换，但多数时候维持相对稳定的状态，而稳态的本质就是对“变化”进行“调节”，如何理解“神经-体液调节是稳态调节的基本机制”“稳态的实现离不开系统内各组分间的相互作用，也是细胞共建与共享的结果”？本思维层级的突破采用概念层级的梳理与不同维度的聚焦，通过“归纳多个调节案例”建构体液调节与神经调节的关系图式，引导学生解释内分泌系统的活动受到神经系统的调控，分级调节与反馈调节精准高效；神经系统的发育和功能又受到激素的影响，两者密切配合又相互影响（图5），并以“从水盐代谢与平衡角度深度解释糖尿病患者多尿、多饮、多食、消瘦的原因”的讨论，多维度理解机体的复杂性与系统性，从整体上把握学科知识和思想方法。

图5 学生思维处于抽象拓展结构水平时的概念建构范例

3 SOLO思维层级提升策略

3.1 设计问题链条，搭建思维链式

针对学生逻辑链条短、要素关联不清晰的现状，教师依据学生的学习水平和课标要求，设计多阶层和结构化的问题链条。例如，在实验数据解读与辩证分析抗利尿激素分泌及调控特点时，教师引导学生关注“正常人”与“中枢病变的尿崩患者”在长时间禁水中机体感知血浆渗透压变化的阈值与血浆抗利尿激素的分泌量区间范围；关注两类人群单位量的血浆抗利尿激素对尿液浓缩效果的差异；探索抗利尿激素促进肾脏重吸收水的限性等问题链条，以此激发学生建立调节的高效性与有限性的认知。要素之间的关联初步形成，思维结构水平由多点结构向关联结构提升。

3.2 引燃思维冲突，激发质疑重构

学生容易用模式化的思维方法去分析现实中未经结构化的问题情境，思维过程僵化，不利于形成良性的思维结构。因此，在教学过程中应用真实复杂的现实情境对概念进行重构有利于提升思维结构的关联水平。学生在面对糖尿病“多尿”症状是否与抗利尿激素分泌减少有关产生质疑时，教师应该抓住思维拔节的亮点，鼓励学生资料搜集与重构思维，进一步厘清机体稳态是多因素交互的结果，理解机体也存在复杂系统下自我组织性的失调。

3.3 构建思维图式，提升认知层级

思维图式是推动认知结构从“多点”向“关联”，“关联”向“抽象”提升的重要策略。思维图式帮助学生厘清任务解决中的关键要素，转化认知，演变成学习者思维图式中的思维要素与思维链式。当学生能从关联结构中抽象概括出普遍联系时，认知层级则逐步向“抽象拓展结构水平”提升。