手持技術下基于SOLO分類理論的化學“四重表征”教學研究

張汝麗　耿淑玲

一、問題提出

任何化學反應都既有物質的變化又有能量的變化，能量變化貫穿于化學反應的始終，是學生理解化學現象的基礎。同時化學反應與能量變化也是高考必考知識點之一。中和反應熱的測定實驗是高中化學教材中必修的學生實驗，該實驗內容也是化學反應與能量知識學習的重要部分。所以本文將通過手持技術，以“中和反應熱的測定”為主線結合化學反應與能量變化的知識，探討如何利用“四重表征”教學模式來促進學生對知識構建完整的認知。

二、理論基礎

1.手持技術

手持技術又稱傳感技術。是一種集采集與分析于一體的現代實驗系統。它在突破概念認知，尤其在傳統實驗無法驗證概念的情況下，是化學教學中輔助教學的重要工具和手段。手持技術利用現代電子傳感器，如pH傳感器、溫度傳感器、電導率傳感器等進行實驗，自動收集數據、列表、繪圖，使實驗的結果更直觀、形象并實現定量化。

2.“SOLO”分類理論

“SOLO”是英文“Structure of the Observed Learning Outcome”的縮寫，其涵義為可觀察到的學習成果結構。SOLO分類理論是基于皮亞杰的的兒童認知發展階段理論和結構主義學說，由澳大利亞教育心理學家John Biggs及其同事在《學習質量的評價—SOLO分類法》一書中率先提出。SOLO分類理論關注的是學生在解決問題時所反映的思維方式以及所能處理的相關線索的復雜程度。學生在學習具體知識都會經歷從量變到質變的突躍，隨著這種躍變，學生的認知發展到更高一級的階段，教師可以根據學生在回答問題時的表現來了解學生思維所處的發展階段。SOLO分類理論的基本特征是等級描述，根據學生的思維水平由低到高可以劃分為五個層次：（1）前結構層次，學生基本上無法理解問題和解決問題，或者被材料中的無關內容或已有經驗誤導，回答問題邏輯混亂，或同義反復；（2）單點結構層次，學生在回答問題時，只能涉及單一的要點，找到一個解決問題的線索就立即跳到結論上去；（3）多點結構層次，學生在回答問題時，能聯系多個孤立要點，但這些要點是相互孤立的，彼此之間并無關聯，未形成相關問題的知識網絡；（4）關聯結構層次，學生在回答問題時，能夠聯想問題的多個要點，并能將這多個要點聯系起來，整合成一個連貫一致的整體，說明學生真正理解了這個問題；（5）拓展抽象層次，學生在回答問題時，能夠進行抽象概括，從理論的高度分析問題，而且能夠深化問題，使問題本身的意義得到拓展。

3.“四重表征”教學

“四重表征”教學模式（Tetra-Representation Teaching Model，簡稱TRTM）具體指的是對化學變化從“宏觀-微觀-符號-曲線”四個角度進行表征并進行表征間的轉換。自1982年蘇格蘭Johnstone首次提出著名的化學三角形之后，對于學生化學概念的三重表征的分析及相關教學實踐研究就備受關注。我國的研究也有了很大的進展，于2009年，錢揚義基于手持實驗即時收集數據和自動生成曲線的技術背景首次提出并構建化學“四重表征”的教學模式。形成正確的化學觀念有利于學生科學素養的提高，而中學化學的基本觀念有微粒觀、實驗觀、變化觀等，恰好與宏觀表征-微觀表征-符號表征-曲線表征的四重表征方式有契合點，所以利用化學四重表征教學模式不失為一種提高學生化學素養，建立正確的化學基本觀念的一種有效的方式。而且教師可按學習進度的要求設計四重表征的認知發展路徑，引導學生進行“四重表征”間的轉換，減輕學生的記憶負擔，便于知識的遷移應用，提高問題解決能力。根據這一模式，筆者將化學反應與能量變化的“四重表征”作如下定義（見表1）

三、四重表征教學設計與實施

教學目標

（1）知識與技能：理解中和反應熱測定的實驗原理；理解中和反應的本質；掌握中和反應熱測定的操作步驟，注意事項和數據處理；初步認識到“手持技術”的使用方法與優勢。

（2）過程與方法：通過中和熱的測定活動，讓學生體會定量實驗研究方法對研究和學習化學的重要作用；通過手持技術呈現中和反應熱的測定實驗，讓學生體驗化學反應的熱效應，培養學生發現問題、分析問題與解決問題的能力；通過“四重表征”教學，培養學生運用“宏觀-微觀-符號-曲線”的聯系來解決問題的化學思維。

（3）情感態度與價值觀：充分利用實驗手段、啟發學生通過實驗、觀察、思考、探索，獲得感性認識，利用歸納、演繹等方法上升到理性認識，獲得規律；通過手持技術，激發學生的學習興趣，提倡敢于質疑的態度；在教學過程中滲透培養學生科學態度，在“四重表征”的轉換遷移中建立正確的化學基本觀念。

四、教學反思

首先，在學生的教育中，身教勝于言傳，教師要想強化學生在學習化學概念和知識中進行“四重表征”，首先自身應該提高“四重表征”的意識和各表征之間相互轉化的水平。在新課標中提倡教師應該在教學過程中突出化學學科的思維方式，化學學科的“四重表征”是以化學的各個視角來理解和認識化學現象、原理以及本質，所以教師在進行教學設計時應該充分挖掘教材中能夠進行“四重表征”的知識和概念，引導學生以“四重表征”的角度來思考問題，提高其發散思維。

其次，利用SOLO分類理論和教學的結合，從單點結構水平到抽象拓展水平，從質變到量變，使得課堂教學的組織更有層次感。教師還可以根據SOLO理論的指導，在與學生的交流互動中判斷學生的思維所處的階段，有利于教師對課堂的把控。

最后，在教學中手持技術和計算機的引入，一方面能提高學生的學習興趣、容易操作，另一方面也保證了實驗的精確性。所以在教學中，教師應該充分發揮數字化技術的優勢，增加實驗結果的直觀性。

（收稿日期：2016-07-15）