基于SOLO分类理论的思维层次与学生成绩相关度研究

申 燕 谢新民 解慕宗

摘要： SOLO分类理论是一种重要的描述学生思维操作水平的方法。通过对2017年深圳市“四校联考”化学试题思维层次结构分析，根据近五年新课标Ⅰ卷化学必做题的SOLO层次统计结果，讨论分析结果的科学性。结合学生在此次考试中的成绩表现，探索SOLO分类理论的四个思维层次和学生成绩的相关度，为科学备考提供合理化建议。

关键词： SOLO分类； 高考化学； 相关度； 复习备考

文章编号： 10056629（2018）8002504 中图分类号： G633.8 文献标识码： B

《普通高中化学课程标准（2017年版）》倡导基于化学学科核心素养的评价[1]。在此背景下，高考化学试题将加强化学思维能力的考查，力求区分不同思维层次的学生，关注学生化学核心素养的发展状况。运用SOLO分类理论和皮尔逊相关系数两大工具分析试题与成绩，研究学生的思维层次与成绩的相关度，有利于发挥高考试题的导向作用，促使“教、学、评”一体化，发展学生化学核心素养。

1 SOLO分类理论概述

1982年，澳大利亚教育心理学家比格斯（John B. Biggs）和卡利斯（Kevin F. Collis）提出SOLO分类理论[2]，“SOLO”是英文“Structure of the Observed Learning Outcome”的缩写，意为“可观察的学习成果结构”。该理论是以等级划分为基础来描述学生的思维操作目标，评价学生的学习质量。根据学生解决学习任务时的表现，SOLO分类理论将学生的思维水平从低到高分为五个结构层次： （1）前结构水平（Prestructural，简称“P”）： 学生未掌握解决问题的简单知识，找不出任何解决问题的办法；（2）单一结构水平（Unistructural，简称“U”）： 学生能找到解决问题的一个线索或信息，并根据该线索或信息解决问题；（3）多元结构水平（Multistructural，简称“M”）： 学生能找到解决问题的多个线索或信息，但无法进行有机整合；（4）关联结构水平（Relational，简称“R”）： 学生能找到解决问题的多个要点之间的关联，并整合信息解决复杂问题；（5）拓展抽象水平（Extended abstract，简称“E”）： 学生能够超越问题本身形成个性化的推理方式，并能概括出若干抽象特征。

从“前结构”到“拓展抽象”五个水平对学生思维层次的要求逐渐递增，前结构和单一结构属于低阶思维，多点和关联结构则为中阶水平，拓展抽象结构水平则属于高阶认知[3]。运用SOLO分类理论可观测学生的学习结果，判断学生的认知水平。下文以2017年深圳市“四校联考”理综化学试题为例，收集考试数据，运用皮尔逊相关系数，研究思维层次与学生成绩的相关度。

2 试题思维层次水平的SOLO分类

按照SOLO分类理论的基本思路，通过分析学生答题时经历的思维操作阶段，判断学生的思维层次水平。鉴于“前结构水平”在具体试题中无法体现和测量[4]，故笔者只选取U、 M、 R、 E四种水平对2017年深圳市“四校联考”化学必做试题的SOLO思维层次进行分析。

为了提高研究的可信度，研究过程中请3位理论经验丰富的高三一线教师对必做试题进行SOLO思维层次的评定，并运用SPSS 19.0软件进行评定者之间的信度分析。在23个设问点中，3位评定者评定结果完全相同的设问点有20个，占总数的87%。对于评定结果不一致的3个设问点，由于不存在3位评定者的SOLO分类结果完全不一致的情况，先由未取得一致的评定者阐述理由，再经过3位评定者共同研讨得出最终的SOLO层次。信度分析的结果显示3位评定者对23个设问点进行SOLO评定的肯德尔和谐系数（Kandall coefficient of concordace）W为0.858，达到了显著水平，说明评定者对设问点的SOLO层次认定一致性好，结果可信[5]。

表1数据显示此次“四校联考”化学必做试题部分，涵盖了SOLO分类的四个层次水平，较为全面地体现了SOLO的思维梯度，该试卷可用于不同思维层次学生的区分和甄别。R和M层次的试题数目最多，分别占总分值（总分计85分，不统计选做题）的32.9%和40.0%，U层次为15.3%，E层次最少为11.8%。其中，U和M层次的试题均考查学生对基础知识的掌握情况，M比例较大，说明多维度考查学生知识水平的题目较多，综合性较强，与高考试题的命制特点相吻合。R和E层次的试题考查学生的知识运用能力，R层次的试题所占比例最高，说明此次考试要求学生具备较强的知识整合能力、问题解决能力。E层次的试题往往涉及复杂化学计算、陌生情境下的问题解决，解决这些问题难度很大，要求学生基础知识扎实、综合素养较高，体现出了考试的选拔性。

3 SOLO思维层次与学生理科成绩相关度分析

3.1 SOLO思维层次与化学成绩的相关度分析

在统计学中，皮尔逊相关系数[6]（Pearson correlation coefficient）常用于度量两个变量X和Y之间的相关性（线性相关），一般用r表示，其值介于-1与1之间，|r|越接近于1，表明两变量相关程度越高，它们之间的关系越密切。应用该相关系数可探索SOLO思维层次（U、 M、 R、 E）四个等级与学生此次“四校联考”化学总成绩的相关度，探讨与学生化学成绩相关度最高的思维层次。经过数据处理（见图1），发现M、 R等级水平和学生的化学成绩高度相关，而U等级水平和学生的化学成绩中度相关，相关度最低的是E等级水平。

从公式學生成绩=∑（X等级所占分值×X等级平均得分率）（X=U、 M、 R、 E）可知，学生的成绩由各等级所占分值和平均得分率共同决定。若该等级所占分值高且平均得分率高，则该SOLO思维层次与化学总成绩相关度随之变高。学生各个等级的得分率情况如图2所示。

综合分析相关度和学生的平均得分率可知： U等级和M等级的平均得分率基本相当，但由于M等级所占分值（28分）高于U等级所占分值的（13分）两倍，因此，M等级和学生成绩的相关度高于U等级；M等级所占分值（28分）和R等级所占分值（34分）很接近，但M等级的平均得分率（70%）约为R等级平均得分率（42%）的1.7倍，因此M等级和学生成绩的相关度高于R等级；U等级和E等级所占分值也很接近，但U等级的平均得分率（73%）约为E等级（45%）的1.6倍，因此U等级与学生成绩的相关度高于E等级。

3.2 三类考生SOLO思维层次与化学成绩的相关度分析

由于本次考试的考生是深圳市最优秀的学生群体，基于深圳市历年高考大数据，将学生在此次联考化学学科的成绩表现划分为A、 B、 C三类。A类考生指化学单科分数达到全市前5%的学生（考生的前38%），该类学生有希望报考“双一流”院校；B类考生指化学单科分数到达重点本科化学单科有效分的学生（约38%～74%），C类考生指化学单科分数未达重点本科化学单科有效分的学生（考生的后26%）。

为了深入研究SOLO思维层次与化学成绩的相关度，统计A、 B、 C三类考生在SOLO思维层次四个等级的得分率情况（见图3）和离均差率情况（见图4），分析学生群体差异，为精准复习备考提供建议。

由图3可知，A类到C类考生在四个思维等级的得分率基本呈现逐渐下降的趋势，体现出四个层次对考生思维的要求进阶提升。唯一反常的是E等级的得分率较R等级略有上升，尤其是C类考生更为明显，主要原因是该等级所占分值较少（10分），且选择题的比重较大（60%），导致该部分的得分存在一定的偶然性偏差。该现象进一步佐证了E等级与化学成绩的相关度最低。

此外，我们对三类考生在SOLO思维层次四个等级的离均差率（离均差率=得分-均分均分）进行了统计，旨在充分挖掘三类考生之间的成绩差异。从图4可以看出，A类考生的四个思维等级均高于平均水平，其中R等级优势较为明显；B类考生仅有U等级略高于平均水平，M、 R、 E等级均低于平均水平，且U、 M、 R、 E四个思维层级与均值的偏离度越来越大；C类考生的四个思维等级均低于平均水平，其中R等级与平均水平的差距最大。可见对于A、 C类考生而言，学生在R思维水平的表现与其成绩的相关度极高，复习备考中应关注学生思维的关联性。

4 思考与启示

将SOLO分类理论应用于高考模拟试题的题目分类研究，为试题研究提供了全新视角，使学生答题时所反映出的思维操作水平可以被观测评价。SOLO思维层次与学生各科成绩的相关度研究能指引教师科学命题，引导学生精准备考，为高三化学的教与学提供了理论参考。

4.1 C类学生： 复习备考需扎根于认知结构——从U到M的量变

对于C类学生而言，U等级的得分低于平均分较为明显，复习时应着力发展U等级和M等级的思维水平。化学知识点数量众多，尤其是在一轮复习的初始阶段，C类学生的知识“库存”很少，思维尚处于单一结构（U）水平。在此背景下，复习备考的重要工作之一是增加学生的知识储备，丰富学生的认知结构，然而直接将知识灌输给学生易导致“消化不良”，即使通过多次考试和练习依然收效甚微。为此，教师应精心设计教学过程，扎根于学生的认知结构，将孤立的知识要素进行有意义的统整，引导学生将知识以情境化的方式存储于记忆中。授课时可在认知结构的节点上有效发问、不断追问，引发认知冲突，学生自主同化或顺应形成的新认知结构将具备普适性和耐震性[7]。复习备考中扎根学生的认知结构，将在潜移默化中使学生的思维层次经历从“U”到“M”的量变。

4.2 B类学生： 复习备考应着眼于劣构问题——从M到R的质变

对于B类学生，U等级为平均水平，从M等级开始略低于平均水平，R和E等级更为明显，B类学生能否将思维层次提升到R等级是成绩提升的关键所在。随着复习的深入，学生的知识储备逐渐变多，但许多学生陷入了“上课一听就懂，考试一做就错”的怪圈。究其原因，学生以孤立、零散、碎片的形式将大量知识储存于记忆中，遇到陌生问题时只会机械化地运用碎片化知识解决浅层问题，但无法在新旧知识之间建立聯系。为此教师需调整教学策略，基于结构分散、规则冗杂的劣构问题设计教学，引导学生寻找知识的关联，主动建构知识的内涵，发展高阶思维。着眼于劣构问题的复习备考，加上教师恰到好处的引导，能帮助学生的思维层次实现从M到R的质变。高考重点考查且与各科成绩均密切相关的是M和R思维层次，故复习中从量变到质变的过程意义重大。

4.3 A类学生： 高考备考当立足于深度批判——从R到E的蜕变

对于A类学生，R思维水平远远高出平均水平，但是E思维却又出现下跌状态，这类考生需关注R到E的蜕变。拓展抽象层次的高考试题情境新颖、陌生感强，对学生的思维品质提出了很高的要求。面对陌生而多样化的信息载体，若复习备考中立足于深度批判，学生能在教师的循循善诱下深层思考、深度质疑，在思维的激烈碰撞中刨根问底、求同存异，逐渐形成解决问题的思路和方法，最终认知冲突达到平衡，形成托尔曼的“认知地图”[8]。经历深度批判过程，学生的元认知能力到达高水平，思维层次将实现从R到E的蜕变。

总之，基于SOLO分类理论和皮尔逊相关系数，研究思维层次与学生成绩相关度，可以对学生的思维层次进行可视化测评，为科学、精准、个性化的复习备考提供理论依据和实践指导。

致谢： 感谢深圳市化学教研员吴运来老师在论文写作过程中给予的数据支持和悉心指导！

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部制定.普通高中化学课程标准（2017年版）[S].北京： 人民教育出版社，2018.

[2]Biggs J B， Collis K F. Evaluating the Quality of Learning： The SOLO Taxonomy （Structure of the Observed Learning Outcome） [M]. New York： Academic Press， 1982.

[3]林建芬，陈博殷，黄碧芸，胡佳娜.基于SOLO分类理论探讨化学核心概念的学习进阶与教学衔接——以人教版“中和反应”为例[J].化学教学，2016，（11）： 24～28.

[4]余昭，王后雄.2015年新课标Ⅰ高考化学试卷分析——基于SOLO分类法的试题研究[J].化学教与学，2015，（11）： 1～4.

[5]赵雪，毕华林.基于SOLO分类理论的高考化学主观题的结构分析[J].化学教育，2016，（13）： 35～41.

[6]唐力，况梦佛，熊广星.化学教育测量[M].南宁： 广西师范大学出版社，1989.

[7]王春阳.促进深度学习的化学课堂教学研究[J].化学教育，2017，（9）： 34～37.

[8]丁沙，谢洁纯，李佳，汪朝阳.基于SOLO分类理论的问题链在化学教学中的应用[J].化学教学，2017，（3）： 54～57.