基于SOLO分類理論提升學生化學實驗思維能力

《義務教育化學課程標準（2022年版）》在“教學理念\"中明確指出：開展以化學實驗為主的多樣化探究活動，倡導“做中學”“用中學”“創中學”。這揭示了學生的實驗能力尤其是實驗思維能力在化學學科核心素養中的重要地位。因此，在初三化學實驗復習中，教師要關注實驗知識與技能的綜合與遷移能力，尤其要關注實驗元認知思維能力的培養。而SOLO分類理論提出的由低到高的五個思維能力結構水平，可幫助教師找尋實驗復習教學目標與各思維能力水平的契合點開展有針對性的教學，從而有效促進對學生化學實驗思維能力的培養。下面，筆者結合教學實踐具體闡述。

一、聚焦理論，搭建教學框架

實驗思維能力的培養具有明顯的進階性，這與SOLO分類理論中由低到高的層次水平

進階相似。因此，教師可聚焦SOLO分類理論，搭建教學框架。

（一）聚焦理論

SOLO分類理論是一種針對學生學習結果的評價方法，它將學習成果由低到高分成前結構水平、單點結構水平、多點結構水平、關聯結構水平、抽象拓展結構水平五個層次[，讓學生思維結構呈現“點、線、面、立體、系統\"的發展過程[2。將SOLO分類理論中的水平層次（以下簡稱\"SOLO層次”與學生在化學實驗學習過程中體現出來的實驗思維能力水平相對應，便于教師對教學進行創造性設計。SOLO層次與化學實驗思維能力水平的對應關系及相關特征如表1所示。

（二）搭建教學框架

化學實驗思維能力是個體順利解決化學實驗問題所表現出的具有良好適應性的個性心理特征，主要包括比較與分類、分析與綜合、歸納與演繹、抽象與概括、批判與創新等思維能力。教師可基于SOLO分類理論由低到高的五個層次水平，制訂符合學生化學實驗思維能力發展的分層學習目標，并以目標為導向安排具有關聯性、驅動性和進階性的任務序列及其問題支架，通過“目標一任務一問題\"助推學生實驗思維能力由低階走向高階。基于SOLO分類理論的化學實驗復習教學框架如圖1所示。

二、構思線索，設計教學過程

林崇德認為思維是智力的核心，思維包括思維目的、思維過程、思維材料、思維品質等要素[3]。初三實驗復習教學包括了上面的多個要素，教師可嘗試利用如圖1所示的教學框架來構思教學線索、設計教學過程，從而有效促進學生化學實驗思維能力的進階發展。

（一）構思教學線索

在\"探秘廣口瓶的多種功能\"復習課中，筆者以廣口瓶為載體，針對裝置比較、裝置分析、裝置設計、裝置評價、裝置優化等不同問題情境激勵學生調動實驗思維投人學習。筆者先基于SOLO分類理論設置思維能力維度的分層學習目標，再根據目標導向構思任務驅動、思維進階等并行線索，以期促進學生由低階實驗思維能力向高階實驗思維能力轉變。“探秘廣口瓶的多種功能”復習課的教學線索如圖2所示。

（二）設計教學過程

化學實驗中，實驗儀器往往具有多種功能，如玻璃棒在溶解、過濾、蒸發3個實驗過程中，分別具有“攪拌一助溶解”“引流一防灑落\"\"攪拌一防飛濺\"功能。筆者要求學生思考在化學實驗中帶導管的廣口瓶（如圖3所示）有哪些功能，并舉例說明。

\"SOLO”單點結構 多點結構 ？ 關聯結構 抽象拓展結構層次線i = ！通過體驗、分析和 通過先應用集氣、洗 通過在真實情境中解 通過組合裝置、闡明闡明原理，區別集 氣功能，后整合集氣、 決導氣和防倒吸問題， 原理、評價方案，提“目標”氣和洗氣功能，提 洗氣功能，提升分析 提升分析與綜合、比 升歸納與演繹、抽象層次線升比較、分析、列 與綜合、比較與評估 較與評估、批判與創 與概況、批判與創新舉和解釋能力 能力 新能力 能力1 1“任務” 收集一瓶CO氣 除去 CO₂ 氣體并 實現CO氣體的 實現 CO₂ 氣體的驅動線 體、一瓶CO氣體 收集一瓶CO氣體 導出和防倒吸 吸收、儲存和釋放1“功能” 整合 兼顧 兼顧集氣、洗氣開發線 集氣和洗氣 導氣和防倒吸 吸氣、儲氣、放氣1 ！ 二“實驗思維 提升比較、分 提升分析與綜 提升分析與綜合、 提升歸納與演繹、能力”進階線 析、列舉和解釋 ？ 合、比較與評估 ？ 比較與評估、批判 抽象與概括、批判能力 能力 與創新能力 與創新能力

1.任務一：收集一瓶 CO₂ 氣體、一瓶CO氣體

問題1：若要收集一瓶 CO₂ 氣體，請在圖3中標注氣體通入方向，并闡述理由。

生：因 CO₂ 氣體密度比空氣大，故將氣體 從A端通入，用向上排空氣法收集。

間題2：已知CO氣體密度與空氣密度相近，不溶于水，且有毒。若用圖3所示裝置收集，該采用什么方法？

生：在瓶內裝水，利用排水法收集。

[學生實驗]分別在導管 A，B 處伸入吸管向瓶內吹氣，然后描述現象并解釋原理。

間題3：若氣體反向流入，此時廣口瓶具有什么功能？請舉例說明具體作用。

[互動交流]洗氣功能。具體作用有三種：一是將 CO₂ 氣體通入裝有澄清石灰水的廣口瓶，起到檢驗作用；二是將混有少量 CO₂ 氣體的CO氣體通入裝有 ΔNaOH 溶液的廣口瓶，起到除雜作用；三是將混有少量水蒸氣的CO氣體通入裝有濃硫酸的廣口瓶，起到干燥作用。

設計意圖：讓學生根據 CO₂ 氣體、CO氣體的性質，理解廣口瓶的集氣功能，并通過實驗活動揭示洗氣功能的原理及具體作用。讓學生借助“問題線索 + 單個相關素材\"通過體驗、反思、推理或交流來收集或產出信息[4]，與SOLO分類理論中的單點結構水平相適應。引導學生將想法顯現出來，便于及時評價學生比較、分析、列舉和解釋能力的發展情況

2.任務二：除去 co₂ 氣體并收集一瓶CO氣體

問題4：某同學做完實驗后的廢氣中含有較多CO氣體和少量 CO₂ 氣體。為了環保和回收再利用，現提供廣口瓶、帶導管的膠塞、燒杯、NaOH溶液和水等實驗用品，請試著討論除去 CO₂ 氣體并收集CO氣體的可行方案。

[思考與交流]先在一個廣口瓶內裝入ΔNaOH 溶液，除去 CO₂ 氣體，再用裝滿水的廣口瓶利用排水法收集C0氣體（如圖4所示）。

間題5：能否用一個廣口瓶代替上面兩個廣口瓶同時實現洗氣和集氣功能？

[交流與改進]如圖5所示，讓混有少量 CO₂ 氣體的CO氣體從左側導管通入，這樣既能讓氣體一直與 ΔNaOH 溶液充分接觸，順利除去CO₂ 氣體，又能排出NaOH溶液，收集CO氣體。

[實驗驗證]借助吸管向瓶內吹氣，模擬混合氣體流入，氣體與瓶內液體充分混合，沒有反應的氣體聚集在瓶內上方，將液體排出。動態展現洗氣、集氣功能二合一，直觀揭示其工作原理。

設計意圖：利用真實任務，既讓學生將集氣和洗氣功能學以致用，又讓學生將洗氣、集氣兩個孤立的過程整合。像這樣利用\"問題線索 + 多個孤立的相關素材”，通過分析、解釋、評估等思維方法來解決實際問題，基本契合SOLO分類理論中的多點結構水平，能引導學生在實驗過程中逐步提升分析與綜合、比較與評估能力。

3.任務三：實現CO氣體的導出和防倒吸

間題6：已知CO氣體是通過甲酸與濃硫酸在加熱的條件下反應制取，并用排水法收集的。為了避免污染環境，應先熄滅酒精燈，再將導管移出水槽，但會有水順著導管倒吸到反應裝置。這一問題該如何解決呢？

[設計繪圖]“畫一畫”廣口瓶、導管和膠塞組成的裝置，以便既能實現原來的導氣功能，又能在熄滅酒精燈后，起到防倒吸作用。

[展示與評價]學生展示繪制的設計圖。

教師要求學生相互“評一評”哪套裝置最優并闡述理由。

設計意圖：讓學生在解決問題的過程中，自然地將導氣和防倒吸相互關聯，經歷“設計$$ 繪制 $$ 展示 $$ 評價”，直至揭示原理。學生最終繪制的“導氣、防倒吸功能示意圖”如圖6所示。該任務利用了“問題線索 + 相關素材 + 相互關系”，契合SOLO分類理論中的關聯結構水平，能激活學生分析與綜合、比較與評估、批判與創新能力。

4.任務四：實現 CO₂ 氣體的吸收、儲存和 釋放

[教師活動]提供繪有廣口瓶、導管、注射器等儀器的卡紙，磁性白板及記號筆。

師：為了實現 CO₂ 氣體的吸收、儲存和釋放，請分組合作，將卡紙吸到白板上進行組合，并標記所加藥品的名稱。

[展示交流]學生展示組裝的裝置（如圖7所示）。圖7中的甲裝置，先將 CO₂ 氣體通入NaOH溶液，實現大量 CO₂ 氣體的吸收并儲存，再從長管注射稀硫酸，讓稀硫酸與剛才生成的 Na₂CO₃ 反應后重新釋放 CO₂ 氣體。而圖7中的乙裝置或丙裝置，則是通過三通管或多加一根導管的方式，更方便地實現了上述功能。

問題7：請從可行性、簡潔性、安全性等角度評價設計方案，并提出優化建議。

教學月刊·中學版教學參考2025.6 53

生：圖7中甲、乙、丙三套方案均可行，且安全。與甲方案相比，乙、丙方案中的裝置雖不那么簡潔，但無須拆、接注射器，操作更加方便。此外，為了更好地實現吸收、儲存和釋放功能，還應考慮 ΔNaOH 溶液和稀硫酸的濃度適配情況。

師：請總結廣口瓶的功能及功能開發的一般思路。

[互動交流]（功能略）功能開發的一般思路是：實際需求導向 $$ 裝置結構分析 $$ 部件功能解構 $$ 科學原理遷移 $$ 應用邊界突破 $$ 實驗操作驗證 $$ 功能迭代開發。

設計意圖：基于實際需求，通過團隊合作創造性地設計多種方案，并通過展示、交流、評價和優化，總結廣口瓶的多種功能及概括功能開發的一般思路。這與SOLO分類理論的抽象拓展結構水平相適應，重視歸納分析能力的培養，提升推理演繹能力[5]，同時還鼓勵學生提出新穎而有價值的觀點和解決問題的方法。

三、反思教學，感悟要義

高質量的實驗復習教學，一般具有針對性、進階性、思維性和有效性等特點。為此，教師要針對學生的認知水平和思維方式，利用SOLO分類理論設置分層學習目標，讓學生在任務驅動、問題解決的過程中實現實驗思維能力的有序進階。

（一）合理設置分層學習目標

SOLO分類理論的導向使教學設計能將知識學習與科學思維技能提升有機地結合起來。上述教學中，筆者以廣口瓶為載體，整合了裝置比較、裝置分析、裝置設計、裝置評價、裝置優化等典型實驗問題，并在實驗思維能力維度設置了單點結構水平、多點結構水平、關聯結構水平、抽象拓展結構水平的循序漸進的分層目標，這樣不僅能更好地激發學生潛能，而且能將知識“舉三歸一\"進行結構化。

（二）創設驅動性任務序列

實驗思維能力的培養需要一定的載體。

思維目的與思維材料、思維過程要相匹配。上述教學中，筆者基于SOLO分類理論，以分層目標為導向，創設與其各結構水平對應的驅動性任務序列，并以認知邏輯貫穿各個驅動性任務為明線，以問題解決的思維能力培養為暗線，且每個任務又有由易到難的問題支架來搭建思維的階梯，這樣可讓學生的思維螺旋上升，從而有序提升實驗思維能力。

（三）及時評價學生學習成果

SOLO分類理論意為“可觀察的學習成果結構”，要求通過任務達成與問題解決的表現性評價，使學生個體在某項任務中解答具體問題時表現出來的思維結構可視化。上述教學中，筆者根據學生回答問題的思維結構客觀評判其思維能力水平，并利用診斷結果及時調整教學，從而實現以評促教、以評促學，確保實驗復習教學開展的有效性。

綜上所述，基于SOLO分類理論實施初三實驗復習教學，分層設置學習目標，分層評價可觀察的學習結果，并以自標為導向，使驅動性任務結構化，使遞進性問題有序化，使表現性評價可視化，可全面提升學生的化學實驗思維能力。

參考文獻：

[1]彼格斯，克利斯.學習質量評價：SOLO分類理論（可觀察的學習成果結構）M].高凌飚，張洪巖，譯.北京：人民教育出版社，2010：27-28.

[2]吳超.SOLO分類理論在“物質構成的奧秘”復習課中的應用［J].中學化學教學參考，2022（14）：78-80.

[3]林崇德.思維心理學研究的幾點回顧[J].北京師范大學學報（社會科學版），2006（5）：35-42.

[4]董毓.批判性思維教育研究：2022年第2輯[M].上海：上海教育出版社，2023：59.

[5]楊世全，張莉華.SOLO分類理論在高三化學平衡常數復習課教學中的應用[J].化學教育（中英文），2023（1）：79-87.