基于SOLO分類理論的高中生物學探究性實驗教學方法

中圖分類號：G63 文獻標識碼：A 文章編號：0450-9889（2025）20-0093-04

《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《課程標準》）中提到，學生應在探究過程中逐步增強對自然現象的好奇心和求知欲，掌握科學探究的基本思路和方法，提高實踐能力，并在探究中形成善于合作、勇于創新的品質。生物學是自然科學中基于實驗的一門學科，探究性實驗對培養學生核心素養至關重要。針對探究性學習過程中學生存在的問題，本研究以SOLO分類理論為指導，以“探究學校食堂廚余垃圾的除臭及抑菌方法”教學為例，探究優化實驗教學的路徑。

一、SOLO分類理論概述

SOLO分類理論是由教育心理學家比格斯（J.BBiggs）提出的一種學習評價理論，它把學生回答問題時的思維結構分為五個層次：前結構層次、單點結構層次、多點結構層次、關聯結構層次和抽象拓展層次[2（如表1所示）。

在SOLO分類理論的指導下，教師能夠有效地檢測學生的思維能力，這為在高中生物學實驗教學中開展探究性學習提供了依據。SOLO分類理論在高中生物學科學探究中的應用主要體現在探究過程的設計和評價兩個方面。教師可以根據SOLO分類理論設計探究過程，以更好地促進學生的思維發展，提升學習效果。例如，教師可以根據SOLO分類理論，將探究過程分為不同的層次，以滿足不同層次學生的需求[3]。與此同時，教師可以根據SOLO分類理論評價學生的探究結果，設計科學的實驗評價標準，全面評價學生的實驗結果，檢測學生的思維結構是否符合預期，從而為調整教學策略提供依據。簡言之，基于SOLO分類理論設計高中生物學科學探究實驗教學，可以幫助教師更好地了解學生的學習情況，提升教學效果，同時也可以幫助學生更好地理解和掌握生物學知識[4]。

表1SOLO分類理論的思維結構層次

二、SOLO分類理論指導下的高中生物學探究性實驗教學路徑

SOLO分類理論指導下的高中生物學實驗探究性教學，可遵循“教學分析一實驗探究一評價驅動”的一般性路徑開展。

（一）教學分析：基于素養目標的層級拆解

在實施教學前，教師要以《課程標準》為基礎，結合SOLO分類理論與生物學學科核心素養，將教學內容轉化為可觀測的能力層級。例如，單點結構層次可以設定為掌握基礎實驗操作；多點結構層次可以設定為協調多環節操作，如樣品采集、分組對照；關聯結構層次可以設定為整合知識解決復雜問題，如關聯實驗結論與新現象；抽象拓展結構層次可以設定為遷移方法至真實場景，如將實驗方案運用于污染防治。教師需根據教學內容分析與學情分析，明確各層級教學的重點與難點，確保目標適配學生的最近發展區。

（二）實驗探究：遞進式探究流程構建

探究開始前，教師應運用多種手段引導學生聚焦問題。例如，教師通過創設生活化的情境，如廚余垃圾異味、水質污染等，引導學生觀察現象并提出單一維度假設，如“廚余垃圾的異味與微生物相關”。通過文獻查閱、實地調研或簡易實驗，使學生聚焦問題的某一側面，培養學生收集信息并初步分析信息的能力。

探究過程中，教師可以將實驗拆解為多環節，如樣品處理、變量控制、數據記錄等，指導學生執行標準化操作，并對比不同變量組，如pH值、溫度的實驗結果。利用表格、坐標圖等工具記錄多組數據，引導學生歸納初步結論，如“酸性條件能夠抑制微生物生長”，強化學生的實驗操作能力與多因素分析能力。

探究結束后，教師要組織學生進行反思討論，如探討“實驗結果與預期有差異的原因”，引導學生關聯已有結論與新問題，如“厭氧菌對異味的影響”“材料成本優化”，設計延伸實驗，如自制厭氧培養裝置、替代材料驗證；鼓勵學生整合跨學科知識點，如結合生態系統物質循環分析微生物的作用，構建知識網絡，提升知識遷移能力。

最后，教師可以通過開展實踐活動，引導學生將實驗室方案轉化為真實場景問題解決方案，如開展家庭廚余垃圾處理、校園水質凈化等活動，通過改良材料或優化流程，形成可推廣的實踐模型。結合環保、食品安全等議題，組織成果分享活動，強化生物學科知識的社會價值，實現育人目標。

（三）評價驅動：全過程層級反饋

教師可以采用學生自評、小組互評、教師綜評相結合的評價方式，對照SOLO層級表評估學生的思維發展情況。過程性評價可以設計為記錄學生課前假設的完整性、課中操作的協調性、課后延伸的深度；終結性評價可以通過撰寫實驗報告、實踐方案的方式進行，評估學生的總結、拓展能力。最后，教師根據評價結果及時調整教學策略，如對低層級學生加強操作示范教學、為高層級學生提供開放性課題等。

三、SOLO分類理論指導下的高中生物學探究性實驗教學例析

《課程標準》強調學生需“掌握科學探究的基本思路和方法”“提高實踐能力”。“探究學校食堂廚余垃圾的除臭及抑菌方法\"這一實驗利用校園常見場景激發學生興趣，銜接微生物培養基礎知識，材料易得、流程可復制，且實驗各環節可對應SOLO五級思維層級，學生能力進階情況可視，兼具現實意義與推廣價值。因而本研究，論述SOLO分類理論指導下的生物學實驗教學探究性學習實施途徑。

（一）教學分析

學生已掌握培養基、消毒滅菌等有關微生物培養的基礎知識及培養基的制備、高壓蒸汽滅菌等基本操作，但是沒有嘗試過利用稀釋涂布平板法測定微生物的數量。微生物的純培養技術是進行發酵生產的基礎，學生很容易聯系已有的學習、生活經歷，從中體會到防止雜菌污染、獲得純凈的微生物培養物的重要性。學生將理論與實踐相結合，學習微生物實驗的相關注意事項、相關技術與一般方法，且在實際操作過程中，進一步提升實驗操作的能力。

教師采用SOLO層級分析法，從終點能力出發，逆向拆解達成目標所需的從屬技能，確保學生能夠循序漸進地掌握知識與方法，使生命觀念科學思維、科學探究和社會責任的培育貫穿整個教學過程。結合本次實驗內容，教學目標具體設計如下。

生命觀念方面：闡明微生物培養的基本操作要求，概述測定微生物數量的常用方法一稀釋涂布平板法的原理。

科學思維方面：基于學校食堂泔水桶臭氣熏天的狀況，利用微生物培養技術進行實際操作，統計分析實驗數據，歸納概括除臭及抑菌的科學方法，具體能力層級如下頁表2所示。

科學探究方面：針對日常生活中處理廚余垃圾的問題查閱相關資料，設計并實施除臭及抑菌方法的探究實驗，改進原有的除味方法（如下頁表3所示）。

社會責任方面：通過科學實踐，解決廚余垃圾散發出刺鼻氣味的難題。關注微生物的控制，宣傳健康生活，加強學生食品安全、垃圾分類和保護環境的意識。

（二）教學過程

1.課前探究與準備

問題提出：學生發現食堂門口廚余垃圾散發酸臭味，討論后提出酸臭味產生原因的不同假設，如與垃圾桶通風情況、溫度、微生物有關。

實驗設計：學生進行多方面準備，包括采訪食堂工作人員、實地調研掌握廚余垃圾現狀；查閱資料了解微生物控制方法，自制樣品發酵裝置和菌液收集裝置（如圖1所示）；根據有關知識，提出處理方案并通過實驗進行研究。

圖1學生自制樣品發酵裝置和菌液收集裝置

設計意圖：本環節學生在課前觀察到廚余垃圾散發酸臭味這一單一現象，提出關于酸臭味產生原因的初步假設，處于對問題的單點認知階段。他們開始聚焦問題的某一個方面進行思考，處于SOLO分類理論的單點結構層次。教師通過引導，促使學生逐步進入下一層次的探究。

2.課中實驗操作與分析

樣品采集與分組：學生收集當天新鮮的廚余垃圾帶回實驗室。將泄水分成對照組、白醋組、小蘇打組，其中白醋組又分為pH值分別為3、4、5的三個小組，小蘇打組又分為 pH 值分別為7、8、9的三個小組，室溫保存。

培養基配置：牛肉膏蛋白肺培養基。

微生物培養與結果分析：將菌液稀釋并涂布平板培養。經過一天發酵后統計群落數（如下頁圖2所示）。分析得出采用白醋法可以有效抑制微生物的生長繁殖的結論。

設計意圖：課中進行實驗操作時，學生需要綜合考慮多個方面的因素，如樣品采集、分組、培養基配置、微生物培養等，以及不同實驗試劑（白醋、小蘇打）對微生物生長的影響，體現了學生對多個知識點和操作環節的關注和掌握，但學生尚未將這些內容聯系起來，他們的思維仍處于SOLO分類理論的多點結構層次。

表2科學思維能力層次

表3科學探究能力層次

圖2各小組群落數對比圖

3.課后拓展與反思

實驗反思：通過自評、互評、教師評價及實驗反思，引導學生交流討論實驗中存在的問題。

實驗延伸：針對不同問題開展以下實驗延伸。

（1）利用薄荷香精除去廚余垃圾異味。

（2）用抽真空飯盒自制厭氧菌培養基培養細菌。

（3）探討用醋精代替白醋處理廚余垃圾。

（4）嘗試用豬皮凍做培養基培養微生物。

設計意圖：課后實驗延伸部分，學生將課中實驗結果與新出現的問題，如異味、菌落種類等關聯起來，提出新的實驗方案，嘗試解決問題，表明學生能夠將所學知識和實驗經驗進行整合和關聯，深入理解問題的本質和相互關聯，學生的思維此時已經達到SOLO分類理論的關聯結構層次。

2.教師綜合評價

教師依據學生在實驗操作、問題解決能力、實驗結果分析等方面的表現，結合學生自評與互評的結果，對照SOLO分類評價量表開展綜合評價。教師通過全面考量學生實驗各環節的表現，精準界定學生所處的SOLO思維層級，并針對學生的薄弱環節提出具體改進建議，助力學生提升實驗學習效能與科學探究能力。

通過“探究學校食堂廚余垃圾的除臭及抑菌方法\"實驗探究，學生能夠深入了解廚余垃圾中微生物的抑制方法，掌握相關實驗操作技能，如樣品采集、培養基配置、微生物培養和檢測等；學生通過自主觀察、提出假設、設計實驗、進行實驗操作、分析結果和拓展探究等過程，發展科學探究能力、問題解決能力和創新思維；增強學生對生活中科學現象的關注和好奇，培養團隊合作精神和社會責任感，提高環保意識，認識到科學知識在解決實際問題中的重要作用。

設計意圖：本環節學生將實驗室的實驗成果運用于解決家庭生活中的實際問題，能夠從具體實驗情境里抽象出具有一般性的方法和結論，并將其拓展應用到實際生活場景中。這一過程實現了知識的遷移與創新應用，充分體現出學生的思維正逐步向SOLO分類理論的抽象拓展結構層次邁進。

4.成果展示與實踐分享

學生利用放假時間回到家開展實踐活動，利用從實驗室帶回的材料處理廚余垃圾。回到學校后開展成果分享活動，討論在家實踐的效果。

（三）課堂評價與反饋

1.學生自評與互評

將SOLO分類理論與《課程標準》中探究性實驗的學業要求深度融合，可科學界定學生核心素養的層級，明確具體教學目標，并據此評估學生的能力水平。整個探究性實驗過程，既實現了教師啟發引導與學生自主學習的動態平衡，又達成了探究任務完成與探究能力培養的有機統一。該實驗教學設計操作性與實用性強，可廣泛運用于各類探究性實驗教學設計。

在完成“探究學校食堂廚余垃圾的除臭及抑菌方法”實驗后，學生依據SOLO分類評價量表開展自評與互評活動。對照評價量表反思自身在實驗設計、實驗操作、實驗結果分析等環節的表現，學生能夠客觀審視自己的能力水平。同時，小組成員間的相互評價有助于學生從不同視角認識實驗學習成果，深化對探究過程的理解與反思。

參考文獻

[1]肖仕清，林裕蓮.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：以“配制一定物質的量濃度的溶液”教學為例[J].廣西教育，2024（26）：115-120.

[2]曾科清，陽洋.基于SOLO分類理論的高中生物學概念學習進階水平評價策略[J].教育科學論壇，2024（25）：17-20.

[3]陳成燕.基于SOLO分類理論的高中生物“教、學、評”一體化教學實踐研究[D].海口：海南師范大學，2024.

[4漆欣悅.SOLO分類理論指導下的高中化學教學設計[D].天水：天水師范學院，2024.

注：本文系南寧市教育科學“十四五”規劃2022年度課題“基于學生科學探究素養的高中生物探究性實驗教學的策略研究\"（2022C446）的研究成果。

（責編劉小璦）