基于SOLO分類理論探討化學(xué)核心概念的學(xué)習(xí)進階與教學(xué)銜接

林建芬+陳博殷+黃碧蕓+胡佳娜

摘要：概述學(xué)習(xí)進階理論在化學(xué)核心概念教學(xué)銜接研究中的應(yīng)用價值，介紹了SOLO分類理論對劃分化學(xué)核心概念認知層級與進階路徑的指導(dǎo)意義。按照SOLO分類理論劃分中和反應(yīng)概念的學(xué)習(xí)階段、進階路徑和發(fā)展目標(biāo)，建構(gòu)中和反應(yīng)概念進階學(xué)習(xí)的認知模型，對中和反應(yīng)的初高中跨學(xué)段教學(xué)銜接提出研究與實施建議。

關(guān)鍵詞：學(xué)習(xí)進階理論；SOLO分類理論；中和反應(yīng)；初高中教學(xué)銜接；認知模型

文章編號：1005–6629（2016）11–0024–06 中圖分類號：G633.8 文獻標(biāo)識碼：B

1 基于SOLO分類理論研究化學(xué)核心概念的學(xué)習(xí)進階與教學(xué)銜接

1.1 基于學(xué)習(xí)進階理論探討化學(xué)核心概念的跨學(xué)段教學(xué)銜接

近年來，在國內(nèi)外科學(xué)教育領(lǐng)域中，學(xué)習(xí)進階理論已成為研究學(xué)生認知發(fā)展的熱點領(lǐng)域之一。學(xué)習(xí)進階理論[1]描述學(xué)生在不同學(xué)段學(xué)習(xí)同一核心概念時所遵循的連貫、典型的學(xué)習(xí)路徑。學(xué)科知識、技能和方法的學(xué)習(xí)是分階段和有明確路徑的，教師更應(yīng)高度關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)過程的方向、路徑和各階段水平要求。對學(xué)習(xí)進階的規(guī)劃是對學(xué)生在不同學(xué)段對概念的理解水平、迷思概念、進階目標(biāo)及測評要求的描述，目前相關(guān)研究集中在學(xué)習(xí)、課程和評價領(lǐng)域[2]，如Corcoran提出學(xué)習(xí)進階應(yīng)具有5個構(gòu)成要素：進階終點、進階維度、多個相互關(guān)聯(lián)的成就水平、各水平預(yù)期表現(xiàn)、特定的評測工具[3]。學(xué)習(xí)進階理論可用于指導(dǎo)學(xué)科核心概念的跨學(xué)段教學(xué)銜接研究，對研制分階段、劃層級、系統(tǒng)性的學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)體系有重要指導(dǎo)意義。

圍繞學(xué)科核心概念的跨學(xué)段學(xué)習(xí)進階來組織教學(xué)內(nèi)容是當(dāng)前科學(xué)教育的研究焦點。從2009年歐亞拉美七國學(xué)者聯(lián)合編著的《科學(xué)教育的原則和大概念》出版[4]，到美國以學(xué)習(xí)進階形式將核心概念寫入國家課程文件《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》，再到近期我國教育部組織260多位專家修訂普通高中課標(biāo)，以學(xué)習(xí)進階形式統(tǒng)整教學(xué)要求與學(xué)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，都體現(xiàn)了對學(xué)科核心概念的學(xué)習(xí)進階及其跨學(xué)段教學(xué)銜接的關(guān)注。

化學(xué)核心概念的形成不是一蹴而就的，而是學(xué)生通過不同學(xué)段的主題學(xué)習(xí)而不斷豐富與發(fā)展的，具有階段性、層次性和漸進性等特點。國內(nèi)外不同研究者對于化學(xué)核心概念學(xué)習(xí)進階的設(shè)計有不同的理解與研究方法：（1）美國Stevens基于實證測查和標(biāo)準(zhǔn)文件描述中學(xué)生在物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)概念上的學(xué)習(xí)進階假設(shè)，并通過實證研究進行修正完善；（2）林建芬按照初中、必修、選修和高三4個不同學(xué)段，通過分析考綱、課標(biāo)、教材并結(jié)合教學(xué)實踐，根據(jù)學(xué)生思維層級和認知發(fā)展，梳理了同分異構(gòu)體、元素周期律、離子反應(yīng)、化學(xué)用語等核心概念[5～9]的認知方式與角度、知識水平，劃分相應(yīng)的學(xué)習(xí)進階路徑，提出各學(xué)段的學(xué)習(xí)目標(biāo)、進階路徑與教學(xué)建議；（3）周玉芝[10]提取化學(xué)電源核心概念及相應(yīng)學(xué)段的目標(biāo)，進而劃分電化學(xué)的學(xué)習(xí)進階；（4）莊曉文[11]選取電離、離子反應(yīng)和勒夏特列原理作為電解質(zhì)溶液領(lǐng)域的核心概念，從不同學(xué)段的概念理解水平分解、迷思概念、進階目標(biāo)進行分析，以學(xué)習(xí)進階為統(tǒng)領(lǐng)設(shè)計教學(xué)過程；（5）諶秀云[12]、苗蘭[13]、雷才[14]、童文昭[15]則以“低-中-高階水平學(xué)習(xí)進階模型”分別呈現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)、反應(yīng)熱、化學(xué)平衡、物質(zhì)結(jié)構(gòu)等化學(xué)核心概念與基本反應(yīng)原理的學(xué)習(xí)進階路徑，提出跨學(xué)段教學(xué)銜接的建議。

綜上，學(xué)習(xí)進階理論揭示了學(xué)生對化學(xué)核心概念的理解、對某種技能的掌握隨時間推移連貫且逐漸深入的典型發(fā)展路徑，可用于指導(dǎo)化學(xué)核心概念的初高中跨學(xué)段教學(xué)銜接研究。

1.2 應(yīng)用SOLO分類理論劃分化學(xué)核心概念在跨學(xué)段銜接中的學(xué)習(xí)進階

為了指導(dǎo)教師充分認識學(xué)生的學(xué)習(xí)周期和階段要求、評價學(xué)生的學(xué)業(yè)質(zhì)量水平，彼格斯[16]在皮亞杰認知發(fā)展階段論的基礎(chǔ)上提出SOLO分類理論（“可觀察的學(xué)習(xí)成果結(jié)構(gòu)”，見圖1），根據(jù)學(xué)生回答某一學(xué)科具體問題時的內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，將學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)果和思維結(jié)構(gòu)分類為前結(jié)構(gòu)、單點結(jié)構(gòu)、多點結(jié)構(gòu)、關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)和拓展抽象結(jié)構(gòu)5種層次。前結(jié)構(gòu)和單點結(jié)構(gòu)水平屬于低階思維，多點和關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)則為中階水平，拓展抽象結(jié)構(gòu)水平則屬于高階認知，SOLO分類理論對思維結(jié)構(gòu)的5個層級劃分與學(xué)習(xí)進階理論相融合、相映襯。SOLO分類理論根據(jù)學(xué)生思維方式的性質(zhì)和抽象程度，將個體認知方式依次分為感覺運動方式、形象方式、具體符號方式、形式方式、后形式方式5種方式，分別產(chǎn)生隱性知識、直覺知識、陳述性知識、理論知識、層次更高更抽象的理論知識這5類知識。學(xué)生認知發(fā)展方式和思維結(jié)構(gòu)層次共同組成一個螺旋式上升的認知發(fā)展階段體系：學(xué)生總體的認知發(fā)展具有階段性，學(xué)生對核心概念的認知發(fā)展也具有階段性。教師既要重視學(xué)生在不同學(xué)段的學(xué)習(xí)結(jié)果的數(shù)量（即掌握的知識點的多少），更要重視學(xué)生在不同階段的學(xué)習(xí)結(jié)果的質(zhì)量（即掌握知識點的相互關(guān)系）。

學(xué)習(xí)進階理論將化學(xué)核心概念的跨學(xué)段學(xué)習(xí)進階劃分為低階、中階和高階水平及相應(yīng)等級的學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，其界定過程要考慮學(xué)生化學(xué)認知方式發(fā)展，即對研究對象，認識角度、方式、思路的層級提升和進階路徑（見圖2）；其中認識思路指個體對物質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)或相關(guān)現(xiàn)象或事實認識的有序性和思路性，認識深度指對于同一認識角度存在個體間水平差異或個體階段差異。學(xué)生可通過語言、文字、圖表、符號等各種形式表征化學(xué)核心概念。認知角度與思路的層級發(fā)展包括：宏觀→微觀、定性→定量、靜止孤立→動態(tài)作用、文字描述→符號圖像表征，可結(jié)合SOLO分類理論劃分化學(xué)核心概念跨學(xué)段學(xué)習(xí)中認知方式的學(xué)習(xí)進階（見圖2）。

2 基于跨學(xué)段學(xué)習(xí)的進階路徑建構(gòu)“中和反應(yīng)”概念認知模型

中和反應(yīng)是化學(xué)核心概念之一，因其重要性列入中學(xué)化學(xué)學(xué)科100個關(guān)鍵詞[17]，對學(xué)生化學(xué)認知方式發(fā)展、化學(xué)概念的多重表征學(xué)習(xí)、化學(xué)核心素養(yǎng)的培育都起到重要作用。臺灣學(xué)者邱美虹[18]選取了溶液酸堿性、中和反應(yīng)、弱酸和弱堿的稀溶液這3個主題研究初三學(xué)生關(guān)于酸和堿的認識方式與前概念，描述學(xué)生對核心概念的理解、推理或者解釋的動態(tài)過程（見表1），并對高中相應(yīng)主題的教學(xué)提出建議。綜上，本研究將中和反應(yīng)作為化學(xué)核心概念進行初高中教學(xué)銜接研究，采用文獻研究、文本分析、實踐研究法等，主要任務(wù)是基于學(xué)習(xí)進階理論劃分中和反應(yīng)的認知層級水平與學(xué)習(xí)進階路徑，進而建立中和反應(yīng)認知模型，基于SOLO分類理論對化學(xué)核心概念初高中跨學(xué)段教學(xué)提出分階段的教學(xué)建議與學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

2.1 學(xué)生中和反應(yīng)概念跨學(xué)段學(xué)習(xí)的進階路徑

基于學(xué)習(xí)進階理論，結(jié)合SOLO分類理論對學(xué)生思維結(jié)構(gòu)水平的分類評價，通過課標(biāo)、考綱、教材和教學(xué)實踐研究，劃分中和反應(yīng)核心概念的跨學(xué)段學(xué)習(xí)進階路徑和階段層次水平。

（1）水平1（前結(jié)構(gòu)水平）：學(xué)生在小學(xué)科學(xué)學(xué)習(xí)中初步認識酸和堿，在個人生活經(jīng)歷（如吃苦澀皮蛋等堿性物質(zhì)時可蘸食醋）形成了中和反應(yīng)的前科學(xué)概念，思維處于前結(jié)構(gòu)水平。

（2）水平2（單點結(jié)構(gòu)水平）：初三學(xué)生學(xué)習(xí)中和反應(yīng)時，要聯(lián)系酸、堿的組成及溶液酸堿性檢驗，并從酸堿鹽的物質(zhì)分類認識中和反應(yīng)的特點，較少涉及微觀分析，思維處于宏觀層面的單點結(jié)構(gòu)水平，為后續(xù)學(xué)習(xí)溶液酸堿度與pH、復(fù)分解反應(yīng)、鹽的性質(zhì)與用途等奠定基礎(chǔ)。

（3）水平3（多點結(jié)構(gòu)水平）：必修1模塊從電解質(zhì)角度認識酸堿鹽在水中的電離，從離子反應(yīng)角度分析中和反應(yīng)的微觀過程與變化規(guī)律，從微觀層面分析酸堿鹽電解質(zhì)溶液導(dǎo)電現(xiàn)象及酸堿中和反應(yīng)的宏觀現(xiàn)象。必修2模塊從化學(xué)鍵的微觀角度分析酸堿鹽的組成及在溶劑水中的溶解、電離與中和反應(yīng)過程，并通過完成定性實驗活動認識中和反應(yīng)過程伴隨熱量變化，中和熱概念僅作簡單了解。該過程中學(xué)生思維層級處于宏觀和微觀結(jié)合的多點結(jié)構(gòu)水平。

（4）水平4（關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平）：選修4模塊通過定量測定中和熱的實驗理解中和熱概念，掌握中和反應(yīng)的熱化學(xué)方程式；從水的電離、離子積常數(shù)Kw角度理解溶液酸堿性與pH的關(guān)系；通過酸堿滴定實驗理解用已知濃度的酸/堿測定未知濃度的堿/酸的實驗原理，通過測定酸堿滴定曲線分析中和反應(yīng)過程的微粒變化；最后從鹽類的水解反應(yīng)（即中和反應(yīng)的逆反應(yīng)）認識中和反應(yīng)的限度、鹽溶液的酸堿性，基于勒夏特列原理應(yīng)用中和反應(yīng)原理來調(diào)節(jié)溶液pH的方法以改變沉淀溶解平衡，幫助學(xué)生認識中和反應(yīng)在工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境保護上的應(yīng)用價值。

（5）水平5（拓展抽象結(jié)構(gòu)水平）：高考測評對學(xué)生在中和反應(yīng)概念的認知層級要求處于拓展抽象結(jié)構(gòu)水平。全國卷高考考綱要求[19]如下：了解電解質(zhì)、強弱電解質(zhì)的概念；了解電解質(zhì)在水溶液中的電離、電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電性；了解弱電解質(zhì)在水溶液中的電離平衡；了解水的電離、離子積常數(shù)；了解溶液pH的定義與測定方法，進行pH的簡單計算；了解鹽類水解的原理與應(yīng)用、影響鹽類水解程度的主要因素；了解離子反應(yīng)的概念及發(fā)生條件；了解沉淀溶解平衡及沉淀轉(zhuǎn)化的本質(zhì)；理解化學(xué)平衡常數(shù)的含義并進行簡單計算；了解化學(xué)反應(yīng)的可逆性；了解定量研究方法；了解化學(xué)反應(yīng)中能量轉(zhuǎn)化的原因；能夠?qū)⒎治鼋鉀Q問題的過程和成果，用正確的化學(xué)術(shù)語及文字、圖表、模型、圖形等表達并做出解釋（即多重表征能力）。

2.2 建構(gòu)中和反應(yīng)核心概念的認知模型

從初高中化學(xué)核心概念學(xué)習(xí)進階的角度分析，學(xué)生在初三學(xué)習(xí)中和反應(yīng)概念，到高中還會從電離、電解質(zhì)、離子反應(yīng)、化學(xué)鍵、化學(xué)能與熱能、電離平衡、酸堿滴定曲線、鹽類水解、調(diào)節(jié)pH與沉淀溶解平衡等跨學(xué)段學(xué)習(xí)過程，定量認識溶液的酸堿性、中和熱、中和滴定原理、中和反應(yīng)限度等，形成系統(tǒng)完整的中和反應(yīng)概念體系。根據(jù)學(xué)習(xí)進階理論將中和反應(yīng)的概念認知與發(fā)展過程劃分為初中階段、必修階段、選修4前期（即4-1）、選修4后期（即4-2）4個建構(gòu)階段，高三高階階段是在這4個階段的基礎(chǔ)上進行綜合運用與思維重整，進而建構(gòu)中和反應(yīng)認知模型（見圖3），包括認知任務(wù)、認識角度、認知層級與認知對象4個維度。

3 基于中和反應(yīng)概念認知模型探討初高中跨學(xué)段的教學(xué)銜接

3.1 初中階段“中和反應(yīng)”概念的進階教學(xué)

初中新課標(biāo)對中和反應(yīng)的要求[20]如下：（1）知道酸和堿發(fā)生的中和反應(yīng)；（2）理解酸堿性對生命活動和農(nóng)作物的影響及中和反應(yīng)在實際中的應(yīng)用；（3）了解中和反應(yīng)的實際意義，培養(yǎng)和激發(fā)學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣?！渡钲谑谐踔挟厴I(yè)生學(xué)業(yè)考試說明》考綱要求[21]如下：（1）掌握常見酸和堿的主要性質(zhì)和用途；（2）理解中和反應(yīng)的特點，知道物質(zhì)發(fā)生化學(xué)變化伴隨能量變化；（3）初步形成正確、合理使用化學(xué)品的意識；（4）知道化學(xué)在環(huán)境監(jiān)測與保護中的重要作用。

在初中階段，學(xué)生在中和反應(yīng)概念上的學(xué)習(xí)路徑發(fā)展經(jīng)歷2個轉(zhuǎn)變。

（1）個別到一般：由具體物質(zhì)反應(yīng)到物質(zhì)類別間反應(yīng)規(guī)律，如教材分別介紹NaOH與HCl、Ca（OH）2與HCl、NaOH與H2SO4之間的反應(yīng)總結(jié)出“酸和堿反應(yīng)生成鹽和水”的規(guī)律；

（2）一般到個別：從物質(zhì)類別間反應(yīng)規(guī)律到具體物質(zhì)反應(yīng)，利用酸堿中和反應(yīng)原理解答課后習(xí)題中“書寫含Al（OH）3藥物治療胃酸過多癥的化學(xué)方程式”。

綜上，初中階段的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)選取鹽的定義、中和反應(yīng)的概念與中和反應(yīng)規(guī)律、實際應(yīng)用等教學(xué)內(nèi)容，并將中和反應(yīng)的概念、原理、應(yīng)用等學(xué)習(xí)內(nèi)容設(shè)計成探究活動。基于初三學(xué)生認知發(fā)展層級水平確定如下初中階段的學(xué)習(xí)目標(biāo)：（1）認識酸和堿能發(fā)生中和反應(yīng)，歸納物質(zhì)類別間反應(yīng)規(guī)律，分析中和反應(yīng)在實際中的應(yīng)用；（2）通過微型實驗探究掌握中和反應(yīng)實驗的操作方法，強化實驗安全意識；（3）通過探究活動分析酸堿中和反應(yīng)的本質(zhì)，加深對中和反應(yīng)應(yīng)用價值的認識，形成綠色環(huán)?；瘜W(xué)、合理使用化學(xué)品的意識。

3.2 高中階段“中和反應(yīng)”概念的進階教學(xué)

高中階段，“中和反應(yīng)”核心概念的學(xué)習(xí)涵蓋了宏微結(jié)合、分類表征、變化守恒、模型認知、實驗探究、綠色應(yīng)用等化學(xué)核心素養(yǎng)[22]。在必修階段、選修4前期與后期、高三復(fù)習(xí)備考階段，學(xué)生對中和反應(yīng)的認知層級經(jīng)歷了“宏觀→微觀、定性→定量、靜止孤立→動態(tài)作用、文字描述→符號表征→圖表數(shù)據(jù)分析論證”等認知層級的提升與認知角度的轉(zhuǎn)型。

（1）必修1和2模塊：學(xué)生學(xué)習(xí)電解質(zhì)、離子反應(yīng)時，從微觀層面的認知角度認識酸堿鹽的分類，建立起微粒種類和數(shù)量分析、微粒相互作用和動態(tài)變化的認知模式，理解酸堿中和反應(yīng)的微觀本質(zhì)與發(fā)生條件。必修2則是從化學(xué)鍵類型的微觀角度認識酸堿鹽在水溶液中的電離，從中和反應(yīng)放熱的定性實驗初步理解中和熱。這個階段，學(xué)生的學(xué)習(xí)路徑發(fā)展經(jīng)歷2個轉(zhuǎn)變：①從宏觀反應(yīng)到微觀實質(zhì)：由宏觀物質(zhì)反應(yīng)到微觀實質(zhì)的認識方式，分析中和反應(yīng)的離子變化；②從微觀實質(zhì)到類比遷移：由微觀實質(zhì)到宏觀物質(zhì)反應(yīng)，學(xué)生根據(jù)酸堿鹽離子反應(yīng)的微觀實質(zhì)和反應(yīng)規(guī)律，遷移到陌生物質(zhì)間反應(yīng)的方程式書寫，基于微觀本質(zhì)認識遷移到陌生情境中陌生物質(zhì)反應(yīng)的推理與論證。