結構化教學與SOLO分類評價理論下開展高中化學實驗教學的實踐

摘 要：實驗是化學學科的特征之一，化學實驗教學是發展學生化學學科核心素養的重要途徑。化學教師可以在結構化教學與SOLO分類評價理論的指導下，通過精心設計問題鏈實現結構化教學，利用SOLO分類評價理論量化評價學生的思維水平，從而有效發展學生的高級思維能力，培養學生的化學學科核心素養。

關鍵詞：結構化教學；SOLO分類評價理論；高中化學；實驗教學；高級思維

中圖分類號：G63 文獻標識碼：A 文章編號：0450-9889（2024）26-0115-06

以實驗為基礎是化學學科的重要特征，化學實驗是培養化學學科核心素養的重要途徑。《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《課程標準》）提出：改變在實驗中注重動手但缺少思考的現狀，強調高級思維過程。然而，傳統的化學實驗教學往往局限于傳授基礎知識和技能，忽視深度挖掘與評估學生的高級思維，這種教學模式不僅難以保證實驗教學的質量，而且難以實現化學學科知識向化學學科核心素養的有效轉化。因此，本研究探索運用結構化教學與SOLO分類評價理論開展高中化學實驗教學進而培養學生高級思維能力的路徑，并以“配制一定物質的量濃度的溶液”為例進行具體論述。

一、在高中化學實驗教學中運用結構化教學與SOLO分類評價理論的理論基礎

《課程標準》指出：化學教學內容的組織，應有利于促進學生從化學學科知識向化學學科核心素養的轉化，而內容的結構化則是實現這種轉化的關鍵。《課程標準》提出了四種教學內容結構化的方式：基于知識關聯、認識視角、認識思路和核心觀念的結構化。

SOLO即Structure of Observed Learning Outcomes，是澳大利亞學者約翰·比格斯（J.B.Biggs）所創，意為可觀察的學習成果的結構。面對學生思維水平與認知水平的不同，SOLO理論提供了一個系統的量化評價體系，它將學習成果劃分為五個由低到高的層次：從前結構水平（P）到單點結構水平（U），再從多點結構水平（M）到關聯結構水平（R），最終邁向抽象拓展結構水平（E）（如下頁圖1所示）。劉英琦著眼于學習深入與拓展的過程，依據SOLO分類評價理論提出了“四個理解層次理論”，其中一個理解層次就是結構化理解［1］。通過結構化教學，能厘清相關內容的內在邏輯聯系，構建多元認知視角與有序思維路徑，形成綜合性學科認知框架，不僅提升課程內容認知價值，還促進學科思維發展，深化學科觀念構建，有效培育學生化學學科核心素養。這一教學模式不僅符合化學學科的特點，而且彰顯了“素養為本”的教育理念，為在高中化學實驗教學中培養學生的高級思維能力提供了有力的理論支撐與實踐指導。

二、在高中化學實驗教學中運用結構化教學與SOLO分類評價理論的教學路徑

高級思維是一種涵蓋比較、分類、歸納、推理、概括、評價、創造等較高層次的心智活動，體現深度理解與創新能力［2］。基于結構化教學和SOLO分類評價理論，筆者制訂出如圖2所示的在高中化學實驗教學中培養學生高級思維能力的教學路徑，它按時間順序分為三部分：課前準備階段、教學實施階段與教學評價階段。在課前準備階段，教師應精準把握化學學科核心素養內涵，融合學科邏輯與學生認知發展規律，精心策劃學習進階策略。聚焦實驗思維與方法的精髓，確保教學流程條理分明，引領學生循序漸進地構建系統且扎實的化學知識體系。在教學實施階段，教師基于知識關聯、認識視角、認識思路和核心觀念設計不同類型的問題鏈，構建教學主線，有效驅動學生高級思維能力的發展。在教學評價階段，SOLO分類理論過程性評價為教學評價關鍵，它不僅關注學習活動本身，還從多個角度和水平對學生的表現進行評估。為了暴露學生的相異構想，教師需要通過追問使學生的思維過程外顯，讓學生陳述作答的理由，甚至讓學生在黑板上演示解題步驟。這樣的評價方式有助于揭示學生的真實理解程度和思維過程，優化他們的認知結構，發展高級思維能力。

三、結構化教學與SOLO分類評價理論指導下的高中化學實驗教學實例

下面以“配制一定物質的量濃度的溶液”教學為例，具體闡述在結構化教學與SOLO分類評價理論的指導下，通過高中化學實驗教學發展學生高級思維能力的途徑。

（一）教學內容與學情分析

本節課內容選自人教版高中化學教材必修第一冊實驗活動1“配制一定物質的量濃度的溶液”，《課程標準》對本教學內容的要求主要如下：了解物質的量濃度的概念及其應用，體會定量研究對化學科學的重要作用；認識容量瓶，并初步學會溶液配置的基礎知識和基本技能。作為高中化學第一個定量實驗，此課不僅能夠讓學生掌握溶液概念的具體應用，而且是學生后續學習定量實驗（如中和滴定）的基礎，對學生構建化學計量體系至關重要。此次課的教學對象是重點中學的學生，他們基礎扎實，求知欲強，思維活躍，社會責任感強，對化學知識的應用充滿好奇；雖對濃度有初步認識，具有一定實驗探究能力，但定量實驗經驗有限，實驗操作精準度不足，分析問題能力和解決問題能力有待提升。

（二）現有教學設計分析

通過文獻檢索發現，現有“配制一定物質的量濃度的溶液”相關的教學設計文獻多關注教學方式（如體驗式學習［3］、問題解決［4］）、實驗體系及教育價值［5］以及“科學探究與創新意識”學科核心素養培養［6］，對基于結構化教學與SOLO分類評價理論實現高級思維能力培養的挖掘尚有不足。

（三）教學流程

教學流程如圖3所示，共有四大環節，情境線、問題線、活動線、知識線、SOLO評價線以及素養線等六線交織，構成了一節流程明確、內容豐富的實驗課。

（四）基于結構化教學與SOLO評價理論的教學目標

通過對比不同的濃度的表達形式，構建濃度表達的知識體系，促進知識關聯的結構化，讓學生意識到物質的量濃度對生產和科學研究也有重要意義。（單點結構水平）

通過討論關鍵問題，形成定量分析的思維模式，實現認知視角的結構化。（多點結構水平）

通過設計容量瓶，掌握其特點；學會一種實驗技能——一定物質的量濃度溶液的配制；能夠熟練掌握誤差分析的方法，構建實驗體系的認知模型，實現認知思路的結構化。（關聯結構水平）

根據認知模型，解決實際問題，實現核心觀念的結構化。（抽象拓展結構水平）

（五）教學過程

環節1：創設情境，建構意義。

學習任務1：了解不同濃度的表達形式，并建構引入“物質的量濃度”的意義。

評價任務1：診斷并發展學生對溶液濃度表示方法的認識水平（單角度）；診斷并發展學生對物質的量濃度概念在生活中的實際應用認知水平（學科價值和社會價值二者綜合視角）；判斷學生是否達到較低能力的單點結構水平。

問題情境1：教師展示一組圖表（如圖4、圖5、圖6、下頁表1所示），要求學生回答以下兩個問題。

問題鏈1：（1）你能發現溶液濃度表示方法的異同嗎？

（2）為何要引入物質的量濃度？

【設計意圖】通過直觀的圖表，引導學生運用比較與分類的高級思維，深入剖析濃度的多種表達形式，闡明它們的類似之處和不同之處。在這一過程中，學生不僅建立了知識間的邏輯關聯，實現了濃度知識結構化，而且初步領悟物質的量濃度在實際應用中的價值，從而激發了配制一定物質的量濃度溶液的欲望。此階段，學生表現出單點結構水平的思維特征，但有著向更高層次思維發展的巨大潛力。

環節2：理論分析，明確方法。

學習任務2：抓住關鍵問題，儀器精度體現“精準”。

評價任務2：診斷并發展學生基于物質的量濃度表達式對體現“精準”關鍵問題的認識視角水平（多角度水平）；通過課堂互動與交流分析，診斷并發展學生的知識類推和遷移能力；基于經驗水平、概念理解水平、推理和實驗水平診斷并發展學生的實驗評價思維水平。診斷并發展學生對容量瓶是一種容積精確儀器的認識水平（多角度水平）。判斷學生是否達到高階能力的多點結構水平。

問題情境2：要精確配制100 mL物質的量濃度為1.00 mol/L的NaCl溶液，根據物質的量濃度的數學表達式，應解決哪些關鍵問題？

生1：根據c=n/V來思考，在配制的過程中，要做到濃度精確，必須要保證溶質的物質的量和溶液的體積準確。

師：根據實驗目的和數據，計算出需要多少NaCl固體？

生2：mNaCl=nNaCl·MNaCl=C·V·M=1.00 mol/L×0.1 L×58.5 g/mol=5.85 g。

問題鏈2：（1）根據表2，若要準確稱量5.85 g NaCl固體，應選擇什么儀器？

（2）如何準確確定溶液的體積為100 mL？請評價以下三個實驗方案。方案1，稱量5.85 g NaCl于燒杯中，加入100 mL蒸餾水溶解。方案2，稱量5.85 g NaCl于燒杯中，加入蒸餾水配成100 mL溶液。方案3，稱量5.85 g NaCl于量筒中，加入蒸餾水配成100 mL溶液。

（3）如果取燒杯和量筒的優勢進行組合（如圖7所示），能否設計出一種大肚、細頸的實驗儀器保證溶液體積精確呢？

（4）閱讀教材第54頁上的內容，結合教材上的圖片和“資料卡片”，回答下列問題。

①思考容量瓶的結構、標志、規格、選用原則、用途分別是什么。

②使用容量瓶有哪些注意事項？

【設計意圖】通過回憶物質的量濃度的數學表達式，進一步認識解決精確配制一定物質的量濃度的關鍵問題——如何精確確定溶質的物質的量和溶液的體積，從而實現認識視角的結構化。引導學生根據實驗需求選擇、設計和改進實驗儀器，體驗創造性地設計實驗儀器的過程，真正認識到容量瓶“精準”的特點，體會儀器精度更高是本實驗的關鍵。學生初步體會定量研究的思路，發展定量分析思維。

i/BSsVeyYSzZT4WgA7XmWg==環節3：實驗實踐，建立模型。

學習任務3：實驗操作準確，實現“精準”。

評價任務3：通過交流和點評操作步驟要點，診斷并發展學生在實驗探究中的設計能力水平（綜合水平）。通過實驗操作，診斷并發展學生配制一定物質的量濃度溶液的動手能力和使用儀器的技能水平（定性水平、定量水平、定性與定量水平）。判斷學生的思維水平是否從多點結構水平轉變為關聯結構水平。

問題鏈3：為了準確配制此溶液，請閱讀教材第55頁和學生實驗報告（如圖8所示），思考下列六個問題，掌握操作步驟要點。（要求：限時3分鐘完成）

[配制一定物質的量濃度的溶液 學生實驗報告

一、實驗目的

配制100 mL 1.00 mol/L NaCl溶液

二、實驗原理

c=n/V

三、實驗儀器及試劑

固體氯化鈉、蒸餾水、100 mL容量瓶、膠頭滴管、托盤天平、燒杯、量筒、玻璃棒、藥匙、試劑瓶、標簽紙

四、實驗方案設計及實施

[實驗步驟 所用儀器及具體操作 1.確定溶質的質量 2.溶解 3.將溶質全部轉移到容量瓶中 4.添加溶劑到容量瓶的刻度線 ]

五、誤差分析

六、實驗反思

（1）怎樣溶解NaCl？可能用到的儀器有哪些？

（2）如何向容量瓶中轉移溶解后的溶液？怎樣才能使溶液不灑出來？

（3）怎樣保證溶質被全部轉移到容量瓶中？

（4）如何確保容量瓶中液體體積不超過刻度線，恰好為100 mL？

（5）如何使得溶液中的溶質均勻分布？

（6）容量瓶能否長期保存溶液？

教師活動：運用有效的思維評價策略，采用以下追問方式。首先詢問“你是怎樣形成結論的？”，引導學生反思推理過程。接著，運用問題“是什么促使你這樣思考？”鼓勵學生探索思維起點與路徑。隨后，運用問題“你能提供哪些證據支持你的觀點？”要求學生提供具體例證支持觀點，培養學生的實證精神。最后，通過問題“你還需要補充完善你的結論嗎？”促使學生自我審視，提升學生的批判性思維。

學生實驗：觀看演示實驗視頻，以精煉語言總結實驗步驟，并參照圖9完成實驗。（要求：限時6分鐘完成。各組做好分工，明確操作人、記錄人、匯報人）

學習任務4：誤差分析。

評價任務4：分析探討實驗誤差，診斷并發展學生的分析推斷能力與定量實驗研究能力。明確學生的思維水平是否從多點結構水平轉變為關聯結構水平。

問題鏈4：（1）在實驗中有任何的操作不當都會產生誤差，由物質的量濃度表達式可知，導致溶液濃度誤差的根本原因有哪些？

（2）請分析視頻中的這些操作對結果造成怎樣的影響。視頻1：溶解過程中有液體濺出；轉移過程中燒杯和玻璃棒都未洗滌。視頻2：定容過程加水超過刻度線；定容讀數時，俯視刻度線或仰視刻度線。

【設計意圖】以問題鏈為引導，結合實驗報告，使學生掌握配制溶液的關鍵步驟與技能，體會操作更準確是本實驗的關鍵。通過誤差分析，培養學生分析推斷能力，明確嚴謹科學態度的重要性。這一環節不僅強化學生的動手能力與儀器使用技能，而且引導學生深度思考，培養高級思維。注重思維過程暴露與相異構想糾正，促進學生的思維水平從多點結構水平轉變為關聯結構水平。

學習任務5：梳理與歸納，并構建實驗體系原理的認知模型。

評價任務5：診斷并發展學生構建實驗體系原理的認知模型，從而實現認識思路的結構化。診斷學生的歸納總結能力是否達到舉一反三的關聯結構水平。

問題鏈5：（1）用可溶性固體來配制一定物質的量濃度的溶液的實驗步驟有哪些？

（2）誤差分析的方法有哪些？

（3）請構建實驗體系原理的認知模型。

【設計意圖】通過構建“確定實驗目的與原理—選擇實驗試劑與儀器—設計與實施實驗方案—表達實驗結果”實驗認知模型，實現認識思路的結構化，引導學生抽提核心觀念，發展學生證據推理和模型認知的化學學科核心素養。學生的思維水平達到舉一反三的關聯結構水平。

環節4：拓展應用，聚焦素養。

學習任務6：掌握溶液稀釋的相關知識，提升解決問題的關鍵能力，突出思維品質與思維過程。

評價任務6：診斷并發展學生解決綜合實際問題的能力，促進學生對溶液配制的深層次認識，實現核心觀念的結構化。判斷學生的思維水平是否達到抽象拓展結構水平。

問題情境3：假如你是一名質檢員，需要配制100 mL 1.0 mol/L的稀硫酸來檢驗某乳制品中三聚氰胺的含量，請完成實驗方案設計。（已知市售濃硫酸的質量分數為98%，密度為1.84 g/cm3）

問題鏈6：（1）配制1.0 mol/L稀硫酸100 mL，原理是什么？需要量取市售的濃硫酸溶液體積是多少？

（2）濃溶液稀釋有哪些實驗步驟？與配制一定物質的量濃度的NaCl溶液對比，有什么不同？

（3）用量筒量取濃硫酸時，俯視或仰視讀數，對配制的稀硫酸濃度有什么影響？與定容時俯視或仰視刻度線讀數對結果造成影響是否相同？

教師活動：針對學生的匯報展示，教師通過追問深入了解學生的思維路徑，通過板書解答直觀展現解題過程，暴露學生的相異構想。基于學生相異構想設計針對性教學，旨在精準對接教學目標。強化交互反饋，質疑創新，優化思維，共筑高效課堂。

【設計意圖】通過質檢員用濃硫酸配制稀硫酸的情境，深化學生對溶液配制的認識，促進學生深度理解配制原理及操作細節，從而提升解決復雜化學問題的能力，最終實現“定量實驗思維”核心觀念結構化。通過問題鏈引導，聚焦學生思維與知識進階發展，暴露并糾正學生的誤解，提升學生的思維品質，使學生的思維水平發展到抽象拓展結構水平。

四、結構化教學與SOLO分類評價理論指導下開展高中化學實驗教學的啟示

（一）SOLO分類評價理論融入結構化教學，構建“教—學—評”一體化的教學模式

本研究將SOLO分類評價理論融入結構化教學的全過程，建構了“教—學—評”深度融合的教學新模式。這不僅使教師能夠精確識別并解決學生在學習中遇到的困難，制訂明確的教學目標，而且為開展具有針對性的結構化教學提供支撐，還能更準確地掌握教學進展和評估教學效果，直觀分析學生的思維發展水平，提升學生的自我認知與判斷能力。

（二）通過問題鏈引導，實現結構化教學，提升思維能力和品質

問題鏈策略在化學教學中，作為引導學生深化理解、啟迪思維、評估成效及導向目標的控制手段，顯著提高了課堂效率，是優化教學策略、促進高效學習的重要途徑［7］。基于化學學科思維方式和方法，對教學內容進行結構化處理，精心設計體現化學核心觀念的主干問題。通過分解或延展主干問題形成問題鏈，驅動學生思考，使學生主動參與學習活動；問題鏈背后反映的化學核心思維為設計觸發深度思考的活動提供了依據；問題之間的適當跨度為學生提供了適宜的思考空間，確保了深度思考的可行性；而表達與交流則為激活和優化學習者的心智模式，提升思維能力和思維品質提供了載體。

在高中化學實驗教學中融入結構化教學與SOLO分類評價理論，不僅能夠有效地培養學生的高級思維能力，還能夠在“教—學—評”一體化的視角下，實現由掌握化學學科知識向發展化學學科核心素養轉變。這一過程不僅提高了學生的知識應用能力、實驗操作技能，還在潛移默化中提升了學生的創新思維能力和問題解決能力。

參考文獻

［1］劉英琦.以深度理解促進學生學科核心素養發展的教學研究［J］.中學化學教學參考，2021（05）：1-5.

［2］張春花.基于高級思維的化學問題組合設計研究［D］.濟南：山東師范大學，2014.

［3］范曉瓊，李丹.用“體驗式學習”培養學科核心素養：以“準確配制一定物質的量濃度的溶液”為例［J］.中學化學教學參考，2021（03）：35-38.

［4］田甲佩.基于方法養成的化學實驗教學：以“配制一定物質的量濃度的溶液”為例［J］.中學化學教學參考，2018（21）：32-33.

［5］汪阿戀，吳新建，張賢金，等.高中化學必做實驗的實驗體系及教育價值探析：以“配制一定物質的量濃度的溶液”實驗為例［J］.化學教學，2021（10）：60-63+67.

［6］朱成東，楊香菊，徐泓.凸顯科學態度與探究意識的化學實驗教學設計及實施：配制一定物質的量濃度的溶液［J］.化學教育（中英文），2023，44（11）：38-43.

［7］王后雄.“問題鏈”的類型及教學功能：以化學教學為例［J］.教育科學研究，2010（05）：50-54.

注：本文系柳州市教育科學“十四五”規劃2021年度立項課題“教學內容結構化視域下的高中化學公開課有效性的實踐研究”（2021C-347）的研究成果。

（責編 林 劍）