SOLO分類理論導(dǎo)向下的化學(xué)實驗探究活動教學(xué)探索

化學(xué)實驗探究作為一項至關(guān)重要的科學(xué)實踐活動，對培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究與創(chuàng)新意識具有不可忽視的作用，是提升學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的重要途徑之一。《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》強調(diào)，教師應(yīng)緊密結(jié)合學(xué)生的認知發(fā)展特點，依據(jù)“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”核心素養(yǎng)的發(fā)展水平與學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，精心策劃并設(shè)計實驗探究活動，以加深學(xué)生對科學(xué)探究內(nèi)涵的理解，并進一步提高其科學(xué)探究能力。

文章將SOLO分類理論與化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)結(jié)合，總結(jié)了高中化學(xué)課堂中實驗探究活動存在的主要問題，分析了探究實驗中化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)與SOLO層級的對應(yīng)關(guān)系，并以人教版高中化學(xué)必修第二冊第六章中的實驗探究活動“簡易電池的設(shè)計與制作”為例，具體論述了SOLO分類理論如何用于指導(dǎo)化學(xué)探究活動，進一步培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究與創(chuàng)新意識。

一、高中化學(xué)課堂中實驗探究活動存在的問題

人教版高中化學(xué)系列教材共精心設(shè)計了23個“探究”欄目，旨在將化學(xué)知識的學(xué)習(xí)、科學(xué)探究能力的培養(yǎng)及化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展有機結(jié)合，從而提升學(xué)生的綜合素養(yǎng)。然而，在實際教學(xué)過程中，受多種因素影響，許多教師并未深入理解和把握“探究”欄目的設(shè)計初衷及其教育價值，導(dǎo)致實驗探究活動的教學(xué)效果不理想。具體而言，當(dāng)前高中化學(xué)課堂中實驗探究活動存在以下四個方面的問題。

一是實驗探究活動的教學(xué)目標(biāo)不夠明確。在教學(xué)過程中，部分教師過于注重通過實驗探究活動來加深學(xué)生對化學(xué)知識的理解和記憶，忽視了對學(xué)生科學(xué)探究能力及學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，這不利于提升學(xué)生的綜合素養(yǎng)。

二是實驗探究活動在水平層級設(shè)計方面存在明顯不足。傳統(tǒng)的化學(xué)實驗往往過于模式化和形式化，導(dǎo)致實驗過程缺乏靈活性。在實際教學(xué)中，部分教師過于關(guān)注探究活動的最終結(jié)論，忽視了對其各個環(huán)節(jié)水平層級的精心設(shè)計。

三是實驗探究活動缺乏深度。作為培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，學(xué)生在實驗操作中常出現(xiàn)“無法重現(xiàn)教材所示實驗現(xiàn)象，各小組間實驗數(shù)據(jù)存在差異”等情況。這些情況的出現(xiàn)本是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力的寶貴契機，然而部分教師未能充分把握，沒能引導(dǎo)學(xué)生將情境因素與實驗現(xiàn)象相聯(lián)系，缺少“發(fā)現(xiàn)問題—分析問題—解決問題—抽象概括”的完整教學(xué)活動流程。

四是缺少培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識的教學(xué)活動。在當(dāng)前的教學(xué)實踐中，部分教師未能根據(jù)實際教學(xué)內(nèi)容創(chuàng)設(shè)生動具體的教學(xué)情境。這種情況下，學(xué)生難以從實際情境中發(fā)現(xiàn)問題，提出合理假設(shè)，構(gòu)建科學(xué)模型，設(shè)計有效實驗，以及歸納準(zhǔn)確結(jié)論，從而制約了學(xué)生創(chuàng)新意識的發(fā)展。

為了解決以上問題，提高實驗探究活動的深度，筆者將SOLO分類理論與化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)水平層級相對應(yīng)，利用分類理論指導(dǎo)化學(xué)實驗探究活動，使探究活動的各個環(huán)節(jié)具有明確的能力與素養(yǎng)層級目標(biāo)，讓學(xué)生的認知水平由低層級逐步向高層級發(fā)展，從而有效提升學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。

二、SOLO分類理論概述

SOLO分類理論最先是由澳大利亞教育心理學(xué)家Biggs及其團隊提出的。SOLO全稱即Structure of the Observed Learning Outcome，意思為可觀察學(xué)習(xí)效果的層級結(jié)構(gòu)。該分類理論將學(xué)生在解決問題時的反應(yīng)水平分為了五個層次（圖1），逐層遞進，螺旋上升，通過描述學(xué)生的表現(xiàn)去判斷他們處于何種水平。

三、實驗探究活動中化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)與SOLO層級的對應(yīng)關(guān)系

筆者參照王后雄教授提出的SOLO分類理論對化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的分類依據(jù)，結(jié)合《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》，分析了SOLO分類理論與化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)實驗部分對照關(guān)系（表1）。

四、SOLO分類理論對高中化學(xué)實驗探究活動的指導(dǎo)作用

在化學(xué)實驗探究活動中，教師與學(xué)生的角色定位各有側(cè)重。盡管學(xué)生是發(fā)現(xiàn)問題、提出問題的主體，但教師仍需提前預(yù)測學(xué)生可能出現(xiàn)的問題，并據(jù)此準(zhǔn)備相應(yīng)的實驗用品，以有效掌控課堂節(jié)奏。在教學(xué)設(shè)計過程中，教師應(yīng)依據(jù)SOLO分類理論、教材及課程標(biāo)準(zhǔn)，明晰教學(xué)目標(biāo)與教學(xué)重難點，并結(jié)合探究實驗的具體情境，列出核心的驅(qū)動性問題。在實驗過程中，預(yù)測的實驗現(xiàn)象與實際現(xiàn)象可能存在差異，或出現(xiàn)教材中沒有提及的新現(xiàn)象。對此，教師應(yīng)事先充分準(zhǔn)備，預(yù)測學(xué)生可能出現(xiàn)的問題，并預(yù)備相應(yīng)的解決方案。同時，教師應(yīng)運用SOLO分類理論，分析歸納出值得學(xué)生深入探究的問題，并在課堂上引導(dǎo)學(xué)生展開深入探究。此外，在設(shè)計教學(xué)流程時，教師還需關(guān)注如何在流程中和流程后對學(xué)生進行評價，以促進學(xué)生動手能力的提高及學(xué)科核心素養(yǎng)的提升。

五、SOLO分類理論指導(dǎo)高中化學(xué)實驗探究活動的教學(xué)示例

筆者以人教版高中化學(xué)必修第二冊第六章中的實驗探究活動“簡易電池的設(shè)計與制作”為例，利用SOLO分類理論對教材提供的探究實驗方案進行改進。

（一）教材分析

關(guān)于“簡易電池的設(shè)計與制作”探究實驗，教材詳細列出了三個實驗步驟：首先是自選水果及相關(guān)用品，制作水果電池；其次，試驗和比較不同材料作電極的效果；最后，利用發(fā)光二極管、電子音樂卡或小電動機等，設(shè)計一個演示原電池的趣味實驗。在實驗探究中，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了原電池的構(gòu)成要素，對簡易電池有一定的理論認識。然而，他們難以理解教材中“這種把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置叫做原電池”的概念。因此，該探究實驗旨在通過與生活中的簡易電池相聯(lián)系，加深學(xué)生對原電池組成及工作原理的理解。

根據(jù)表1中的素養(yǎng)水平對照關(guān)系，學(xué)生在按照教材內(nèi)容進行實驗的過程中，能夠達到素養(yǎng)1、素養(yǎng)2、素養(yǎng)5的R層級，而素養(yǎng)3和素養(yǎng)4則能夠達到M層級。然而，這僅僅意味著學(xué)生完成了基本的模仿實驗，他們并未進行深入的思考與探索。為此，教師需要對實驗方案進行優(yōu)化與改進，以促進學(xué)生更深入地理解和掌握相關(guān)知識。

（二）教學(xué)目標(biāo)設(shè)定

一是引導(dǎo)學(xué)生從實際角度了解原電池的構(gòu)成要素及工作原理，體會化學(xué)學(xué)科的獨特價值；二是引導(dǎo)學(xué)生通過自主選擇材料設(shè)計三組簡易原電池，鞏固原電池的基礎(chǔ)模型，提高實驗探究能力；三是引導(dǎo)學(xué)生仔細觀察實驗現(xiàn)象，提出沖突問題，深層思考現(xiàn)象出現(xiàn)的原因，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度；四是引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計探究實驗方案，使其掌握控制變量的科學(xué)探究方法。

（三）教學(xué)重難點

在該探究實驗中，教學(xué)重點是讓學(xué)生了解原電池的構(gòu)成要素，教學(xué)難點是讓學(xué)生利用生活中的材料設(shè)計和制作簡易電池。

（四）教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計

一是梳理實驗相關(guān)知識。教師首先向?qū)W生提出問題：“原電池的構(gòu)成要素有哪些？工作原理是什么？”引導(dǎo)學(xué)生回憶原電池模型及應(yīng)用條件，使學(xué)生在動手實驗之前對實驗的理解水平達到關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平。二是自制簡易水果電池。教師引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計三組簡易原電池，并讓小燈泡亮起來，以激發(fā)學(xué)生的主觀能動性。三是提出理論與實際沖突問題。教師可以提出問題：“為什么小燈泡會越來越暗？”讓學(xué)生觀察實驗現(xiàn)象，引發(fā)學(xué)生進一步思考與討論。四是作出多種合理假設(shè)。教師可以將學(xué)生分成不同小組，讓他們討論影響燈泡亮度的因素有哪些。在實驗過程中，教師要引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)沖突存在的多種原因，并讓學(xué)生自主設(shè)計探究方案，介紹控制變量法在探究實驗中的應(yīng)用。五是設(shè)計方案并驗證假設(shè)。教師需總結(jié)可能的影響因素，并讓學(xué)生設(shè)計對照探究實驗，考慮控制變量法的要求，驗證自己的猜想，匯報實驗結(jié)果。六是將理論與實際生活相聯(lián)系。教師可以提出問題：“為什么電池連接一段時間后電流會變小、燈泡會熄滅？有何改進方法？為什么手機電池可以充電？水果電池可以充電嗎？”讓學(xué)生觀察實驗現(xiàn)象并討論改進方案，進一步總結(jié)原電池模型。同時，教師要引導(dǎo)學(xué)生從另一角度觀察簡易電池的使用體驗，與生活中的電池相聯(lián)系，體會化學(xué)學(xué)科的重要價值。

結(jié)語

筆者認為，通過探究實驗來培養(yǎng)學(xué)生的各項素養(yǎng)，并依據(jù)SOLO分類理論進行精準(zhǔn)定位，是一種極具成效的教學(xué)方法。SOLO分類理論與化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)存在顯著的契合性，教師可以借助SOLO分類理論，更加精準(zhǔn)地設(shè)計、實施和評價化學(xué)探究實驗，對既有的探究實驗方案進行優(yōu)化與改進，進而提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。然而，要想提升學(xué)生的核心素養(yǎng)，教師必須具備扎實的理論知識和豐富的實踐經(jīng)驗，并做好周全準(zhǔn)備。在這一過程中，教師需要預(yù)測學(xué)生可能遇到的難題，提供及時的指導(dǎo)，并給予學(xué)生獨立思考與探究的空間。

（作者單位：湖北大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院）