SOLO分類理論導向下的化學實驗探究活動教學探索

化學實驗探究作為一項至關重要的科學實踐活動，對培養學生的科學探究與創新意識具有不可忽視的作用，是提升學生化學核心素養的重要途徑之一。《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》強調，教師應緊密結合學生的認知發展特點，依據“科學探究與創新意識”核心素養的發展水平與學業質量標準，精心策劃并設計實驗探究活動，以加深學生對科學探究內涵的理解，并進一步提高其科學探究能力。

文章將SOLO分類理論與化學學科核心素養結合，總結了高中化學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學科核心素養與SOLO層級的對應關系，并以人教版高中化學必修第二冊第六章中的實驗探究活動“簡易電池的設計與制作”為例，具體論述了SOLO分類理論如何用于指導化學探究活動，進一步培養學生的科學探究與創新意識。

一、高中化學課堂中實驗探究活動存在的問題

人教版高中化學系列教材共精心設計了23個“探究”欄目，旨在將化學知識的學習、科學探究能力的培養及化學學科核心素養的發展有機結合，從而提升學生的綜合素養。然而，在實際教學過程中，受多種因素影響，許多教師并未深入理解和把握“探究”欄目的設計初衷及其教育價值，導致實驗探究活動的教學效果不理想。具體而言，當前高中化學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目標不夠明確。在教學過程中，部分教師過于注重通過實驗探究活動來加深學生對化學知識的理解和記憶，忽視了對學生科學探究能力及學科核心素養的培養，這不利于提升學生的綜合素養。

二是實驗探究活動在水平層級設計方面存在明顯不足。傳統的化學實驗往往過于模式化和形式化，導致實驗過程缺乏靈活性。在實際教學中，部分教師過于關注探究活動的最終結論，忽視了對其各個環節水平層級的精心設計。

三是實驗探究活動缺乏深度。作為培養學生科學探究能力的關鍵環節，學生在實驗操作中常出現“無法重現教材所示實驗現象，各小組間實驗數據存在差異”等情況。這些情況的出現本是培養學生科學探究能力的寶貴契機，然而部分教師未能充分把握，沒能引導學生將情境因素與實驗現象相聯系，缺少“發現問題—分析問題—解決問題—抽象概括”的完整教學活動流程。

四是缺少培養學生創新意識的教學活動。在當前的教學實踐中，部分教師未能根據實際教學內容創設生動具體的教學情境。這種情況下，學生難以從實際情境中發現問題，提出合理假設，構建科學模型，設計有效實驗，以及歸納準確結論，從而制約了學生創新意識的發展。

為了解決以上問題，提高實驗探究活動的深度，筆者將SOLO分類理論與化學學科核心素養水平層級相對應，利用分類理論指導化學實驗探究活動，使探究活動的各個環節具有明確的能力與素養層級目標，讓學生的認知水平由低層級逐步向高層級發展，從而有效提升學生的學科核心素養。

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，意思為可觀察學習效果的層級結構。該分類理論將學生在解決問題時的反應水平分為了五個層次（圖1），逐層遞進，螺旋上升，通過描述學生的表現去判斷他們處于何種水平。

三、實驗探究活動中化學學科核心素養與SOLO層級的對應關系

筆者參照王后雄教授提出的SOLO分類理論對化學學科核心素養的分類依據，結合《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》，分析了SOLO分類理論與化學學科核心素養實驗部分對照關系（表1）。

四、SOLO分類理論對高中化學實驗探究活動的指導作用

在化學實驗探究活動中，教師與學生的角色定位各有側重。盡管學生是發現問題、提出問題的主體，但教師仍需提前預測學生可能出現的問題，并據此準備相應的實驗用品，以有效掌控課堂節奏。在教學設計過程中，教師應依據SOLO分類理論、教材及課程標準，明晰教學目標與教學重難點，并結合探究實驗的具體情境，列出核心的驅動性問題。在實驗過程中，預測的實驗現象與實際現象可能存在差異，或出現教材中沒有提及的新現象。對此，教師應事先充分準備，預測學生可能出現的問題，并預備相應的解決方案。同時，教師應運用SOLO分類理論，分析歸納出值得學生深入探究的問題，并在課堂上引導學生展開深入探究。此外，在設計教學流程時，教師還需關注如何在流程中和流程后對學生進行評價，以促進學生動手能力的提高及學科核心素養的提升。

五、SOLO分類理論指導高中化學實驗探究活動的教學示例

筆者以人教版高中化學必修第二冊第六章中的實驗探究活動“簡易電池的設計與制作”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

關于“簡易電池的設計與制作”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，利用發光二極管、電子音樂卡或小電動機等，設計一個演示原電池的趣味實驗。在實驗探究中，學生已經學習了原電池的構成要素，對簡易電池有一定的理論認識。然而，他們難以理解教材中“這種把化學能轉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系，加深學生對原電池組成及工作原理的理解。

根據表1中的素養水平對照關系，學生在按照教材內容進行實驗的過程中，能夠達到素養1、素養2、素養5的R層級，而素養3和素養4則能夠達到M層級。然而，這僅僅意味著學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化與改進，以促進學生更深入地理解和掌握相關知識。

（二）教學目標設定

一是引導學生從實際角度了解原電池的構成要素及工作原理，體會化學學科的獨特價值；二是引導學生通過自主選擇材料設計三組簡易原電池，鞏固原電池的基礎模型，提高實驗探究能力；三是引導學生仔細觀察實驗現象，提出沖突問題，深層思考現象出現的原因，培養嚴謹的科學態度；四是引導學生自主設計探究實驗方案，使其掌握控制變量的科學探究方法。

（三）教學重難點

在該探究實驗中，教學重點是讓學生了解原電池的構成要素，教學難點是讓學生利用生活中的材料設計和制作簡易電池。

（四）教學環節設計

一是梳理實驗相關知識。教師首先向學生提出問題：“原電池的構成要素有哪些？工作原理是什么？”引導學生回憶原電池模型及應用條件，使學生在動手實驗之前對實驗的理解水平達到關聯結構水平。二是自制簡易水果電池。教師引導學生自主設計三組簡易原電池，并讓小燈泡亮起來，以激發學生的主觀能動性。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？”讓學生觀察實驗現象，引發學生進一步思考與討論。四是作出多種合理假設。教師可以將學生分成不同小組，讓他們討論影響燈泡亮度的因素有哪些。在實驗過程中，教師要引導學生總結沖突存在的多種原因，并讓學生自主設計探究方案，介紹控制變量法在探究實驗中的應用。五是設計方案并驗證假設。教師需總結可能的影響因素，并讓學生設計對照探究實驗，考慮控制變量法的要求，驗證自己的猜想，匯報實驗結果。六是將理論與實際生活相聯系。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？”讓學生觀察實驗現象并討論改進方案，進一步總結原電池模型。同時，教師要引導學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系，體會化學學科的重要價值。

結語

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

（作者單位：湖北大學化學化工學院）