基于SOLO分類理論的實驗教學(xué)—以探究FeCl3溶液的水解平衡影響因素為例

蔣 濤

一、化學(xué)實驗教學(xué)的特點

“實驗探究與創(chuàng)新意識”是學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)的重要組成部分，是高中生綜合素質(zhì)的具體體現(xiàn)，反映了社會主義核心價值觀中化學(xué)學(xué)科育人的基本要求，展現(xiàn)了學(xué)生應(yīng)具有的化學(xué)學(xué)科特質(zhì)的關(guān)鍵能力和必備品格。但是，化學(xué)實驗因知識體系和考查方式與其他模塊存在顯著差異，教學(xué)中所遇到的問題和解決策略更具特色，如何開展以發(fā)展學(xué)生“實驗探究與創(chuàng)新意識”為目標的實驗教學(xué)呢？本研究以“探究FeCl3溶液的水解平衡影響因素”的實驗教學(xué)為例，圍繞實驗教學(xué)的特點，基于SOLO(Structure of the Observed Learning Outcome)分類理論，重點探討實驗教學(xué)中教學(xué)目標與學(xué)習(xí)目標的確立，并提出相關(guān)教學(xué)及評價策略。

1.化學(xué)實驗內(nèi)容特色

一方面，數(shù)、理等學(xué)科的知識內(nèi)容與教材各章節(jié)的知識板塊基本一致，具有相對的獨立性、系統(tǒng)性和完整性，且各知識板塊間相互關(guān)聯(lián)度和依存性較小。例如物理中力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)等知識板塊自成體系。另一方面，化學(xué)的常規(guī)教學(xué)內(nèi)容也相對獨立，如無機化學(xué)、有機化學(xué)、反應(yīng)原理、結(jié)構(gòu)性質(zhì)等。而化學(xué)實驗內(nèi)容往往由教材知識拆解、分類、重組和整合而成，涵蓋了基本概念原理、常見無機物、有機物等知識板塊。在進行實驗教學(xué)時，各知識板塊存在相互依存和相互交錯。如對基本概念和原理的探究，必然是以具體物質(zhì)為載體；對物質(zhì)性質(zhì)的探究，必然涉及基本概念和原理。因此，化學(xué)實驗中涉及的內(nèi)容往往點多面廣、結(jié)構(gòu)松散，而各知識板塊間又有著較強的關(guān)聯(lián)性。

2.化學(xué)實驗?zāi)芰χ笜?/h3>

“能力立意”是新課標和高考命題的指導(dǎo)思想，確定發(fā)展學(xué)生實驗探究與創(chuàng)新意識的實驗教學(xué)目標是首要工作。作為能體現(xiàn)對學(xué)生實驗探究素養(yǎng)的教學(xué)目標應(yīng)具有較強的可操作性，但單以課程標準或考試大綱對實驗探究能力的劃分方式為標準，過于精煉，涵蓋的能力因素過于綜合。如“接受、吸收、整合化學(xué)信息”與“分析和解決化學(xué)問題”，從操作層面看，這兩項能力彼此之間有一定聯(lián)系，但很難拆分或獨立界定，對能力的理解和應(yīng)用易出現(xiàn)偏差。

上述分析表明，化學(xué)實驗探究內(nèi)容的強關(guān)聯(lián)性和強綜合性使實驗教學(xué)相對更復(fù)雜，增加了教學(xué)目標確定和設(shè)立的難度。而僅憑課程標準和考試大綱不能完整地反映化學(xué)實驗的教學(xué)目標，無法準確地評價學(xué)生關(guān)于實驗探究的認知思維水平。

二、SOLO 分類理論簡介

SOLO分類評價法是一種在國外實施多年，有著扎實理論研究與實踐基礎(chǔ)的質(zhì)性評價方法，有利于教師制訂教學(xué)目標以及檢測教學(xué)效果。其建立在皮亞杰的認知發(fā)展理論基礎(chǔ)上，認為學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中遵循由感性到理性、由具體到抽象、由現(xiàn)象到本質(zhì)的認識規(guī)律；在此基礎(chǔ)上，SOLO分類理論指出，學(xué)生在具體知識的學(xué)習(xí)過程中都要經(jīng)歷從量變到質(zhì)變的過程，每發(fā)生一次躍變，學(xué)生對這一知識的認識就進入更高一級的階段。該分類法假設(shè)學(xué)生的思維結(jié)構(gòu)存在表1中的普遍發(fā)展水平。

表1 SOLO分類理論的思維層次和描述

三、基于SOLO 分類理論的實驗教學(xué)

1.教材中實驗探究內(nèi)容的分類

本研究梳理了校本教材《化學(xué)反應(yīng)原理讀本》中的探究實驗并根據(jù)其呈現(xiàn)內(nèi)容和特點分類(見表2)。

表2 《化學(xué)反應(yīng)原理讀本》中探究實驗分類

2.結(jié)合SOLO分類理論的實驗學(xué)習(xí)目標

SOLO分類理論的基礎(chǔ)是認知發(fā)展學(xué)說，所包含的不同層次符合學(xué)生的一般認知發(fā)展規(guī)律，在日常教學(xué)中，教師的引導(dǎo)和學(xué)生的學(xué)習(xí)均應(yīng)按照認知發(fā)展規(guī)律進行組織和表達，因此筆者將SOLO分類理論與實驗教學(xué)相融合，根據(jù)學(xué)生的思維發(fā)展路徑確立其進行實驗學(xué)習(xí)時的主要學(xué)習(xí)目標(見表3)。

表3 結(jié)合SOLO分類理論的實驗學(xué)習(xí)目標

表3 (續(xù))

3.依據(jù)SOLO分類法確定學(xué)習(xí)目標與教學(xué)目標

了解學(xué)生已有水平與教學(xué)目標的差距才能明確學(xué)習(xí)目標。教學(xué)目標是教學(xué)活動預(yù)期達到的結(jié)果，指導(dǎo)教學(xué)活動實施的方向，是一切教學(xué)活動的出發(fā)點和最終目的。同學(xué)習(xí)目標一樣，教學(xué)目標也可借助SOLO分類理論進行界定。本研究以“探究FeCl3溶液的水解平衡影響因素”實驗為例，依據(jù)表3確立的實驗學(xué)習(xí)目標，確定該實驗內(nèi)容相關(guān)的學(xué)習(xí)目標和教學(xué)目標見表4。

表4 實驗“探究FeCl3溶液的水解平衡影響因素”的學(xué)習(xí)目標與教學(xué)目標

從表4可以看出，單以課程標準對實驗探究能力的劃分方式為標準，過于精煉，涵蓋的能力因素過于綜合?；赟OLO分類理論，梳理出學(xué)生在進行該探究實驗時的思維發(fā)展層級，再確立本實驗的教學(xué)目標，并給出相關(guān)教學(xué)建議，具體分析有以下幾點說明。

首先，學(xué)生須知道哪些因素能夠影響平衡移動，并結(jié)合FeCl3溶液的實際情況，篩選出溫度和濃度兩個變量。因此，可通過學(xué)生自主預(yù)習(xí)、教師設(shè)問等方式引導(dǎo)學(xué)生回顧相關(guān)知識、明確具體影響因素。

其次，學(xué)生需要根據(jù)提供的試劑、儀器(FeCl3溶液、濃鹽酸、酒精燈、pH試紙、蒸餾水)聯(lián)系到加熱、加入鹽酸或加水稀釋等措施進行研究。在此過程中，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注在考慮方案時如何做到系統(tǒng)、全面，即將影響FeCl3水解平衡的因素與實際提供的試劑、儀器相結(jié)合。

第三，明確了需要探究的變量(影響因素)后，學(xué)生需要建立起“分析原理—提出假設(shè)—選擇試劑、儀器—預(yù)測現(xiàn)象”這樣的系統(tǒng)分析思路。例如，想要研究溫度對FeCl3水解平衡的影響，學(xué)生先要明確鐵離子的水解平衡是吸熱反應(yīng)，通過加熱升溫，平衡右移，那么如何證明平衡右移了呢？根據(jù)平衡右移的結(jié)果—Fe(OH)3和H+的濃度增大，結(jié)合Fe3+，F(xiàn)e(OH)3的性質(zhì)與溶液酸堿度的概念，找到證據(jù)“顏色變深”或“pH降低”，從而驗證其預(yù)測。為了幫助學(xué)生建立完整的分析思路，建議教師讓學(xué)生先經(jīng)過獨立思考和交流討論，然后在紙面上記錄實驗方案，目的是幫助學(xué)生展示其分析思路。在實際授課過程中，學(xué)生出現(xiàn)了如下問題：有的學(xué)生只是簡單的記錄了加熱、加鹽酸等基本操作，沒有對現(xiàn)象進行合理預(yù)測，缺少證據(jù)意識；或者想通過測定溶液pH進行驗證，卻發(fā)現(xiàn)實驗室的廣泛pH試紙無法精確測定pH的變化量。這時教師可通過與學(xué)生進行對話、追問等形式引導(dǎo)學(xué)生建立相對完整的分析思路。還有的學(xué)生想通過加水稀釋研究濃度對FeCl3水解平衡的影響，只考慮了平衡右移，忽視了稀釋各組分濃度均下降以及有色物質(zhì)稀釋后本身顏色就會變淺等干擾因素，經(jīng)過討論，學(xué)生放棄了加水稀釋這一無法得到明確外顯證據(jù)的方案?？梢钥吹剑诹私鈱W(xué)生的思維發(fā)展層級后，教師能明確與學(xué)生對話的問題線索和目標，促使學(xué)生不斷完善其問題解決思路，對于提升學(xué)生進行實驗探究的思維能力起到了積極的促進作用。

最后，學(xué)生在利用濃鹽酸探究濃度對FeCl3水解平衡的影響時，向盛有FeCl3溶液的試管中滴加幾滴濃鹽酸后，觀察到溶液顏色并未變淺反而加深的與預(yù)期并不一致的現(xiàn)象。教師適時提供資料“①Fe3+在水溶液中以水合鐵離子的形式存在，[Fe(H2O)6]3+發(fā)生如下水解反應(yīng)：(黃色)＋nH3O+(n=0～6)；②FeCl3溶液中存在可逆反應(yīng)：，并要求學(xué)生重新設(shè)計方案。學(xué)生須關(guān)注到影響溶液顏色的微粒有“Fe3+”和“Cl—”，通過改用硫酸或者Fe2(SO4)3溶液重新實驗，排除Cl—的干擾。在這一環(huán)節(jié)中，教師可以通過與學(xué)生的對話、對學(xué)生評價等策略的實施引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注“控制變量”等核心實驗思維，通過設(shè)計認識反思性活動促使學(xué)生自主概括、體現(xiàn)問題解決的思路和方法，即如何預(yù)測、研究鹽類水解平衡影響因素的思路和方法，以及遇到反?，F(xiàn)象時，如何排查、排除干擾因素的影響，修正原有實驗方案。

4.依據(jù)SOLO分類理論對學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進行評價

對于作業(yè)、診斷中的錯題，不同學(xué)生的錯因不同，借助SOLO分類理論，有助于幫助教師明確學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和思維發(fā)展水平，有利于對學(xué)生展開個性化、分層化輔導(dǎo)。在完成了探究影響FeCl3的水解平衡因素的實驗后，教師依據(jù)SOLO分類理論設(shè)計了如下問題，診斷學(xué)生的學(xué)習(xí)效果并提出針對性的學(xué)習(xí)建議。

配制50 mL 0.5 mol?L-1的Fe2(SO4)3溶液，測其pH約為0.7，即c(H+)=0.2 mol?L-1。

(1)單一結(jié)構(gòu)：可以影響所配Fe2(SO4)3溶液的pH的因素有________。

(2)多元結(jié)構(gòu)：下列實驗方案中，能使Fe2(SO4)3溶液pH升高的是________。

A.加水稀釋 B.加入Fe2(SO4)3固體

C.滴加濃KSCN溶液

(3)關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)：向上述Fe2(SO4)3溶液中加入適量鋅粉，充分反應(yīng)，觀察到“溶液溫度迅速上升，稍后出現(xiàn)紅褐色沉淀，同時出現(xiàn)少量氣泡……”，請分析出現(xiàn)紅褐色沉淀的原因：________。

(4)拓展結(jié)構(gòu)：請分析鋅可以與Fe2(SO4)3溶液反應(yīng)的原因，并設(shè)計實驗進一步證明你的猜想。

學(xué)生能夠回答相應(yīng)序號的問題說明其達到了對應(yīng)的認知水平，若回答錯誤則須針對其認知水平進行相應(yīng)的輔導(dǎo)和練習(xí)，詳見表5。

表5 基于SOLO分類理論的評價量表及學(xué)習(xí)建議

四、結(jié)語

對于化學(xué)實驗等關(guān)聯(lián)性強、綜合度大的教學(xué)內(nèi)容，利用SOLO分類理論能更好地幫助教師明確教學(xué)目標與學(xué)生學(xué)習(xí)目標。針對復(fù)雜推理、系統(tǒng)探究等水平的學(xué)科能力活動，借助SOLO分類理論，有利于教師設(shè)計出能清晰診斷學(xué)生學(xué)習(xí)效果和思維發(fā)展水平的作業(yè)，并提供有針對性的輔導(dǎo)。