结构化教学与SOLO分类评价理论下开展高中化学实验教学的实践

摘 要：实验是化学学科的特征之一，化学实验教学是发展学生化学学科核心素养的重要途径。化学教师可以在结构化教学与SOLO分类评价理论的指导下，通过精心设计问题链实现结构化教学，利用SOLO分类评价理论量化评价学生的思维水平，从而有效发展学生的高级思维能力，培养学生的化学学科核心素养。

关键词：结构化教学；SOLO分类评价理论；高中化学；实验教学；高级思维

中图分类号：G63 文献标识码：A 文章编号：0450-9889（2024）26-0115-06

以实验为基础是化学学科的重要特征，化学实验是培养化学学科核心素养的重要途径。《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称《课程标准》）提出：改变在实验中注重动手但缺少思考的现状，强调高级思维过程。然而，传统的化学实验教学往往局限于传授基础知识和技能，忽视深度挖掘与评估学生的高级思维，这种教学模式不仅难以保证实验教学的质量，而且难以实现化学学科知识向化学学科核心素养的有效转化。因此，本研究探索运用结构化教学与SOLO分类评价理论开展高中化学实验教学进而培养学生高级思维能力的路径，并以“配制一定物质的量浓度的溶液”为例进行具体论述。

一、在高中化学实验教学中运用结构化教学与SOLO分类评价理论的理论基础

《课程标准》指出：化学教学内容的组织，应有利于促进学生从化学学科知识向化学学科核心素养的转化，而内容的结构化则是实现这种转化的关键。《课程标准》提出了四种教学内容结构化的方式：基于知识关联、认识视角、认识思路和核心观念的结构化。

SOLO即Structure of Observed Learning Outcomes，是澳大利亚学者约翰·比格斯（J.B.Biggs）所创，意为可观察的学习成果的结构。面对学生思维水平与认知水平的不同，SOLO理论提供了一个系统的量化评价体系，它将学习成果划分为五个由低到高的层次：从前结构水平（P）到单点结构水平（U），再从多点结构水平（M）到关联结构水平（R），最终迈向抽象拓展结构水平（E）（如下页图1所示）。刘英琦着眼于学习深入与拓展的过程，依据SOLO分类评价理论提出了“四个理解层次理论”，其中一个理解层次就是结构化理解［1］。通过结构化教学，能厘清相关内容的内在逻辑联系，构建多元认知视角与有序思维路径，形成综合性学科认知框架，不仅提升课程内容认知价值，还促进学科思维发展，深化学科观念构建，有效培育学生化学学科核心素养。这一教学模式不仅符合化学学科的特点，而且彰显了“素养为本”的教育理念，为在高中化学实验教学中培养学生的高级思维能力提供了有力的理论支撑与实践指导。

二、在高中化学实验教学中运用结构化教学与SOLO分类评价理论的教学路径

高级思维是一种涵盖比较、分类、归纳、推理、概括、评价、创造等较高层次的心智活动，体现深度理解与创新能力［2］。基于结构化教学和SOLO分类评价理论，笔者制订出如图2所示的在高中化学实验教学中培养学生高级思维能力的教学路径，它按时间顺序分为三部分：课前准备阶段、教学实施阶段与教学评价阶段。在课前准备阶段，教师应精准把握化学学科核心素养内涵，融合学科逻辑与学生认知发展规律，精心策划学习进阶策略。聚焦实验思维与方法的精髓，确保教学流程条理分明，引领学生循序渐进地构建系统且扎实的化学知识体系。在教学实施阶段，教师基于知识关联、认识视角、认识思路和核心观念设计不同类型的问题链，构建教学主线，有效驱动学生高级思维能力的发展。在教学评价阶段，SOLO分类理论过程性评价为教学评价关键，它不仅关注学习活动本身，还从多个角度和水平对学生的表现进行评估。为了暴露学生的相异构想，教师需要通过追问使学生的思维过程外显，让学生陈述作答的理由，甚至让学生在黑板上演示解题步骤。这样的评价方式有助于揭示学生的真实理解程度和思维过程，优化他们的认知结构，发展高级思维能力。

三、结构化教学与SOLO分类评价理论指导下的高中化学实验教学实例

下面以“配制一定物质的量浓度的溶液”教学为例，具体阐述在结构化教学与SOLO分类评价理论的指导下，通过高中化学实验教学发展学生高级思维能力的途径。

（一）教学内容与学情分析

本节课内容选自人教版高中化学教材必修第一册实验活动1“配制一定物质的量浓度的溶液”，《课程标准》对本教学内容的要求主要如下：了解物质的量浓度的概念及其应用，体会定量研究对化学科学的重要作用；认识容量瓶，并初步学会溶液配置的基础知识和基本技能。作为高中化学第一个定量实验，此课不仅能够让学生掌握溶液概念的具体应用，而且是学生后续学习定量实验（如中和滴定）的基础，对学生构建化学计量体系至关重要。此次课的教学对象是重点中学的学生，他们基础扎实，求知欲强，思维活跃，社会责任感强，对化学知识的应用充满好奇；虽对浓度有初步认识，具有一定实验探究能力，但定量实验经验有限，实验操作精准度不足，分析问题能力和解决问题能力有待提升。

（二）现有教学设计分析

通过文献检索发现，现有“配制一定物质的量浓度的溶液”相关的教学设计文献多关注教学方式（如体验式学习［3］、问题解决［4］）、实验体系及教育价值［5］以及“科学探究与创新意识”学科核心素养培养［6］，对基于结构化教学与SOLO分类评价理论实现高级思维能力培养的挖掘尚有不足。

（三）教学流程

教学流程如图3所示，共有四大环节，情境线、问题线、活动线、知识线、SOLO评价线以及素养线等六线交织，构成了一节流程明确、内容丰富的实验课。

（四）基于结构化教学与SOLO评价理论的教学目标

通过对比不同的浓度的表达形式，构建浓度表达的知识体系，促进知识关联的结构化，让学生意识到物质的量浓度对生产和科学研究也有重要意义。（单点结构水平）

通过讨论关键问题，形成定量分析的思维模式，实现认知视角的结构化。（多点结构水平）

通过设计容量瓶，掌握其特点；学会一种实验技能——一定物质的量浓度溶液的配制；能够熟练掌握误差分析的方法，构建实验体系的认知模型，实现认知思路的结构化。（关联结构水平）

根据认知模型，解决实际问题，实现核心观念的结构化。（抽象拓展结构水平）

（五）教学过程

环节1：创设情境，建构意义。

学习任务1：了解不同浓度的表达形式，并建构引入“物质的量浓度”的意义。

评价任务1：诊断并发展学生对溶液浓度表示方法的认识水平（单角度）；诊断并发展学生对物质的量浓度概念在生活中的实际应用认知水平（学科价值和社会价值二者综合视角）；判断学生是否达到较低能力的单点结构水平。

问题情境1：教师展示一组图表（如图4、图5、图6、下页表1所示），要求学生回答以下两个问题。

问题链1：（1）你能发现溶液浓度表示方法的异同吗？

（2）为何要引入物质的量浓度？

【设计意图】通过直观的图表，引导学生运用比较与分类的高级思维，深入剖析浓度的多种表达形式，阐明它们的类似之处和不同之处。在这一过程中，学生不仅建立了知识间的逻辑关联，实现了浓度知识结构化，而且初步领悟物质的量浓度在实际应用中的价值，从而激发了配制一定物质的量浓度溶液的欲望。此阶段，学生表现出单点结构水平的思维特征，但有着向更高层次思维发展的巨大潜力。

环节2：理论分析，明确方法。

学习任务2：抓住关键问题，仪器精度体现“精准”。

评价任务2：诊断并发展学生基于物质的量浓度表达式对体现“精准”关键问题的认识视角水平（多角度水平）；通过课堂互动与交流分析，诊断并发展学生的知识类推和迁移能力；基于经验水平、概念理解水平、推理和实验水平诊断并发展学生的实验评价思维水平。诊断并发展学生对容量瓶是一种容积精确仪器的认识水平（多角度水平）。判断学生是否达到高阶能力的多点结构水平。

问题情境2：要精确配制100 mL物质的量浓度为1.00 mol/L的NaCl溶液，根据物质的量浓度的数学表达式，应解决哪些关键问题？

生1：根据c=n/V来思考，在配制的过程中，要做到浓度精确，必须要保证溶质的物质的量和溶液的体积准确。

师：根据实验目的和数据，计算出需要多少NaCl固体？

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

问题链2：（1）根据表2，若要准确称量5.85 g NaCl固体，应选择什么仪器？

（2）如何准确确定溶液的体积为100 mL？请评价以下三个实验方案。方案1，称量5.85 g NaCl于烧杯中，加入100 mL蒸馏水溶解。方案2，称量5.85 g NaCl于烧杯中，加入蒸馏水配成100 mL溶液。方案3，称量5.85 g NaCl于量筒中，加入蒸馏水配成100 mL溶液。

（3）如果取烧杯和量筒的优势进行组合（如图7所示），能否设计出一种大肚、细颈的实验仪器保证溶液体积精确呢？

（4）阅读教材第54页上的内容，结合教材上的图片和“资料卡片”，回答下列问题。

①思考容量瓶的结构、标志、规格、选用原则、用途分别是什么。

②使用容量瓶有哪些注意事项？

【设计意图】通过回忆物质的量浓度的数学表达式，进一步认识解决精确配制一定物质的量浓度的关键问题——如何精确确定溶质的物质的量和溶液的体积，从而实现认识视角的结构化。引导学生根据实验需求选择、设计和改进实验仪器，体验创造性地设计实验仪器的过程，真正认识到容量瓶“精准”的特点，体会仪器精度更高是本实验的关键。学生初步体会定量研究的思路，发展定量分析思维。

i/BSsVeyYSzZT4WgA7XmWg==环节3：实验实践，建立模型。

学习任务3：实验操作准确，实现“精准”。

评价任务3：通过交流和点评操作步骤要点，诊断并发展学生在实验探究中的设计能力水平（综合水平）。通过实验操作，诊断并发展学生配制一定物质的量浓度溶液的动手能力和使用仪器的技能水平（定性水平、定量水平、定性与定量水平）。判断学生的思维水平是否从多点结构水平转变为关联结构水平。

问题链3：为了准确配制此溶液，请阅读教材第55页和学生实验报告（如图8所示），思考下列六个问题，掌握操作步骤要点。（要求：限时3分钟完成）

[配制一定物质的量浓度的溶液 学生实验报告

一、实验目的

配制100 mL 1.00 mol/L NaCl溶液

二、实验原理

c=n/V

三、实验仪器及试剂

固体氯化钠、蒸馏水、100 mL容量瓶、胶头滴管、托盘天平、烧杯、量筒、玻璃棒、药匙、试剂瓶、标签纸

四、实验方案设计及实施

[实验步骤 所用仪器及具体操作 1.确定溶质的质量 2.溶解 3.将溶质全部转移到容量瓶中 4.添加溶剂到容量瓶的刻度线 ]

五、误差分析

六、实验反思

（1）怎样溶解NaCl？可能用到的仪器有哪些？

（2）如何向容量瓶中转移溶解后的溶液？怎样才能使溶液不洒出来？

（3）怎样保证溶质被全部转移到容量瓶中？

（4）如何确保容量瓶中液体体积不超过刻度线，恰好为100 mL？

（5）如何使得溶液中的溶质均匀分布？

（6）容量瓶能否长期保存溶液？

教师活动：运用有效的思维评价策略，采用以下追问方式。首先询问“你是怎样形成结论的？”，引导学生反思推理过程。接着，运用问题“是什么促使你这样思考？”鼓励学生探索思维起点与路径。随后，运用问题“你能提供哪些证据支持你的观点？”要求学生提供具体例证支持观点，培养学生的实证精神。最后，通过问题“你还需要补充完善你的结论吗？”促使学生自我审视，提升学生的批判性思维。

学生实验：观看演示实验视频，以精炼语言总结实验步骤，并参照图9完成实验。（要求：限时6分钟完成。各组做好分工，明确操作人、记录人、汇报人）

学习任务4：误差分析。

评价任务4：分析探讨实验误差，诊断并发展学生的分析推断能力与定量实验研究能力。明确学生的思维水平是否从多点结构水平转变为关联结构水平。

问题链4：（1）在实验中有任何的操作不当都会产生误差，由物质的量浓度表达式可知，导致溶液浓度误差的根本原因有哪些？

（2）请分析视频中的这些操作对结果造成怎样的影响。视频1：溶解过程中有液体溅出；转移过程中烧杯和玻璃棒都未洗涤。视频2：定容过程加水超过刻度线；定容读数时，俯视刻度线或仰视刻度线。

【设计意图】以问题链为引导，结合实验报告，使学生掌握配制溶液的关键步骤与技能，体会操作更准确是本实验的关键。通过误差分析，培养学生分析推断能力，明确严谨科学态度的重要性。这一环节不仅强化学生的动手能力与仪器使用技能，而且引导学生深度思考，培养高级思维。注重思维过程暴露与相异构想纠正，促进学生的思维水平从多点结构水平转变为关联结构水平。

学习任务5：梳理与归纳，并构建实验体系原理的认知模型。

评价任务5：诊断并发展学生构建实验体系原理的认知模型，从而实现认识思路的结构化。诊断学生的归纳总结能力是否达到举一反三的关联结构水平。

问题链5：（1）用可溶性固体来配制一定物质的量浓度的溶液的实验步骤有哪些？

（2）误差分析的方法有哪些？

（3）请构建实验体系原理的认知模型。

【设计意图】通过构建“确定实验目的与原理—选择实验试剂与仪器—设计与实施实验方案—表达实验结果”实验认知模型，实现认识思路的结构化，引导学生抽提核心观念，发展学生证据推理和模型认知的化学学科核心素养。学生的思维水平达到举一反三的关联结构水平。

环节4：拓展应用，聚焦素养。

学习任务6：掌握溶液稀释的相关知识，提升解决问题的关键能力，突出思维品质与思维过程。

评价任务6：诊断并发展学生解决综合实际问题的能力，促进学生对溶液配制的深层次认识，实现核心观念的结构化。判断学生的思维水平是否达到抽象拓展结构水平。

问题情境3：假如你是一名质检员，需要配制100 mL 1.0 mol/L的稀硫酸来检验某乳制品中三聚氰胺的含量，请完成实验方案设计。（已知市售浓硫酸的质量分数为98%，密度为1.84 g/cm3）

问题链6：（1）配制1.0 mol/L稀硫酸100 mL，原理是什么？需要量取市售的浓硫酸溶液体积是多少？

（2）浓溶液稀释有哪些实验步骤？与配制一定物质的量浓度的NaCl溶液对比，有什么不同？

（3）用量筒量取浓硫酸时，俯视或仰视读数，对配制的稀硫酸浓度有什么影响？与定容时俯视或仰视刻度线读数对结果造成影响是否相同？

教师活动：针对学生的汇报展示，教师通过追问深入了解学生的思维路径，通过板书解答直观展现解题过程，暴露学生的相异构想。基于学生相异构想设计针对性教学，旨在精准对接教学目标。强化交互反馈，质疑创新，优化思维，共筑高效课堂。

【设计意图】通过质检员用浓硫酸配制稀硫酸的情境，深化学生对溶液配制的认识，促进学生深度理解配制原理及操作细节，从而提升解决复杂化学问题的能力，最终实现“定量实验思维”核心观念结构化。通过问题链引导，聚焦学生思维与知识进阶发展，暴露并纠正学生的误解，提升学生的思维品质，使学生的思维水平发展到抽象拓展结构水平。

四、结构化教学与SOLO分类评价理论指导下开展高中化学实验教学的启示

（一）SOLO分类评价理论融入结构化教学，构建“教—学—评”一体化的教学模式

本研究将SOLO分类评价理论融入结构化教学的全过程，建构了“教—学—评”深度融合的教学新模式。这不仅使教师能够精确识别并解决学生在学习中遇到的困难，制订明确的教学目标，而且为开展具有针对性的结构化教学提供支撑，还能更准确地掌握教学进展和评估教学效果，直观分析学生的思维发展水平，提升学生的自我认知与判断能力。

（二）通过问题链引导，实现结构化教学，提升思维能力和品质

问题链策略在化学教学中，作为引导学生深化理解、启迪思维、评估成效及导向目标的控制手段，显著提高了课堂效率，是优化教学策略、促进高效学习的重要途径［7］。基于化学学科思维方式和方法，对教学内容进行结构化处理，精心设计体现化学核心观念的主干问题。通过分解或延展主干问题形成问题链，驱动学生思考，使学生主动参与学习活动；问题链背后反映的化学核心思维为设计触发深度思考的活动提供了依据；问题之间的适当跨度为学生提供了适宜的思考空间，确保了深度思考的可行性；而表达与交流则为激活和优化学习者的心智模式，提升思维能力和思维品质提供了载体。

在高中化学实验教学中融入结构化教学与SOLO分类评价理论，不仅能够有效地培养学生的高级思维能力，还能够在“教—学—评”一体化的视角下，实现由掌握化学学科知识向发展化学学科核心素养转变。这一过程不仅提高了学生的知识应用能力、实验操作技能，还在潜移默化中提升了学生的创新思维能力和问题解决能力。

参考文献

［1］刘英琦.以深度理解促进学生学科核心素养发展的教学研究［J］.中学化学教学参考，2021（05）：1-5.

［2］张春花.基于高级思维的化学问题组合设计研究［D］.济南：山东师范大学，2014.

［3］范晓琼，李丹.用“体验式学习”培养学科核心素养：以“准确配制一定物质的量浓度的溶液”为例［J］.中学化学教学参考，2021（03）：35-38.

［4］田甲佩.基于方法养成的化学实验教学：以“配制一定物质的量浓度的溶液”为例［J］.中学化学教学参考，2018（21）：32-33.

［5］汪阿恋，吴新建，张贤金，等.高中化学必做实验的实验体系及教育价值探析：以“配制一定物质的量浓度的溶液”实验为例［J］.化学教学，2021（10）：60-63+67.

［6］朱成东，杨香菊，徐泓.凸显科学态度与探究意识的化学实验教学设计及实施：配制一定物质的量浓度的溶液［J］.化学教育（中英文），2023，44（11）：38-43.

［7］王后雄.“问题链”的类型及教学功能：以化学教学为例［J］.教育科学研究，2010（05）：50-54.

注：本文系柳州市教育科学“十四五”规划2021年度立项课题“教学内容结构化视域下的高中化学公开课有效性的实践研究”（2021C-347）的研究成果。

（责编 林 剑）