基于SOLO分類理論的化學核心概念學習進階研究

王桂桃　嚴文法

摘要：文章選擇中學化學核心概念“化學平衡”，結合課程標準、高考考試大綱、人教版高中化學教材和已有相關研究，應用SOLO分類理論進行學習進階水平劃分，得出了核心概念“化學平衡”的學習進階。最后分別對“化學平衡”的教學實踐、學習進階研究提供建議。

關鍵詞：SOLO分類理論；核心概念；學習進階；化學平衡

文章編號：1008-0546（2017）05-0002-04 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.05.001

一、問題提出

聚焦核心概念進行學習進階研究已經成為國內外科學教育領域的研究熱點。2013年美國頒布的《下一代科學標準》（The Next Generation Science Standards）圍繞核心概念構建了K-12十三年一貫的科學學習進階。[1]我國學者郭玉英[2]、謝紹平[3]、王磊[4]等均指出核心概念的學習進階研究對我國科學教育諸多方面有重要意義。王磊[5]、周玉芝[6]等學者從課程、教學等不同角度分析了核心概念的學習進階研究對我國化學教育發展的重要意義。目前，我國對化學核心概念的學習進階研究尚處于起步階段。

SOLO（Structure of the Observed Learning Outcome）分類理論從1982年提出至今已發展較為成熟，該理論對思維層次、認知水平劃分的科學性已得到廣泛肯定。我國化學教育領域對SOLO分類理論在化學試題編制、分析和教學設計、實施指導等方面進行了各具特色的研究，但基于SOLO分類理論的學生水平層次實際發展路徑、關鍵因素等的實證研究鮮有人關注。[7]因此，本研究基于SOLO分類理論進行化學核心概念的學習進階研究，期望對化學核心概念的教學實踐和化學核心概念學習進階研究有所啟示。

二、相關概念與研究方法

1. 相關概念

核心概念（Core Idea或Core Concept）是位于學科中心位置的科學概念，是本學科概念結構中的上位概念，可整合若干概念、原理、理論，且核心概念學習是一個長時間不斷加深理解的過程。 [8]學習進階（Learning Progressions，簡稱LPs）是對學生較長時間段內學習某一核心概念遵循的典型路徑的假設性描述，是學生在不同學習階段對核心概念掌握層次水平的總和。[9][10]

SOLO分類理論是由澳大利亞心理學家比格斯（J.B.Biggs）和科利斯（K.F.collis）基于皮亞杰的認知發展階段理論，并在批判性借鑒布魯姆目標分類理論、斯科諾德概念結構水平 （Level of Conceptual Structure）理論和馬頓的學習水平分類研究成果的基礎上提出的一種質性與定量相結合的評估理論。[11]該理論主要是通過分析被試對特定任務的表現來確定其思維結構層次和認知水平層次。SOLO分類理論將認知水平分為前結構、單點結構、多點結構、關聯結構、抽象拓展五個層次。前結構水平即學習前的水平，表現為對學習任務一無所知；單點結構表現為只有一種任務解決思路；多點結構則是具有多種問題解決思路，但相互之間不能進行整合；關聯結構水平表示能夠將多種思路結合起來進行思考；抽象拓展水平則表示可站在理論高度進行問題分析、解決。[12]各層次螺旋上升，反應出個體對特定任務學習成果的由淺入深。[13]

2. 研究方法

目前還不存在標準的學習進階研究范式，不同學者依據自身理解采取不同研究方法。布魯納的螺旋式課程理論是學習進階思想的重要理論基礎，[14]課程標準制定與教材編制力求由低級向高級螺旋遞進。所以王世存、王后雄[15]、周玉芝[16]等學者通過分析相關核心概念在課程標準中的內容要求以及教材內容呈現對化學核心概念進行學習進階研究。波斯納提出的概念發展理論也是學習進階思想的重要理論基礎，概念發展理論關注并修正學生錯誤概念的思想與學習進階思想緊密相連。[17]錯誤概念、前科學概念也是一種學習進階水平，對錯誤概念、前概念的概念轉變過程也是學習路徑的一部分。所以莊曉文[18]把前概念和迷思概念研究作為分析“電解質溶液”學習進階的一部分不無道理。

筆者在借鑒上述研究思路的基礎上，結合自身對學習進階研究的理解，將SOLO分類理論應用于學習進階水平劃分中，形成如下研究設計：①分析課程標準、高考考試大綱、人教版高中化學教材，得出“化學平衡”的重要概念，梳理課標、考綱要求和“化學平衡”前概念、錯誤概念的已有研究，得出“化學平衡”學習進階的結構基礎。②梳理SOLO分類理論相關研究，得出各SOLO層級的認知水平特征，結合構建的結構基礎，分析各認知表現特征對應的“化學平衡”概念水平表現，形成“化學平衡”的學習進階。

三、“化學平衡”的學習進階研究

1.“化學平衡”學習進階的結構基礎構建

結構基礎構建是學習進階的重要基石，結構基礎的科學性、客觀性直接影響著所構建學習進階的合理性。本研究構建的“化學平衡”學習進階結構基礎如表1。[19-23]

2. SOLO層次對應的“化學平衡”學習進階水平

本研究在文獻研究的基礎上，得出各SOLO層級的認知表現特征。[24-26]考慮到SOLO的前結構水平表現為對概念一無所知，因此在結合上述構建的結構基礎進行化學平衡各層級表現水平與SOLO層級相對應分析時，將單點結構水平作為學習進階的起始水平，分析得出“化學平衡”的學習進階（見表2）。

對照表1、表2可看出，核心概念的學習進階是以多個重要概念為主線，逐漸深入學習相關概念的同時，不斷更正已有前概念、迷思概念，使認知結構水平不斷提升的過程的描述。以“化學平衡常數”為主線加以闡述：進階水平1的學生只表現出能夠記憶化學平衡常數的概念、符號、表達式，能夠直接套用平衡常數的計算公式進行簡單計算，達到水平1的學生就不再存在“錯誤記憶化學平衡的概念、表達式”這一錯誤概念，當學生同時掌握平衡常數表達式、可逆反應限度、可逆反應是正逆反應雙向同時進行、任意反應時刻Qc表達式、平衡常數只受溫度影響等多個信息，并能夠利用多種信息解決問題時，學生就可以利用平衡常數進行化學反應方向判斷，也就達到了進階水平2，隨著對多個獨立概念掌握的不斷深入，學生可將不同概念之間的關系厘清，并將概念加以整合用于問題解決（如運用平衡常數分析轉化率），學生對概念的認知水平就達到進階水平3，當學習者對概念的認知水平達到進階水平4時，就表現出較高水平的抽象拓展、分析推理、知識遷移能力，比如利用平衡常數進行復雜問題的綜合分析。

四、對“化學平衡”教學實踐和學習進階研究的建議

1. 對“化學平衡”教學實踐的建議

充分發揮“化學平衡”學習進階的教學價值，在教學實踐中凸顯學生認知發展典型路徑，有利于課程的螺旋深入，有利于學生思維的縱向發展，有利于化學平衡觀的形成，有利于化學核心素養的提升。已有研究表明，我國教材關于“化學平衡”的內容編排、呈現及整合方式不利于學生系統、深刻地認識、構建“化學平衡”知識體系[27]。嚴格按照教材編排組織、安排教學，不利于學生將孤立、零散知識整合形成綜合分析問題的思路和問題解決方法。[28]如果教師在“化學平衡”教學過程中結合學習進階創造性使用教材，打破教材內容組織模塊化的壁壘，圍繞某一主線（如上述“化學平衡常數”）構建由淺入深的學習路徑，引導學生從單點結構，多點結構逐漸過渡到關聯結構，最終將知識整合、遷移，達到抽象拓展水平，將會減輕學生突然接受多個抽象概念的“不適”。

2. 對學習進階研究的建議

學習進階研究不僅僅是進階假設的構建過程，還應在實踐檢驗的基礎上不斷對學習進階進行修正。在實踐研究的過程中，可將上述“化學平衡”學習進階作為理論框架進行試題編制，也可基于已有SOLO分類理論在化學試題編制、試卷分析等方面的研究成果進行測量工具開發，然后搜集測驗數據，利用統計軟件對學習進階進行定量分析。還可以基于上述學習進階進行課堂教學設計，在教學過程中觀察、分析學生存在的前概念、錯誤概念，對學生的學習表現進行定性分析，并不斷修正學習進階。

參考文獻

[1][2]郭玉英，姚建欣，彭征. 美國《新一代科學教育標準》述評[J]. 課程·教材·教法，2013，33（8）：118-127

[3] 謝紹平，董秀紅. 美國新《K-12科學教育框架》解讀[J]. 外國中小學教育，2013（4）：55-61

[4] 王磊，黃鳴春.科學教育的新興研究領域：學習進階研究[J].課程·教材·教法，2014，34（1）：112-118

[5] 王磊，黃鳴春，王維臻，姜言霞，張麗娜，張榮慧. 從國際比較的視角來看高中化學課程標準的穩定性和趨勢性[J]. 全球教育展望，2013，42（11）：98-109

[6][16]周玉芝.厘清核心概念及其學習進程：分析教材的新視角——以中學化學 “電化學基礎”教學內容為例[J]. 化學教育，2014，35（13）：7-10

[7] 麥裕華，肖信.國內中學化學教育應用SOLO分類理論的研究進展2006-2011[J].化學教育，2016，37（7）：6-12

[8] Sarah M.C.，Andrew W. S.，Heidi A. S. Ready，Set，Science！ Putting Research to Work in K-8 Science Classrooms[M]. The National Academies Press，Washington DC.2007：59-60

[9] 約瑟夫·科瑞柴科. 革命性的變化：美國確立新一代科學教育框架[J]. 基礎教育課程，2013，Z1：82-85

[10] 劉晟，劉恩山.學習進階：關注學生認知發展和生活經驗[J]. 教育學報，2012，8（2）：81-87

[11] 李佳，吳維寧.SOLO分類理論及其教學評價觀[J].教育測量與評價，2009（16）：16-19

[12][32]Gillian，B.，Lewis，T.Students Knowledge of Their Own Learning and a SOLO Taxonomy[J].Higher Education，1994，28：387-402

[13] 張浩，吳秀娟，王靜.深度學習的目標與評價體系構建[J].中國電化教育，2014，51（5）：51-55

[14][17]張穎之.理科課程設計新理念：“學習進階”的本質、要素與理論溯源[J].課程·教材·教法，2016，36（6）：115-120

[15] 王世存，王后雄.《義務教育化學課程標準（2011年版）》解析[J].中小學管理，2012（4）：23-28

[18] 莊曉文，姜建文.“電解質溶液”核心概念的學習進階研究[J].化學教學，2016（2）：28-33

[19] 麥裕華，楊健萍，何慶輝.高中生化學可逆反應心智模式的診斷和分析[J].化學教育，2012，33（5）：19-24

[20] Ibrahim，B.，Ome，G.The Effect of Cooperative Learning Approach Based on Conceptual Change Condition on Students Understanding of Chemical Equilibrium Concepts[J].Journal of Science Education and Technology，2006，15（1）：31-46

[21] Jeff，S. P.，Henry，W. H. Strategies Reported Used by Instructors to Address Student Alternate Conceptions in Chemical Equilibrium [J]. Journal of Research in Science Teaching，2005，42（10）：1112-1134

[22] Gregory，P. T. Student Restraints to Reform：Conceptual Change Issues in Enhancing Students Learning Processes[J].Research in Science Education，1999，29（1），89-109

[23] 喬國才.“化學反應原理”模塊教學中幾個問題的探討[J].化學教育，2011，32（4）：67-69

[24] Claus，B.，Bettina，D. Using the SOLO Taxonomy to Analyze Competence Progression of University Science Curricula[J]. High Education，2009（58）：531–549

[25] Ursula，L.，Rosina，M. The Identification of Variation in Students understandings of Disciplinary Concepts：the Application of the SOLO Taxonomy within Introductory Accounting[J].High Education，2009（58）：257–283

[26] 李佳，高凌飚，曹琪明.SOLO水平層次與PISA的評估等級水平比較研究[J].課程·教材·教法，2011，31（4）：91-96

[27] 劉麗亞，閆春更，周青. 6國高中化學教材中“化學平衡”內容比較[J].化學教育，2015，36（21）：12-16

[28] 張麗，胡久華，吳迎春，富瑤.發揮核心概念“平衡常數”教學功能的化學平衡復習教學的研究[J].化學教育，2014，35（5）：20-24