SOLO分类理论在生物学科学思维水平评价中的应用

林细富

［摘 要］科学思维水平评价是当前生物学教学评价的一个热点和难点，SOLO分类理论为科学思维水平评价提供了一种操作性强的实践路径。让学生对某一问题进行分析与作答，然后教师根据学生的分析与作答情况，确定学生的科学思维水平并实施评价，可达到因材施教，促进学生思维进阶，培育学生学科核心素养的目的。

［关键词］SOLO分类理论；生物学；科学思维水平；评价

［中图分类号］    G633.91        ［文献标识码］    A        ［文章编号］    1674-6058（2023）02-0092-03

《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》（本文简称新课标）提出“学业评价促发展”的教学理念。根据课程标准规定的培养目标和具体的教学目标实施基于学科核心素养的评价是评价改革的重要举措。倡导在评价中关注学生的个体差异和发展需求，帮助学生改进学习方式，为发展和提高学生终身学习能力打好基础［1］。科学思维是生物学学科核心素养的重要维度，科学思维水平评价是当前生物学教学评价的一个热点和难点。笔者尝试应用SOLO分类理论对学生进行科学思维水平的评价，以期为一线教师客观地评价学生的科学思维水平提供新思路。

一、SOLO分类理论的概述

SOLO分类理论是澳大利亚教育心理学家彼格斯等人在皮亚杰的认知发展阶段论的基础上创立的，它被称为“可观察的学习成果结构”（Structure of the Observed Learning Outcome）。SOLO分类理论将学生的学习结果由低到高分为前结构、单点结构、多点结构、关联结构和拓展抽象结构5个不同的层次［2］。同时根据学生解答问题时表现出来的思维水平，对学生的思维层次进行划分。SOLO分类理论为科学思维水平评价提供了理论依据，具有较强的可操作性。

二、科学思维水平与SOLO层级之间的对应关系

生物学学科核心素养水平划分标准，是评价学生学科核心素养发展水平的重要依据。笔者通过对新课标中关于科学思维四个水平的研读，以及对SOLO分类理论的理解，发现科学思维各个水平之间存在一定的联系，且四个水平的划分与SOLO分类理论下思维结构层次的划分有共同之处。由于思维层次水平处于“前结构”思维层次的学生在回答问题时出现思维混乱等现象，该现象归为科学思维无意义表现水平，因此不将SOLO层级的“前结构”划分到科学思维水平层次中。在新课标的指导下，教师应对学生的思维能力要求进行分类，构建科学思维水平与SOLO层级之间的对应关系（见表1），并建立相应的评价标准。

三、应用SOLO分类理论对学生的科学思维水平进行评价

下面以“种群基因组成的变化”教学为例，基于SOLO分类理论设计驱动性问题，以激活学生的思维，外显学生的思维层级差异。教师依据科学思维水平评价标准，根据学生的问题回答情况，确定学生的思维层次水平，实现对学生科学思维水平的评价。

（一）基于单点结构问题的科学思维水平一的表现评价

教师先创设情境：很多昆虫靠翅飞行，一些科学家在远离大陆的一个海岛上进行考察时发现岛上生活着的昆虫多是无翅或残翅。然后教师向学生展示海岛上无翅昆虫和残翅昆虫的图片。

设计单点结构问题：科学家通过勘测发现该海岛上经常刮大风，为什么该海岛上生活着的昆虫多是无翅或殘翅？部分学生的答案是“因为海岛上经常刮大风，有翅的昆虫容易被风吹到海里，而无翅或残翅的昆虫，则不会被大风影响，容易存活”。

科学思维水平评价：这类学生单维度地认为自然选择就是优胜劣汰，但未说明无翅和残翅的性状来源，也未对种群的进一步变化做出说明，其思维属于SOLO层级中的“单点结构”，达到了科学思维水平一的要求。

教师提问：无翅和残翅的性状会不会传给下一代？组织学生自由讨论，并发表自己的观点。学生通过讨论认识到虽然一个种群中的个体随着一代代地死亡，其表型会随之消失，但是决定表型的基因却可以通过有性生殖而代代相传，并且在群体中扩散。教师进一步引导学生明确：研究生物的进化，不能只停留在个体的表型与环境相适应的层面上，还必须研究种群的基因组成及基因变化，也不能停留在性状水平上，而应深入到基因水平。

（二）基于多点结构问题的科学思维水平二的表现评价

教师指导学生阅读教材，在学生理解了种群、基因库、基因频率等概念的基础上设计多点结构问题：控制昆虫残翅和无翅的基因来自哪里？为什么在该海岛上有多种表型的昆虫？部分学生的答案是“昆虫在岛上繁殖，基因突变产生控制残翅和无翅的基因，通过基因重组可以产生不同的基因型，从而使昆虫种群出现有翅、残翅和无翅等多种表型。而海岛上经常刮大风，有翅昆虫不能适应，容易被风吹入海里，而残翅和无翅昆虫则容易生存下来”。

科学思维水平评价：这类学生能把握自然选择的本质，发现残翅和无翅昆虫的生存优势，同时能说明无翅和残翅性状的来源，能从基因水平、种群水平来解释问题，但未能回答出种群基因频率的动态变化过程，其思维属于SOLO层级中的“多点结构”。从学生的回答中可以看出他们能够多角度地思考问题，但未能阐明生物进化的实质，达到了科学思维水平二的要求。

教师引导学生开展“用数学方法讨论种群基因频率的变化”的活动，组织学生讨论。学生通过相互补充，归纳出保证种群基因频率稳定不变的必备条件：①种群中所有的雌雄个体间都能自由交配；②没有突变发生；③没有个体的迁入和迁出；④种群非常大；⑤没有自然选择的作用。教师进一步引导学生明确：在自然界中，基因突变和染色体变异是必然发生的，其会引起相应基因频率的改变，但变化的方向不确定。

（三）基于关联结构问题的科学思维水平三的表现评价

教师在学生熟悉了解了“可遗传的变异是生物进化的原材料”这一知识点后，设计关联结构问题：突变和基因重组以及自然选择都可以使海岛上的昆虫的基因频率发生改变，且昆虫的翅膀会沿着一定的方向进化，那么其进化的方向是由什么决定的呢？部分学生的答案是“海岛上的昆虫由于突变和基因重组产生有翅、残翅和无翅等多种表型，这些改变种群的基因频率是随机的、不定向的。海岛经常刮大风，在这种自然选择的作用下，无翅和残翅的昆虫有更多的机会产生后代，其对应基因的频率会不断提高，因此自然选择能使种群的基因频率发生定向改变，决定生物进化的方向”。

科学思维水平评价：这类学生能从整体上把握现代进化理论，能还原昆虫翅膀的进化过程，能从基因水平、个体水平、群体水平来综合解决问题，实现知识的融会贯通，其思维属于SOLO层级中的“关联结构”，达到了科學思维水平三的要求。

教师组织学生开展“探究自然选择对种群基因频率变化的影响”的活动，使学生对种群的基因频率变化产生清晰的认识，并在此基础上引导学生构建生物进化的解释模型（见图1），把握知识间的内在联系，形成知识的网络结构，建立知识间的规律性联系，为学生思维能力的提升奠定基础。

（四）基于拓展抽象结构问题的科学思维水平四的表现评价

教师创设新情境：“超级细菌”是一种耐药性细菌，病人因为感染了“超级细菌”而无药可救，面临死亡威胁；2010年印度、巴基斯坦等地发现了一类新型“超级细菌”NDM-1，该细菌耐药性极强，可在全球蔓延；2017年1月，美国一名女性患者感染“超级细菌”，使用了26种抗生素都毫无效果最终不治身亡。

设计拓展抽象结构问题：“超级细菌”的出现与抗生素的滥用之间是否存在关联？试从现代进化理论角度解释“超级细菌”耐药性增强的原因。部分学生的答案是“二者存在正相关的关系。随着抗生素人均使用量的增加，不耐药的细菌生存和繁殖的机会减少，耐药细菌生存和繁殖的机会增加，耐药性基因在细菌种群中的基因频率逐渐上升并逐代积累，导致细菌耐药性增强”。

科学思维水平评价：该类学生能认真分析真实情境，运用现代进化理论解释现象，阐述自己对具体行为的看法和态度，其思维属于SOLO层级中的“拓展抽象结构”，达到了科学思维水平四的要求。

教师还可以提供细菌耐药性逐代增强的资料，让学生分组讨论并阐述细菌的进化过程，启发学生思考：采取哪些有效措施可以杜绝或者减少抗生素滥用的现象？部分学生的答案是“对细菌耐药性加强监控，全国各医疗机构及时通报预警信息，加强合作”。

四、SOLO分类理论对科学思维的启示

教师可以根据整个班级的平均水平，判断学生的科学思维水平，通过设置有针对性的、循序渐进的问题来组织教学，再运用SOLO分类理论对学生的科学思维水平作出客观准确的评价，进而为教学提供及时且有效的反馈，促使教学更加契合学生的思维层次水平。

科学思维作为一种抽象思维，本身具有复杂性和内隐性，教师可创设真实情境，通过模型建构、思维导图等可视化的方式实现科学思维过程外显化。SOLO分类理论为科学思维水平评价提供了一种操作性强的实践路径，通过这种评价路径教师可以了解学生的科学思维水平，在教学中落实学生科学思维的培养，让学生实现思维进阶。

综上所述，研究生物学科学思维水平评价的实施路径是落实“学业评价促发展”理念的重要举措，基于SOLO分类理论实施生物学科学思维水平评价具有可操作性和普适性。教师可根据学生科学思维水平的评价结果，调整教学方案，实现精准的教学改进，体现教、学、评一致性。

［   参   考   文   献   ］

［1］  刘恩山，曹保义.普通高中生物学课程标准（2017 年版2020年修订）解读［M］.北京：高等教育出版社，2020.

［2］  彼格斯，科利斯.学习质量评价：SOLO分类理论：可观察的学习成果结构［M］.高凌飚，张洪岩，译.北京： 人民教育出版社，2010．

（责任编辑 黄春香）