湖北省襄陽(yáng)市第四中學(xué)義務(wù)教育部(441021) 段云麗

湖北省襄陽(yáng)市教育裝備中心(441021) 邱 娟

1 SOLO分類理論背景

當(dāng)下九年級(jí)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)仍以灌輸教育的方式為主，這種方式忽視了對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究能力和科學(xué)思維的培養(yǎng)，學(xué)生普遍存在學(xué)習(xí)熱情不高、動(dòng)手能力和創(chuàng)新意識(shí)不強(qiáng)等諸多亟待解決的問(wèn)題。隨著我國(guó)基礎(chǔ)教育課程改革的不斷深化，許多教師嘗試將教育理論與學(xué)科教學(xué)融合，并取得了較好的效果，這為解決以上問(wèn)題提供了良好的參考。因此選擇一個(gè)能順應(yīng)學(xué)生認(rèn)知發(fā)展規(guī)律和對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效果進(jìn)行有效評(píng)價(jià)且能與化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)深度融合的教育理念是至關(guān)重要的。

關(guān)于兒童青少年的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，提出的較多的是皮亞杰認(rèn)知發(fā)展理論。皮亞杰認(rèn)為兒童青少年的認(rèn)知發(fā)展有階段性，從低到高，按年齡層次劃分，依次為感知運(yùn)動(dòng)階段、前運(yùn)算階段、具體運(yùn)算階段、形式運(yùn)算階段，不同階段之間有質(zhì)的飛躍。然而實(shí)踐證明皮亞杰的理論僅僅是一個(gè)天才的假設(shè)，真正的兒童心理要比這一理論復(fù)雜的多，盡管階段順序逐步地由簡(jiǎn)單上升到復(fù)雜，但學(xué)生的表現(xiàn)不一定按照這一順序發(fā)展。關(guān)于學(xué)生學(xué)習(xí)成果的評(píng)價(jià)，此前已經(jīng)有許多評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量的努力，其中應(yīng)用最廣和影響最大的則是布魯姆教育目標(biāo)分類法，它向試卷設(shè)計(jì)者提供了一種按質(zhì)量等級(jí)層次分類的方法，布魯姆的分類體系概括了6個(gè)層次，分別為記憶、理解、應(yīng)用、分析、評(píng)價(jià)和創(chuàng)造，實(shí)踐證明這一分類體系雖然很有用，但也存在一些問(wèn)題，主要體現(xiàn)在其基本上只適用于評(píng)價(jià)封閉式的試題或問(wèn)題的回答，而不能用來(lái)評(píng)價(jià)開(kāi)放式試題的解答，人們無(wú)意評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)方法或他們的情感反應(yīng)，只是在意學(xué)生吸收了多少專業(yè)知識(shí)和學(xué)習(xí)成績(jī)，基于此，本節(jié)課嘗試尋找并應(yīng)用其他能夠解決上述問(wèn)題的分類體系。

SOLO(Structure of the Observed Learning Outcome)，即可觀察的學(xué)習(xí)成果結(jié)構(gòu)，是基于這樣一種理念：任何學(xué)習(xí)結(jié)果的數(shù)量和質(zhì)量都是由學(xué)習(xí)過(guò)程中的教學(xué)程序和學(xué)生的特點(diǎn)決定的。它根據(jù)學(xué)生的已有知識(shí)結(jié)構(gòu)、學(xué)習(xí)的投入以及學(xué)習(xí)策略等多方面的特征，從具體到抽象，從單維到多維，從組織的無(wú)序到有序。其焦點(diǎn)集中在學(xué)生回答問(wèn)題的質(zhì)而不是量上。對(duì)學(xué)生的評(píng)價(jià)并不局限于對(duì)與錯(cuò)，而是力求從回答中分析學(xué)生的思維層次，因此，該分類理論既可以用于評(píng)價(jià)，也可以用于教學(xué)[1]。

SOLO分類理論是對(duì)皮亞杰認(rèn)知發(fā)展階段學(xué)說(shuō)的繼承，比肩布盧姆教育目標(biāo)分類學(xué)，但更加關(guān)注學(xué)生外顯的學(xué)習(xí)成果，它將學(xué)生思維水平分為以下五個(gè)層次，講求點(diǎn)-線-面-體的發(fā)展過(guò)程，可根據(jù)學(xué)科內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量和思維結(jié)構(gòu)層次進(jìn)行分類評(píng)價(jià)，操作性強(qiáng)，有利于教師制定教學(xué)目標(biāo)、檢查教學(xué)效果。結(jié)合該分類理論[2]，在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中可將學(xué)生的五階結(jié)構(gòu)層次水平進(jìn)行簡(jiǎn)單修正(見(jiàn)表1)。

表1 基于SOLO分類理論的化學(xué)實(shí)驗(yàn)課堂學(xué)生思維層次

1.1 教學(xué)目標(biāo)

本課題選自人教版九年級(jí)化學(xué)上冊(cè)第6單元課題二和課題三，二氧化碳的實(shí)驗(yàn)室制法及性質(zhì)是初中現(xiàn)行課程標(biāo)準(zhǔn)中8個(gè)重要的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)之一。在SOLO分類理論的指導(dǎo)下，根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)，本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)確定如下：

(1)知識(shí)與技能：①初步形成驗(yàn)證二氧化碳性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)技能；②初步學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案驗(yàn)證二氧化碳的性質(zhì)；③嘗試?yán)脭?shù)字化技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)加以改進(jìn)。

(2)過(guò)程與方法：在SOLO分類理論的指導(dǎo)下，提升學(xué)生小組協(xié)作能力，培養(yǎng)學(xué)生勤于思考、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并解決問(wèn)題的能力，提升學(xué)生的認(rèn)知維度。在信息技術(shù)環(huán)境下，引領(lǐng)學(xué)生多視角全方位參與實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。

(3)情感與態(tài)度價(jià)值觀：通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)，讓學(xué)生感受化學(xué)來(lái)源于生活又服務(wù)于生活，增強(qiáng)學(xué)生勇于創(chuàng)新的科學(xué)精神以及學(xué)好化學(xué)、服務(wù)社會(huì)的責(zé)任感和使命感，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)力。

1.2 教材與學(xué)情分析

(1)教材分析：本節(jié)課緊密聯(lián)系學(xué)生的生活實(shí)際，并利用大量實(shí)驗(yàn)對(duì)二氧化碳的性質(zhì)進(jìn)行驗(yàn)證，最后運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決生活問(wèn)題。其中實(shí)驗(yàn)教學(xué)在本節(jié)課起到關(guān)鍵的作用。

(2)學(xué)情分析：結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)和前面的學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)二氧化碳已經(jīng)有一定的了解，并且具備對(duì)課本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行簡(jiǎn)單的創(chuàng)新和改進(jìn)能力，不足的是學(xué)生對(duì)二氧化碳的性質(zhì)缺少系統(tǒng)的認(rèn)知，進(jìn)行綜合性實(shí)驗(yàn)的能力有所欠缺，且雖然學(xué)習(xí)“空氣中氧氣含量測(cè)定”實(shí)驗(yàn)時(shí)學(xué)生已經(jīng)接觸過(guò)數(shù)字化傳感器，但還不能較好地將其應(yīng)用于自己的實(shí)驗(yàn)方案[3]。

1.3 教學(xué)重難點(diǎn)

(1)教學(xué)重點(diǎn)：利用系列實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步認(rèn)識(shí)二氧化碳的性質(zhì)。

(2)教學(xué)難點(diǎn)：培養(yǎng)學(xué)生的綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰疤剿鲃?chuàng)新意識(shí)。

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程

2.1 知識(shí)學(xué)習(xí)

讓學(xué)生的思維達(dá)到認(rèn)識(shí)記憶、理解掌握的層面。本節(jié)課采用翻轉(zhuǎn)課堂模式，讓學(xué)生課前進(jìn)行微課學(xué)習(xí)，將課本內(nèi)容前置，節(jié)約課堂時(shí)間。課堂上有針對(duì)性地對(duì)學(xué)生存在的問(wèn)題進(jìn)行解答并帶領(lǐng)學(xué)生走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室完成課本實(shí)驗(yàn)。

2.2 創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境

愛(ài)因斯坦曾說(shuō)：提出問(wèn)題往往比解決問(wèn)題更重要，因?yàn)樘岢鲇袃r(jià)值的問(wèn)題需要?jiǎng)?chuàng)造性的想象力，而想象力正是科學(xué)探究的關(guān)鍵因素。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后利用班級(jí)QQ群中的小程序以投票的方式收集學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中遇到的困惑，并向?qū)W生展示實(shí)驗(yàn)的部分片段及投票結(jié)果(見(jiàn)圖1)，明確學(xué)生遇到的突出難題，同時(shí)創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境：能否對(duì)課本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，解決大家所遇到的困惑。

圖1 學(xué)生投票結(jié)果

2.3 實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)

此階段的學(xué)習(xí)旨在讓學(xué)生思維進(jìn)入到模仿應(yīng)用、分析評(píng)價(jià)的層次。教師利用課余時(shí)間組織學(xué)生展開(kāi)對(duì)課本實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)設(shè)計(jì)(見(jiàn)圖2)。

圖2 學(xué)生改進(jìn)裝置

展示結(jié)束后，首先對(duì)學(xué)生的成果予以肯定，同時(shí)指出不足。通過(guò)小組分析、思考設(shè)計(jì)、總結(jié)匯報(bào)、評(píng)價(jià)交流，得出裝置綜合性不足這一結(jié)論。

教師提出問(wèn)題：能否設(shè)計(jì)出一套既節(jié)約藥品、又能完成一系列二氧化碳性質(zhì)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的裝置呢？

接下來(lái)在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生嘗試組間合作，充分結(jié)合各小組裝置的優(yōu)勢(shì)，組合出一套一體化裝置，但這些裝置仍存在以下問(wèn)題，如實(shí)驗(yàn)的成功率不能保證、如何解釋為什么上下層蠟燭先后熄滅就說(shuō)明二氧化碳的密度比空氣的大。

2.4 實(shí)驗(yàn)再改進(jìn)

此環(huán)節(jié)使學(xué)生的思維到達(dá)拓展創(chuàng)新的高度。2018年4月13日，教育部下發(fā)了《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》的通知[4]，其核心理念即為堅(jiān)持信息技術(shù)與教育教學(xué)的深度融合。教師提出能否拓寬資料的查找范圍，如利用知網(wǎng)等更加學(xué)術(shù)的平臺(tái)。學(xué)生通過(guò)搜索“實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)”這樣的關(guān)鍵詞，其中“數(shù)字化”這三個(gè)字作為近幾年創(chuàng)新設(shè)計(jì)的高頻詞匯走進(jìn)了學(xué)生的視野[5]。學(xué)生提出，能否在自己的實(shí)驗(yàn)裝置中也融入數(shù)字化儀器突破之前裝置存在的不足，學(xué)生通過(guò)網(wǎng)絡(luò)了解了傳感器的種類和作用，確定了在實(shí)驗(yàn)方案中加入二氧化碳傳感器[6]。但是又一個(gè)問(wèn)題出現(xiàn)在大家面前，如何選擇合適的傳感器呢？

常規(guī)傳感器是通過(guò)數(shù)據(jù)處理器將數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娔X，再由電腦將由數(shù)據(jù)生成的圖形呈現(xiàn)出來(lái)。這類傳感器綜合性較強(qiáng)，相對(duì)來(lái)說(shuō)也比較專業(yè)化，但對(duì)于本實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)，設(shè)備使用起來(lái)較為不便，最重要的是對(duì)于初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)室而言預(yù)算較高，較難實(shí)現(xiàn)。最后結(jié)合我校實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際情況，通過(guò)對(duì)比網(wǎng)上各類二氧化碳傳感器，我們最終確定了這樣一只小巧、實(shí)惠、直觀，能滿足本實(shí)驗(yàn)所有需求的手持傳感器(見(jiàn)圖3)[7]。

圖3 手持二氧化碳傳感器

工欲善其事必先利其器。有了硬件的支持，學(xué)生放開(kāi)手腳，最終設(shè)計(jì)出一套滿意度較高的裝置(見(jiàn)圖4)。

圖4 “二氧化碳制取和性質(zhì)”實(shí)驗(yàn)一體化創(chuàng)新裝置

3 實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新裝置

3.1 儀器和藥品

簡(jiǎn)易啟普發(fā)生器、氧氣泵分流器各1只、注射器2只、醫(yī)用流量調(diào)節(jié)閥4只、二氧化碳傳感器2個(gè)、輸液管、黑色背景板；稀鹽酸、大理石、澄清石灰水、蒸餾水、干燥的紫色石蕊試紙、濕潤(rùn)的紫色石蕊試紙、變色硅膠。

3.2 實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新要點(diǎn)

3.2.1 實(shí)驗(yàn)操作性

(1)利用氧氣泵分流器，將二氧化碳制取和性質(zhì)一系列實(shí)驗(yàn)進(jìn)行串聯(lián)。所有的止水夾均用醫(yī)用流量調(diào)節(jié)閥代替。

(2)發(fā)生裝置采用的是能控制反應(yīng)發(fā)生和停止的簡(jiǎn)易啟普發(fā)生器。

(3)利用2支注射器分別驗(yàn)證二氧化碳能溶于水及澄清石灰水與二氧化碳的反應(yīng)。

(4)自制T型管上下兩端分別放置了干燥和濕潤(rùn)的紫色石蕊試紙，用來(lái)驗(yàn)證二氧化碳與水的反應(yīng)。

3.2.2 實(shí)驗(yàn)可視性

(1)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中教師常用蠟燭、氣球、肥皂泡等來(lái)驗(yàn)證二氧化碳密度比空氣的大，但實(shí)驗(yàn)容易失敗或耗時(shí)長(zhǎng)，本裝置引入可迅速檢測(cè)二氧化碳濃度的手持傳感器、分別置于上下兩個(gè)不同位置，通過(guò)對(duì)比上下傳感器二氧化碳濃度的具體數(shù)值來(lái)直接驗(yàn)證這一性質(zhì)。

(2)此外，展板式裝置也增加了實(shí)驗(yàn)的可視性和操作便捷性。

3.2.3 實(shí)驗(yàn)嚴(yán)謹(jǐn)性

利用輸液管中的變色硅膠排除水蒸氣對(duì)二氧化碳與水的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的干擾。

3.3 實(shí)驗(yàn)操作步驟及現(xiàn)象

(1)檢查裝置氣密性。

(2)打開(kāi)啟普發(fā)生器止水夾，接著打開(kāi)最左側(cè)止水夾。

(3)將燃著的木條置于最左側(cè)輸液管管口，觀察到木條熄滅。

(4)關(guān)閉最左側(cè)止水夾，打開(kāi)最右側(cè)止水夾，可以觀察到上方傳感器數(shù)據(jù)增長(zhǎng)快，下方傳感器數(shù)據(jù)增長(zhǎng)慢。

(5)利用裝有10 mL水的注射器抽取生成的二氧化碳至20 mL處，稍等片刻可以看到注射器活塞向下滑動(dòng)。

(6)利用裝有澄清石灰水的注射器抽取一定量生成的二氧化碳，觀察到澄清石灰水變渾濁。

(7)關(guān)閉啟普發(fā)生器止水夾，實(shí)驗(yàn)結(jié)束，稍等片刻可以觀察到下側(cè)濕潤(rùn)的紫色石蕊試紙變紅，其它石蕊試紙無(wú)明顯現(xiàn)象。

學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象總結(jié)出二氧化碳的一系列性質(zhì)，尤其是能通過(guò)對(duì)上下傳感器數(shù)據(jù)的分析(見(jiàn)圖5)，準(zhǔn)確快速得出二氧化碳密度比空氣的大，并能夠?qū)?個(gè)不同部位的石蕊試紙變色現(xiàn)象進(jìn)行解釋說(shuō)明，讓學(xué)生對(duì)二氧化碳性質(zhì)的學(xué)習(xí)不再浮于表面。

圖5 傳感器數(shù)據(jù)分析

4 實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)與反思

4.1 裝置的創(chuàng)新亮點(diǎn)

(1)一體化：化零為整，方便省時(shí)。

(2)微型化：節(jié)約大量藥品。

(3)數(shù)字化：將數(shù)字化實(shí)驗(yàn)引入化學(xué)實(shí)驗(yàn)，使實(shí)驗(yàn)結(jié)論更嚴(yán)謹(jǐn)，讓學(xué)生在高效學(xué)習(xí)知識(shí)的同時(shí)學(xué)會(huì)利用現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)技術(shù)手段，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力。

4.2 學(xué)生課后表現(xiàn)

課后學(xué)生意猶未盡地嘗試對(duì)分子運(yùn)動(dòng)、水的凈化、燃燒條件的探究等多個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，嘗試將數(shù)字化技術(shù)融入化學(xué)實(shí)驗(yàn)突破定性實(shí)驗(yàn)無(wú)法解決的問(wèn)題并均獲得良好的效果；再依據(jù)學(xué)生自我評(píng)價(jià)、當(dāng)堂檢測(cè)及課后作業(yè)完成情況，可以明確的是，本節(jié)課的目標(biāo)達(dá)成情況遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了預(yù)期，由此可見(jiàn)，基于SOLO分類理論設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)是完全可以達(dá)成的。

在SOLO分類理論的指導(dǎo)下，通過(guò)信息化教學(xué)手段和數(shù)字化實(shí)驗(yàn)技術(shù)的運(yùn)用，整個(gè)過(guò)程學(xué)生充分參與，激發(fā)了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課的濃厚興趣和對(duì)科研的探索欲，這正是實(shí)驗(yàn)教學(xué)所追求的真正意義。