SOLO指導下思維導圖式教學設計的研究

劉志華 謝潔純

摘要： 通過當前教學現狀的分析，嘗試將思維導圖式教學設計用于化學教學中。以電解池原理為例，探討思維導圖式教學設計過程，從而形成系列思維導圖。其中，邏輯嚴密的SOLO問題鏈的設置，有效增強了教師和學生思考內容的彈性和靈活度，促進學生深刻理解知識，幫助其主動建構邏輯嚴密的有機的整體知識結構，從而實現學習水平發展。

關鍵詞： SOLO分類理論； 化學學科能力； 思維導圖式教學設計

文章編號： 1005-6629（2018）7-0040-06 中圖分類號： G633.8 文獻標識碼： B

核心素養的提出，是化學課堂教學的新挑戰，且核心素養的培養離不開教師的正確引導。然而，目前有些教師的教學設計只是線性文字材料的累積，以灌輸為主，在題海和教學內容之間打游擊，沒有基本的教學順序。這將導致學生凌亂地存儲化學知識，缺乏對知識整體系統的認識，難以深度理解概念，更別說主動建構觀念了。使用思維導圖式教學設計（以下簡稱為“導圖式教學設計”）可在一定程度上解決這個問題，下文將以電解原理為例嘗試對思維導圖式教學設計進行研究。

1 理論框架

1.1 SOLO分類理論

SOLO分類理論首先是由彼格斯及其團隊提出來的，其認為學生的學習結果是可視化的，可分為前結構（P）、單點結構（U）、多點結構（M）、關聯結構（R）和抽象拓展結構（E）5個水平[1]。

SOLO分類理論的前3個水平是從知識點數量的角度評價學生的學習，后兩個水平則是以知識點數量為基礎，從認知結構的角度評價學生的學習[2， 3]。SOLO的層次性和結構性體現在要求教師于教學過程中整體深入地講授化學知識[4， 5]。要整體并深入地講授化學知識，關鍵是教師的教學設計一方面要體現出大主題、大概念，另一方面也要體現出大主題下的各一級主題教學不同化學知識之間的豐富的內在邏輯關系、嚴密的知識結構，這樣才能保證學生深度理解化學知識，建構完整全面的化學知識結構，培養和發展化學學科能力，進而實現化學素養化。

1.2 化學學科能力

王磊認為，化學學科能力是指學生順利進行化學學科的認識活動和解決問題所必須的、穩定的心理調節機制。王磊總結出3×3化學學科能力要素內涵及表現指標[6， 7]，如圖1所示。

導圖式教學設計可依據圖1所示學習理解、應用實踐、遷移創新三步驟進行。學習理解可以與SOLO理論的多點結構水平相對應，任務是使學生熟悉原型，熟悉主題內知識的認識角度和認識方式。當學生形成主題內知識的認識思路，實現知識的功能化和程序化，則達到關聯結構水平。當學生善于使用推理演繹的方法，能對體系外陌生情境進行遠遷移，得出開放兼容的結論，則說明達到抽象拓展結構水平，即實現知識素養化。

1.3 思維導圖

思維導圖（Mind Mapping）是英國著名腦思維學者托尼·博贊（Tony Buzan）所創造，目前被廣泛應用在教育培訓等領域。思維導圖的結構化和系統化特點強調繪制思維導圖必須整體考慮主題之間的關聯[8]。導圖式教學設計，圖文并茂，記錄著教學主題內許多信息，教師可以全面思考化學問題、專注眾多知識間的內在邏輯關系、主題間過渡轉換、設置一系列邏輯嚴密的SOLO問題鏈，幫助學生建構有機整體的知識結構[9， 10]，促進知識的功能化和程序化，達到知識系統化和素養化的目的[11]。

2 以電解原理為例的導圖式教學設計

2.1 大主題的導圖式教學設計

如圖2，以電解原理為中心主題，設計體現基本教學思路的思維導圖。總圖以培養學生學科能力為目標，為一段時間教學大主題的教學總方案。設計的基本原則是促進學生對內容的深度理解，從而建構化學知識，實現由知識意義化、程序化到素養化的轉變。

總圖包括3個一級主題： 建構原理、書寫電解池電極方程式的思維程序以及應用原理。建構原理的任務是熟悉原型，使學生熟悉電解原理的認識角度、方式、思路，建立電解的知識結構；書寫電解池電極方程式的思維程序是解決電解問題的思維模型，旨在促使學生對電解知識的理解；應用原理是“書寫電解池電極方程式的思維程序”的具體應用，旨在使學生的認識方式自主化和知識系統化。

從電解原理的建構、思維模型的建構到原理的應用設計總圖，符合SOLO分類理論和化學核心素養的內涵。

2.2 一級主題的導圖式教學設計

依據總圖對教學的內容和認知順序進行基本設想，并利用思維導圖進行各一級主題的精心備課，形成一系列導圖式教學設計。

2.2.1 建構原理與書寫電解池電極方程式的思維程序的導圖式教學設計

圖3按照建構、完善和應用原理三部曲促使學生在頭腦中牢固地建構電解池工作原理。設計所遵循的原則是讓學生從易到難的認知順序和有意義學習原則，選擇恰當的電解事實鏈[12]促進學生深度理解并有效建構化學知識。圖3的每一個教學主題內容都設置了系統性強的SOLO問題鏈，如表1所示。這些SOLO問題鏈從單點結構水平至關聯結構水平以由低到高的梯度形式呈現，邏輯嚴密，引導學生一步一步深入思考電解原理，從而促使學生集中精力于主題學習，保持思維的連續性，有助于學生建構成有機整體的知識結構。教師可以根據回答判斷學生的SOLO水平。

思維導圖借助箭頭等方式直觀形象地展示出豐富的知識信息與知識之間的內在聯系，通過知識內容的過渡，整合教學過程。電解氯化銅溶液和熔融NaCl后，由學生按概念、三向、構造三個方面總結電解池工作原理。至此，學生初步知道應從微粒觀、能量觀、平衡觀、守恒觀等角度或方式認識電解原理，并學會用電極方程式表示電解過程，同時建構電解反應的三重表征的互譯轉換關系。

設疑“為什么科學家無法通過電解飽和食鹽水制備Na？電解飽和食鹽水真正發生什么反應呢？”過渡到電解飽和食鹽水，教學內容轉換流暢。

課堂演示電解飽和食鹽水實驗，首先在兩極滴加了石蕊，目的是引導學生思考為什么陰極區溶液呈藍色，而陽極區則先變紅后褪色，這有助于促進學生建構宏觀表征和符號表征之間的邏輯關系。通過一系列邏輯嚴密的SOLO問題鏈，有效增強教師和學生思考內容的彈性和靈活度。層層推進電解飽和食鹽水的教學內容，既復習了元素化合物內容，又完善了電解池工作原理，還流暢地過渡到電解飽和食鹽水的工業裝置，引出離子交換膜。學生從電解飽和食鹽水了解到離子的放電順序。進而以電解硫酸銅溶液，進一步補充完善離子的放電順序。最后要求學生書寫電解水和K2SO4溶液的電極方程式和總反應方程式。至此，在學生頭腦中建構、完善電解池原理并加以初步的應用。

圖4總結了解決電解池基本問題的核心思維——書寫電解池電極方程式的思維程序。學生利用圖4建構起認識電解原理的思路，形成解決電解問題的思維程序。導圖式教學設計使整個教學過程流暢、渾然一體。

2.2.2 以電解飽和食鹽水為起點，建構電解原理的工業應用

學生熟悉使用“書寫電解池電極方程式的思維程序”思維模型后，教學目標應該由應用實踐變為遷移創新。以電解飽和食鹽水及其拓展為主題，按圖5和表2所示的SOLO問題鏈進行延伸拓展。

首先引導學生思考： 對電解飽和食鹽水的裝置增大電壓，Cl-氧化產物變成ClO -2，電極方程式和總反應方程式如何書寫？然后介紹NaClO2工業上的用途，這有助于培養學生對化學的積極情感、態度、價值觀。繼續設疑： 在電解飽和食鹽水中，沒有陽離子交換膜會有什么問題？學生回答后，教師繼續追問： 既然沒有陽離子交換膜會有可能生成NaClO， NaClO又是一種漂白劑，濃度越大，漂白效果越好，我們能否干脆不用交換膜，制備高濃度的NaClO？關鍵是如何避免H2與Cl2接觸反應及如何讓裝置自動化？學生討論后，根據氣體往上逸出離開溶液表面，認為按圖5第二個一級主題所示裝置圖是一種選擇，并說出理由、寫出電解方程式。追問： 用Fe做電極材料呢？發生什么反應？寫出電極方程式和總反應方程式。第四個例子是培養學生的復雜推理能力。

2.3 教學思考

思維導圖是發散性和收斂性相結合地將知識和思維進行可視化的工具。思維導圖式教學設計記錄教學主題內許多化學信息，圖文并茂的視覺呈現，有助于教師從有機整體的角度思考教學內容，彈性靈活地講授教

學內容[13]。導圖式教學設計為教學設計提供了全新的視角，優點有如下：

（1） 導圖式教學設計是基于SOLO理論的追求理解的教學設計。SOLO理論強調知識要關聯，整體大主題、大概念地呈現。導圖式教學設計整體設計教學，構成總圖，使整個大主題教學有了基本教學目標和程序。以總圖一級主題為中心主題設計具體內容教學時，知識按照學生的認知規律呈現，穿插迂回，主題內容不斷關聯，螺旋式上升，有助于學生全面整體理解教學內容。

（2） 導圖式教學設計通過一系列邏輯嚴密的SOLO問題鏈，使學生集中精力于主題學習，不斷完善和夯實主題學習，不斷深入思考，保持思維的連續性，有助于幫助學生建構成有機整體的知識結構，有效增強教師和學生思考內容的彈性和靈活度。再者，此方式也有助于學生在頭腦中建構知識網絡，方便知識的提取和靈活應用，提高學生的化學學習水平。教師亦可根據學生的回答判斷學生的SOLO水平，從而對學生的學習進行指導。

（3） 思維導圖借助線條等方式直觀形象地展示出知識豐富的信息量與相互之間的內在聯系，通過箭頭展示出主題知識間的關聯性，使教學渾然一體，沒有間隙和跳躍，有助于學生學習水平由多點結構水平發展為關聯結構水平。

3 結論

思維導圖式教學設計是基于SOLO分類理論的追求理解的教學設計。首先對大主題的教學內容依據化學學科能力的構成及表現進行整體性、簡單扼要的設計，然后逐個以總圖一級主題設計教學。導圖式教學設計使用圖像、線條、箭頭等表達知識間的內在聯系，使教學內容有機整體地呈現。通過設置邏輯嚴密的SOLO問題鏈，有效增強教師和學生思考內容的彈性和靈活度；促進學生化學學習水平和為教師判斷學生學習水平提供判斷依據，進而有目的地培養學生的化學學科能力和核心素養。

參考文獻：

[1]吳有昌， 高凌飚. SOLO分類法在教學評價中的應用[J]. 化學師范大學學報（社會科學版）， 2008， （3）： 95～99.

[2][5]李佳， 吳維寧. SOLO分類理論及其教學評價觀[J]. 教育評價與測量（理論版）， 2009， （2）： 16～19.

[3]劉志華， 謝潔純， 羅俏芳. SOLO分類理論在評價化學平衡畫圖題中的應用[J]. 化學教學， 2016， （3）： 79～82.

[4]劉志華. 基于SOLO理論的思維導圖建構三重表征整體關系的教學研究[J]. 化學教育， 2016， 37（9）： 24～28.