邱清芽 郑卫峰

摘   要：基于SOLO理论所划分的五个水平制定了牛顿第二定律的教学目标和教学策略：利用生活情境克服前结构水平、单点认知扎实基础、多元理解牛顿第二定律促进综合、达到关联水平学以致用和积极思考主动创新。并举例了能体现不同思维结构水平的习题，以便教师了解学生对知识的掌握情况，帮助教师和学生把握教与学的深度。

关键词：SOLO理论;“四翼”;教学设计;牛顿第二定律

1  引言

《中国高考评价体系》中明确说明“四翼”为高考考查要求，是评价学生素质水平的基本维度 ，“四翼”中的基础性主要强调基础知识扎实，综合性则强调知识的融会贯通，应用性重在考察知识的学以致用，而创新性强调创新意识和创新思维[ 1 ]。为了让学生水平能够达到高考考查要求，教师们便应该探索能够符合“四翼”的教学活动。由于SOLO理论与“四翼”都具有分层性，因此本文引入SOLO理论，基于SOLO理论与“四翼”的对应关系应用SOLO理论设计教学，以此落实“四翼”要求。

2  SOLO分类理论简介

SOLO分类理论（Structure of Observed Learning Outcome，简称SOLO taxonomy）本意为“观察到的学生学习结果的结构”。此理论将学生的学习结果按思维水平的高低划分为五个层次：前结构、单点结构、多元结构、关联结构和拓展抽象[ 2 ]。各水平的详细特征以及对应的图解在表1中呈现。

3  SOLO理论在物理教学中的应用

3.1  SOLO理论与“四翼”的联系

将“四翼”四个方面的含义和物理学科要求的描述与SOLO理论进行对比分析，发现SOLO理论与“四翼”存在着巧妙的联系，两者的对应关系如表2所示。

通过上述分析，不难发现SOLO理论与“四翼”之间存在某种对应关系，因此为了能够让学生水平符合考查要求，可以尝试应用SOLO模型设计教学。

3.2  根据SOLO分类理论确定教学目标

《普通高中物理课程标准》指出，牛顿第二定律的教学应使学生探究并分析物体运动的加速度与物体受力、物体质量的关系，理解牛顿第二定律并且能运用于解决生活中的有关问题[ 3 ]。根据表2中SOLO理论与“四翼”的对应关系制定阶段性的教学目标，明确每个教学目标中学生所达到的考查要求，以下是教学目标制定的具体内容：

一是基于SOLO单点结构认知水平，能定性分析加速度与力、质量之间的关系，得出牛顿第二定律数学公式，认识牛顿第二定律这一规律的教学目标。

二是基于多元结构认知水平，将教学目标定位于能掌握其概念并且多方面理解该定律。

三是基于關联结构认知水平，将目标确定为理解公式中各物理量的相互作用，应用牛顿第二定律并联系其他知识点解决实际问题。

四是基于抽象拓展认知水平，将教学目标定为清晰、系统地理解牛顿第二定律，能在新情境中运用物理知识解决相关问题，能发表自己的见解。

根据以上制定的目标可以做到依次满足基础性，综合性，应用性以及创新性的考查，为本节课教学过程的设计提供一个明确的依据。

3.3  基于SOLO分类理论设计教学过程

教学过程是促进学生发展的重要途径，因此合理、有针对性地设计教学过程非常有必要。以下根据教学目标，基于SOLO理论进行教学设计。

（1）设置生活情境，克服前结构水平

教师播放视频，创设一个“坐雪橇滑雪”的生活情境（如图1所示）。提问学生：为什么爸爸和妈妈一起拉雪橇比一个人拉滑得快一些？怎么解释分别拉坐着小孩的雪橇和空车时的运动快慢？

学生在这之前缺乏回答该问题的物理知识，对于加速度与力、质量之间关系的认知模糊，因此学生对此章节的认知处于前结构水平。通过给学生设计生活问题情境，让学生观察生活现象初步判断加大拉力能使物体运动加快，激发学生用物理视角分析力与运动之间存在的关系的欲望，帮助学生克服前结构水平，使学生的水平开始朝单点发展。

（2）形成单点认知，扎实基础

学生对提出的问题进行思考提出假设，教师介绍实验装置（如图2所示），引导学生进行实验探究。实验1：通过直接比较同个物体的受力不同反映的加速度大小;实验2：物体受力相同，对不同质量的物体其加速度大小进行探究。

学生根据以上的科学探究结果定性分析加速度与质量、力的关系，得出结论。学生在此过程中形成了运动与相互作用观念。之后让学生尝试根据所定性分析的结果进一步深化。在教师的引导下对其两者关系进行定量分析，得出牛顿第二定律的数学公式，认识牛顿第二定律这一规律。此时学生的思维能力水平处于单点结构水平。

（3）多元理解牛顿第二定律，促进综合

在学生已经认识了牛顿第二定律之后，开始从数学公式中物理量的实际意义，力与加速度的同体性、瞬时性以及矢量性这几个不同的角度切入去理解牛顿第二定律。围绕着以下几个问题展开认识：表达式是什么？牛顿第二定律中的力表示的是什么力？这个力与加速度是在同个物体上？作用在同物体上的合力与加速度两者方向有什么关系？

通过教师的讲解和学生自主讨论的方式，让学生思考一系列的问题促使学生进行多元理解定律，但还做不到理解各知识点的内在联系。因此使学生的能力水平提升到多元结构水平。

（4）达到关联水平，实现学以致用

在学生获得相应的知识之后，教师重新回归情境当中去进行教学。在原本的情境基础上加大情境的复杂性，问题：“小女孩坐在雪橇上平直滑雪，初速度为零，已知雪橇和小女孩的总质量为m，受到方向与路面之间夹角成θ的拉力，其大小F，滑行中受到的阻力大小为f，经过时间t后，滑行的位移多少？”

这一步骤的教学目的是让学生通过实例学会将该定律联系其他知识点来进行解答实际问题。学生此时能力可达到关联结构水平。

（5）鼓励思考，积极创新

一般教学到达关联结构水平就几乎接近尾声，但是根据SOLO理论可知学生的思维能力还有发展的空间。为了使学生对于本章节的学习可以争取达到抽象拓展水平，教师在课堂的最后给学生布置开放性的思考题。

例如：在以上进行的科学探究过程中可知需要让所挂的钩码质量远小于小车质量，让学生思考其原因并且尝试改进实验，使钩码质量不需要远小于小车质量也能进行实验。教师引导学生应用牛顿第二定律解决问题，给学生提供一种思路：加上一个动滑轮和弹簧测力计，用弹簧测力计直接测量小车所受到的拉力大小。实验装置如图3所示。

让学生通过教师的引导学会应用牛顿第二定律解答问题，再让学生思考其他的解决方法。促进学生正确认识科学本质，培养创新能力。学生能力水平向抽象拓展水平发展。

在以上的整个教学过程中很好涵盖了“四翼”的内容，学生形成的知识结构按水平逐渐变化，呈现进阶式发展，以图4来表明其形成过程。可见，学生对牛顿第二定律的认知从基础理解概念到应用规律提出创新见解。

3.4  运用SOLO理论选择习题

习题是用来评价学生学习情况的有效工具。应用SOLO分层理论来选择习题，能对学生的学习进行分层评价，让学生更加精准地了解自身的水平，以此进行改进，同时也帮助教师调整教学。以下根据SOLO层次设计困难程度依次递增的习题，用于检测学生对牛顿第二定律的掌握情况。

【例题】某质量为1000 kg的汽车在水平路面上试车，当达到一定的速度关闭发动机，并且经过了一段時间停下来。

（1）在此过程中汽车的加速度大小是1 m/s2，求汽车受到的阻力为多大？

（2）车重新起步时牵引为2000 N，产生的加速度应为多大？（假定试车过程中汽车受到阻力不变），加速度的方向如何？

（3）返回到刚开始时，如果汽车在水平路面上试车，当达到72 km/h 的速度时关闭发动机，经过20 s停下来，汽车受到的阻力多大？

选题思路：本例题分为三个小题，每个问题所处的水平层层递进。首先第（1）题不需要深入了解牛顿第二定律直接套用公式就可得出阻力大小。要求学生具备单点结构水平。第（2）题中要求学生理解物理量的含义，并且还需掌握合力与加速度的方向关系，考查学生对牛顿第二定律多个方面的理解情况。因此，能力要求达到多元结构水平。对于最后一小题的解答，需学生能够准确对速度单位进行换算再结合运动学公式和牛顿第二定律联立列出方程式进行计算。要求学生达到关联结构水平。

由于本题为情境试题，所以属于应用性考查，再根据对每个小题的分析可知该题实现了基础性、综合性考查。

应用SOLO层级进行设计的试题能够满足“四翼”中的多个考查要求，让教师根据学生的作答情况更准确地检测学生所处的认知水平。

4  结束语

综上所述，应用SOLO理论根据学生的发展需求展开阶梯式教学，能促进学生水平达到创新性要求，落实核心素养的培养，使得课堂得到更好的优化。

参考文献：

[1] 教育部考试中心.中国高考评价体系[M]. 北京：人民教育出版社，2019.

[2] 蔡永红.SOLO分类理论及其在教学中的应用[J].教师教育研究，2005，18（1）：34-40.

[3] 中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（实验）[S].北京：人民教育出版社，2004.