利用SOLO試題提高實驗復(fù)習(xí)有效性的嘗試

徐芳 沈文炳

摘? ?要：通過編制“驗證動量守恒定律”SOLO試題，并用格特曼量表對試題進行質(zhì)量檢測，有助于教師了解學(xué)生所處的思維層級;進而制訂出符合學(xué)生學(xué)情的實驗復(fù)習(xí)方案，實現(xiàn)學(xué)生實驗?zāi)芰Φ耐黄?，以期提升學(xué)生的思維能力層次，提升實驗復(fù)習(xí)效果。

關(guān)鍵詞：SOLO試題;格特曼量表;實驗復(fù)習(xí)有效性;驗證動量守恒定律

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2021）6-0038-3

1? ? 問題的提出

物理實驗考查是考試評價體系中重要的部分，也是學(xué)生得分率較低的部分。提高物理實驗復(fù)習(xí)的針對性和有效性是物理教師關(guān)心的重點。本文以驗證動量守恒定律為例，通過SOLO試題來判斷學(xué)生的學(xué)情，嘗試提高實驗復(fù)習(xí)的針對性和有效性。

2? ? SOLO試題的編制和檢測

2.1? ? SOLO試題的編制

SOLO試題是將原始性問題編制成符合SOLO四個層次的小題，難度從易到難，分別對應(yīng)SOLO的四個層次[1]。下面，筆者嘗試通過用SOLO理論設(shè)計了一道“驗證動量守恒定律”的實驗題，通過此題來判斷學(xué)生對該實驗理解所達到的思維層次，然后通過格特曼量表對試題的質(zhì)量進行檢測，以達到輔助教學(xué)的目的。

【SOLO試題】 如圖1用“碰撞實驗器”可以驗證動量守恒定律，即研究兩個小球在軌道水平部分碰撞前后的動量關(guān)系。

（1）若入射小球質(zhì)量為m1，半徑為r1;被碰小球質(zhì)量為m2，半徑為r2，為完成實驗需滿足（? ? ）

A.m1>m2，r1>r2

B.m1>m2，r1

C.m1>m2，r1=r2

D.m1

（2）實驗中，直接測定小球碰撞前后的速度是不容易的。但是，可以通過測量______（填選項前的符號），間接地解決這個問題。

A.小球開始釋放處的高度h

B.小球拋出點距地面的高度H

C.小球做平拋運動的射程

（3）圖1中O點是小球拋出點在地面上的垂直投影。實驗時，先讓小球m1多次從斜軌上S位置靜止釋放，找到其平均落地點的位置P，測量平拋射程OP。然后，把被碰小球m2靜置于軌道的水平部分，再將小球m1從斜軌上S位置靜止釋放，與小球m2相碰，分別找到m1、m2相碰后平均落地點的位置M、N，測量平拋射程OM、ON，并多次重復(fù)。

若兩球相碰前后的動量守恒，其表達式可表示為? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [用（3）中測量的量表示];若碰撞是彈性碰撞，那么還應(yīng)滿足的表達式為? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[用（3）中測量的量表示]。

（4）經(jīng)測定，m1=45.0 g，m2=7.5 g，小球落地點的平均位置距O點的距離如圖2所示。據(jù)此得出碰撞前的總動量數(shù)據(jù)為________g·cm， 碰撞后的總動量數(shù)據(jù)為_______g·cm。在誤差允許的范圍內(nèi)碰撞前后動量是守恒的。

有學(xué)生認為，在上述實驗中僅更換兩個小球的材質(zhì)，其他條件都不變，可以使被碰小球做平拋運動的射程增大，請你用（3）與（4）中已知的數(shù)據(jù)，分析和計算出被碰小球m2平拋運動射程ON的最大值為________cm。

根據(jù)SOLO理論設(shè)計的試題中SOLO思維能力層次劃分標準如表1所示。

2.2? ? SOLO試題的檢測工具

本檢測采用的是格特曼量表分析法[2]。格特曼量表是按照由低到高的思維順序排列的，這與SOLO理論的思維層級由低到高劃分是相對應(yīng)的。一道完整的SOLO試題在結(jié)構(gòu)上與格特曼量表結(jié)構(gòu)具有一致性。

理論上，對一道SOLO試題，學(xué)生在各個層級上的反應(yīng)應(yīng)該具有表2中提到的五種特征，其中，正確用1表示，錯誤用0表示。表2中的反應(yīng)樣式稱為“正常樣式”。而在實際測驗中，可能會出現(xiàn)“反常樣式”，如[1，0，1，0]。如果是由于學(xué)生自身的原因造成的，我們可以將該“反常樣式”用與其最為接近的“正常樣式”作為測試結(jié)果。但是，如果“反常樣式”出現(xiàn)率很高，說明試題本身是存在問題的。

關(guān)于試題是否存在問題，以及試題的優(yōu)劣怎樣判定，格特曼提出了一個判定量表測量誤差度的指標，他稱之為“復(fù)現(xiàn)性系數(shù)”rep。rep=1-（總誤差次數(shù)/總反應(yīng)次數(shù)）。對于SOLO試題來說，總反應(yīng)次數(shù)等于該題的反應(yīng)樣式數(shù)目乘以應(yīng)試學(xué)生人數(shù)。而總誤差次數(shù)則是指試題測試中“反常樣式”出現(xiàn)的總次數(shù)。試題的復(fù)現(xiàn)系數(shù)rep越高，其質(zhì)量就越高。多數(shù)研究者都將合格的格特曼量表的rep系數(shù)值定在0.95 以上。

3? ? 結(jié)果分析及教學(xué)反思

本次接受檢測的學(xué)生來源于筆者執(zhí)教學(xué)校高三年級4個班的175名學(xué)生：1班（34人）、2班（24人）、3班（61人）和4班（56人）。樣本包含了本年級學(xué)習(xí)水平的各種層次。測試時間為35分鐘，以充分保證測試結(jié)果為學(xué)生經(jīng)過認真思考后所得。測試過程是在教師的監(jiān)督下進行的。測試的動量守恒定律內(nèi)容沒有提前復(fù)習(xí)。檢測回收樣本數(shù)為175份。

3.1? ? 測試結(jié)果分析

表3是對參與測試的各班級學(xué)生樣本出現(xiàn)的反應(yīng)類型的統(tǒng)計結(jié)果。表3的統(tǒng)計結(jié)果是通過數(shù)據(jù)處理之后得到的。筆者和出現(xiàn)“反常樣式”的學(xué)生進行訪談，把不是因為對知識點本身缺乏理解導(dǎo)致問題錯誤的測試結(jié)果由0改成1，對于學(xué)生用錯誤的分析方法通過猜測得到正確結(jié)果的測試結(jié)果由1改成0。

表4是經(jīng)過數(shù)據(jù)處理之后得到的最終復(fù)現(xiàn)系數(shù)rep的值。rep1、rep2 、rep3 和rep4分別表示1班、2班、3班和4班的復(fù)現(xiàn)系數(shù)，rep表示4個班的平均復(fù)現(xiàn)系數(shù)。根據(jù)測試結(jié)果顯示，各班的復(fù)現(xiàn)系數(shù)及平均復(fù)現(xiàn)系數(shù)均高于0.95，表明該量表是合格的格特曼量表，也說明該題為一道質(zhì)量合格SOLO試題。

另外，反常樣式[1，0，1，0]出現(xiàn)率較高，說明該SOLO試題的質(zhì)量還有提升的空間。通過對反常樣式的學(xué)生訪談發(fā)現(xiàn)，該試題的第2小題學(xué)生理解為利用平拋運動的知識求出速度所需要測的所有物理量，沒有考慮結(jié)合本實驗的實際情況。如果題目的表述更明確，測試結(jié)果可能會更好地體現(xiàn)學(xué)生的真實思維層次。另外，該題的第4小題有部分學(xué)生沒有注意到題目中要求用（4）中的數(shù)據(jù)即已知兩球的質(zhì)量，求最遠射程。而是認為質(zhì)量關(guān)系是隨意的，分析得出碰后的最遠射程是碰前小球射程的2倍。對于該類學(xué)生，他們的思維層次應(yīng)該是達到了拓展抽象水平（E），但是格特曼量表沒有得到充分體現(xiàn)。如果試題能讓學(xué)生自己分析發(fā)生碰撞的小球之間的質(zhì)量關(guān)系對被碰小球射程的影響，會更能體現(xiàn)學(xué)生思維的嚴謹性，同時也使得該試題更具開放性。

3.2? ? 教學(xué)反思

在高中物理實驗復(fù)習(xí)過程中，教師要通過設(shè)計實驗SOLO試題，了解學(xué)生的思維能力層次，認識學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)。然后，針對不同層次的班級和學(xué)生，設(shè)計不同的實驗情境，讓學(xué)生自主地發(fā)揮思維的主動性、積極性、能動性，同時注重監(jiān)控實驗過程。當學(xué)生思路發(fā)生障礙時，教師應(yīng)給予學(xué)生一些恰當點撥與提示。學(xué)生運用提示信息，調(diào)整思路，反復(fù)思考，最終找到解決問題的答案。學(xué)生只有自己選擇正確的思維方向才能真正逐步提高實驗思維能力。

4班的測試結(jié)果表明，少部分學(xué)生的思維層級較低，基本知識掌握不牢;大部分學(xué)生的思維層級處于關(guān)聯(lián)水平，沒有達到抽象拓展水平。教師在實驗復(fù)習(xí)時，需要通過實驗來訓(xùn)練學(xué)生的基本實驗知識，并逐步通過實驗加強知識點的難度和思維的深度，進行引導(dǎo)式的實驗復(fù)習(xí)。學(xué)生也需要通過適度的練習(xí)來加強記憶與理解，實現(xiàn)從量變到質(zhì)變的逐步提升。

2班的學(xué)生基本停留在關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平，對實驗知識理解的深度不夠。教師實施復(fù)習(xí)時，要注重幫助學(xué)生從動量及能量的角度深度理解不同模型的碰撞，設(shè)計不同的碰撞實驗，同時提高學(xué)生在解決問題時構(gòu)建模型解決問題的能力，從而實現(xiàn)思維層次的提升。

1班與3班的絕大部分學(xué)生的思維層級達到了關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平及以上，說明學(xué)生對知識點的掌握情況比較好，教師在復(fù)習(xí)的時候可以注重于實驗的改進與創(chuàng)新，特別是要求學(xué)生自己動手設(shè)計相關(guān)分實驗并進行操作分析。比如，對測量速度的方法的改進、實驗方案的創(chuàng)新等，培養(yǎng)學(xué)生能從實驗?zāi)康某霭l(fā)，通過不同的實驗方式實現(xiàn)同樣的實驗?zāi)康?，體會以不同的方式、方法解決問題的巧妙與智慧，提升學(xué)生的思維能力，以及分析問題、解決問題的能力，形成科學(xué)、嚴謹?shù)膽B(tài)度和價值觀。

4? ? 結(jié)束語

SOLO試題的編制和檢測讓教師站在一個新的高度去審視高中物理實驗的復(fù)習(xí)。嘗試利用SOLO試題提高實驗復(fù)習(xí)效率的過程實現(xiàn)了教師與學(xué)生的深度“溝通”。教師可以發(fā)現(xiàn)自己對問題所處思維層次的判斷與學(xué)生對該問題所做出反應(yīng)層次之間的差異，幫助教師在教學(xué)中進行及時調(diào)整;也能幫助教師及時了解學(xué)生所處的思維層次，循序漸進地幫助學(xué)生進入更高的思維水平，不斷提高教學(xué)的質(zhì)量與效率。

參考文獻：

[1]潘瑜，吳維寧，孫元平. SOLO試題質(zhì)量檢測的實證研究[J]. 考試研究，2020，80（03）：53-59.

[2]吳維寧，李佳，孔惠斯. SOLO試題的編制與質(zhì)量檢測[J].教育測量與評價（理論版），2009（03）：45-48.

（欄目編輯? ? 陳? 潔）