手持技術(shù)下基于SOLO分類理論的化學(xué)“四重表征”教學(xué)研究

張汝麗　耿淑玲

一、問題提出

任何化學(xué)反應(yīng)都既有物質(zhì)的變化又有能量的變化，能量變化貫穿于化學(xué)反應(yīng)的始終，是學(xué)生理解化學(xué)現(xiàn)象的基礎(chǔ)。同時(shí)化學(xué)反應(yīng)與能量變化也是高考必考知識點(diǎn)之一。中和反應(yīng)熱的測定實(shí)驗(yàn)是高中化學(xué)教材中必修的學(xué)生實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)內(nèi)容也是化學(xué)反應(yīng)與能量知識學(xué)習(xí)的重要部分。所以本文將通過手持技術(shù)，以“中和反應(yīng)熱的測定”為主線結(jié)合化學(xué)反應(yīng)與能量變化的知識，探討如何利用“四重表征”教學(xué)模式來促進(jìn)學(xué)生對知識構(gòu)建完整的認(rèn)知。

二、理論基礎(chǔ)

1.手持技術(shù)

手持技術(shù)又稱傳感技術(shù)。是一種集采集與分析于一體的現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。它在突破概念認(rèn)知，尤其在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)無法驗(yàn)證概念的情況下，是化學(xué)教學(xué)中輔助教學(xué)的重要工具和手段。手持技術(shù)利用現(xiàn)代電子傳感器，如pH傳感器、溫度傳感器、電導(dǎo)率傳感器等進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，自動收集數(shù)據(jù)、列表、繪圖，使實(shí)驗(yàn)的結(jié)果更直觀、形象并實(shí)現(xiàn)定量化。

2.“SOLO”分類理論

“SOLO”是英文“Structure of the Observed Learning Outcome”的縮寫，其涵義為可觀察到的學(xué)習(xí)成果結(jié)構(gòu)。SOLO分類理論是基于皮亞杰的的兒童認(rèn)知發(fā)展階段理論和結(jié)構(gòu)主義學(xué)說，由澳大利亞教育心理學(xué)家John Biggs及其同事在《學(xué)習(xí)質(zhì)量的評價(jià)—SOLO分類法》一書中率先提出。SOLO分類理論關(guān)注的是學(xué)生在解決問題時(shí)所反映的思維方式以及所能處理的相關(guān)線索的復(fù)雜程度。學(xué)生在學(xué)習(xí)具體知識都會經(jīng)歷從量變到質(zhì)變的突躍，隨著這種躍變，學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展到更高一級的階段，教師可以根據(jù)學(xué)生在回答問題時(shí)的表現(xiàn)來了解學(xué)生思維所處的發(fā)展階段。SOLO分類理論的基本特征是等級描述，根據(jù)學(xué)生的思維水平由低到高可以劃分為五個(gè)層次：（1）前結(jié)構(gòu)層次，學(xué)生基本上無法理解問題和解決問題，或者被材料中的無關(guān)內(nèi)容或已有經(jīng)驗(yàn)誤導(dǎo)，回答問題邏輯混亂，或同義反復(fù)；（2）單點(diǎn)結(jié)構(gòu)層次，學(xué)生在回答問題時(shí)，只能涉及單一的要點(diǎn)，找到一個(gè)解決問題的線索就立即跳到結(jié)論上去；（3）多點(diǎn)結(jié)構(gòu)層次，學(xué)生在回答問題時(shí)，能聯(lián)系多個(gè)孤立要點(diǎn)，但這些要點(diǎn)是相互孤立的，彼此之間并無關(guān)聯(lián)，未形成相關(guān)問題的知識網(wǎng)絡(luò)；（4）關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)層次，學(xué)生在回答問題時(shí)，能夠聯(lián)想問題的多個(gè)要點(diǎn)，并能將這多個(gè)要點(diǎn)聯(lián)系起來，整合成一個(gè)連貫一致的整體，說明學(xué)生真正理解了這個(gè)問題；（5）拓展抽象層次，學(xué)生在回答問題時(shí)，能夠進(jìn)行抽象概括，從理論的高度分析問題，而且能夠深化問題，使問題本身的意義得到拓展。

3.“四重表征”教學(xué)

“四重表征”教學(xué)模式（Tetra-Representation Teaching Model，簡稱TRTM）具體指的是對化學(xué)變化從“宏觀-微觀-符號-曲線”四個(gè)角度進(jìn)行表征并進(jìn)行表征間的轉(zhuǎn)換。自1982年蘇格蘭Johnstone首次提出著名的化學(xué)三角形之后，對于學(xué)生化學(xué)概念的三重表征的分析及相關(guān)教學(xué)實(shí)踐研究就備受關(guān)注。我國的研究也有了很大的進(jìn)展，于2009年，錢揚(yáng)義基于手持實(shí)驗(yàn)即時(shí)收集數(shù)據(jù)和自動生成曲線的技術(shù)背景首次提出并構(gòu)建化學(xué)“四重表征”的教學(xué)模式。形成正確的化學(xué)觀念有利于學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提高，而中學(xué)化學(xué)的基本觀念有微粒觀、實(shí)驗(yàn)觀、變化觀等，恰好與宏觀表征-微觀表征-符號表征-曲線表征的四重表征方式有契合點(diǎn)，所以利用化學(xué)四重表征教學(xué)模式不失為一種提高學(xué)生化學(xué)素養(yǎng)，建立正確的化學(xué)基本觀念的一種有效的方式。而且教師可按學(xué)習(xí)進(jìn)度的要求設(shè)計(jì)四重表征的認(rèn)知發(fā)展路徑，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行“四重表征”間的轉(zhuǎn)換，減輕學(xué)生的記憶負(fù)擔(dān)，便于知識的遷移應(yīng)用，提高問題解決能力。根據(jù)這一模式，筆者將化學(xué)反應(yīng)與能量變化的“四重表征”作如下定義（見表1）

三、四重表征教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施

教學(xué)目標(biāo)

（1）知識與技能：理解中和反應(yīng)熱測定的實(shí)驗(yàn)原理；理解中和反應(yīng)的本質(zhì)；掌握中和反應(yīng)熱測定的操作步驟，注意事項(xiàng)和數(shù)據(jù)處理；初步認(rèn)識到“手持技術(shù)”的使用方法與優(yōu)勢。

（2）過程與方法：通過中和熱的測定活動，讓學(xué)生體會定量實(shí)驗(yàn)研究方法對研究和學(xué)習(xí)化學(xué)的重要作用；通過手持技術(shù)呈現(xiàn)中和反應(yīng)熱的測定實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生體驗(yàn)化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題與解決問題的能力；通過“四重表征”教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用“宏觀-微觀-符號-曲線”的聯(lián)系來解決問題的化學(xué)思維。

（3）情感態(tài)度與價(jià)值觀：充分利用實(shí)驗(yàn)手段、啟發(fā)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)、觀察、思考、探索，獲得感性認(rèn)識，利用歸納、演繹等方法上升到理性認(rèn)識，獲得規(guī)律；通過手持技術(shù)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提倡敢于質(zhì)疑的態(tài)度；在教學(xué)過程中滲透培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)態(tài)度，在“四重表征”的轉(zhuǎn)換遷移中建立正確的化學(xué)基本觀念。

四、教學(xué)反思

首先，在學(xué)生的教育中，身教勝于言傳，教師要想強(qiáng)化學(xué)生在學(xué)習(xí)化學(xué)概念和知識中進(jìn)行“四重表征”，首先自身應(yīng)該提高“四重表征”的意識和各表征之間相互轉(zhuǎn)化的水平。在新課標(biāo)中提倡教師應(yīng)該在教學(xué)過程中突出化學(xué)學(xué)科的思維方式，化學(xué)學(xué)科的“四重表征”是以化學(xué)的各個(gè)視角來理解和認(rèn)識化學(xué)現(xiàn)象、原理以及本質(zhì)，所以教師在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該充分挖掘教材中能夠進(jìn)行“四重表征”的知識和概念，引導(dǎo)學(xué)生以“四重表征”的角度來思考問題，提高其發(fā)散思維。

其次，利用SOLO分類理論和教學(xué)的結(jié)合，從單點(diǎn)結(jié)構(gòu)水平到抽象拓展水平，從質(zhì)變到量變，使得課堂教學(xué)的組織更有層次感。教師還可以根據(jù)SOLO理論的指導(dǎo)，在與學(xué)生的交流互動中判斷學(xué)生的思維所處的階段，有利于教師對課堂的把控。

最后，在教學(xué)中手持技術(shù)和計(jì)算機(jī)的引入，一方面能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、容易操作，另一方面也保證了實(shí)驗(yàn)的精確性。所以在教學(xué)中，教師應(yīng)該充分發(fā)揮數(shù)字化技術(shù)的優(yōu)勢，增加實(shí)驗(yàn)結(jié)果的直觀性。

（收稿日期：2016-07-15）