蘇 容,朱朝菊

(1.西昌學(xué)院理學(xué)院,四川 西昌 615000; 2.四川文理學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院,四川 達(dá)州 635000)

SOLO 是分類理論“Structure of the Observed Learning Outcome”的英文簡稱,是一種評價(jià)學(xué)生認(rèn)知發(fā)展水平的理論,[1]由心理學(xué)家Biggs 于1982年提出,源自皮亞杰認(rèn)知發(fā)展理論.[2]該理論將學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果按思維發(fā)展的情況由低到高分為不同維度:前結(jié)構(gòu)→單點(diǎn)結(jié)構(gòu)→多點(diǎn)結(jié)構(gòu)→關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)→抽象拓展結(jié)構(gòu)(見圖1).[3]當(dāng)遇到具體問題時(shí),學(xué)生的思維層次有其對應(yīng)的學(xué)習(xí)行為,指向不同的認(rèn)知結(jié)構(gòu).

圖1 SOLO 分類理論層次水平

教師可根據(jù)SOLO 分類理論評價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)前對知識的認(rèn)知水平,為教學(xué)提供指導(dǎo).將“鐵鹽及亞鐵鹽”作為教學(xué)案例,以SOLO 分類理論為指導(dǎo),進(jìn)行分析,通過設(shè)計(jì)創(chuàng)設(shè)情境、分組實(shí)驗(yàn)、建構(gòu)觀念、生活遷移四個教學(xué)過程,從而培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究與創(chuàng)新意識,證據(jù)推理與模型認(rèn)知的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng).

1 教學(xué)內(nèi)容及學(xué)情分析

“鐵鹽及亞鐵鹽”選自2019 版人教版化學(xué)教材必修一第三章第二節(jié)《鐵及其化合物》.基于教材編排,與前一章鈉、鋁同為元素化合物知識,為后面元素周期律的學(xué)習(xí)提供素材.其具體內(nèi)容及學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)根據(jù)SOLO 分類理論作學(xué)前分析,見表1.

表1 “鐵鹽及亞鐵鹽”學(xué)前情況分析

表1可知學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)處于SOLO 分類理論前三個水平,多來源于基于生活化的經(jīng)驗(yàn)和前面零碎知識的學(xué)習(xí),而目標(biāo)思維水平要求均在后三水平上.對學(xué)生的思維層次劃分有利于教師判斷學(xué)生思維水平,進(jìn)行針對性的教學(xué).

2 教學(xué)目標(biāo)的確定

教學(xué)目標(biāo)指明了整個教學(xué)的方向,是教學(xué)設(shè)計(jì)中的重要一環(huán).[3]2017 版《普通高中化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)中》對于不同主題內(nèi)容學(xué)習(xí)也出現(xiàn)“認(rèn)識”“了解”“掌握”等層次要求.基于SOLO 分類理論及學(xué)科核心素養(yǎng)要求,可將具體目標(biāo)確定,見表2.

表2 分類教學(xué)目標(biāo)

3 教學(xué)方法

隨著多媒體和短視頻的發(fā)展,教學(xué)的輔助手段越來越多.在不同的教學(xué)階段和環(huán)節(jié)中使用恰當(dāng)?shù)慕淌诜椒ㄖ笇?dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí),有利于學(xué)生的學(xué)科知識的學(xué)習(xí)及核心素養(yǎng)的培養(yǎng).根據(jù)SOLO 分類理論,分析不同教學(xué)環(huán)節(jié)學(xué)生需鍛煉的認(rèn)知水平,可為教師的教學(xué)方法提供指導(dǎo), 見表3.

表3 教學(xué)方法指導(dǎo)分析

4 教學(xué)過程

基于以上根據(jù)SOLO 分類理論對于教學(xué)內(nèi)容、學(xué)生情況、教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)方法的分析.遵循學(xué)生身心發(fā)展規(guī)律和知識的邏輯順序,將教學(xué)過程主要分為以下四個環(huán)節(jié)進(jìn)行:

4.1 環(huán)節(jié)一:創(chuàng)設(shè)情境,引入新課

“血手印”視頻的背景是算命大師騙人有血光之災(zāi)獲取錢財(cái).用揭示騙局引課既能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,又能培養(yǎng)學(xué)生探索未知、追求真理的科學(xué)態(tài)度.基于真實(shí)生活情境“菠菜中是否含鐵離子”的驗(yàn)證,鞏固學(xué)生對于Fe3+的鑒定認(rèn)知.用KSCN 試劑與用NaOH 鑒定Fe3+,形成了對Fe3+的鑒定知識的多點(diǎn)結(jié)構(gòu)水平.

教師:播放“血手印”視頻,解釋視頻中血紅色手印出現(xiàn)原因,進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)KSCN 試劑與Fe3+的反應(yīng).講解KSCN 可與Fe3+發(fā)生特征反應(yīng)溶液變?yōu)檠t色,可用于Fe3+的鑒定.展示大力水手與菠菜圖片形象,提問:人們常說菠菜補(bǔ)鐵,菠菜中到底含不含三價(jià)鐵離子呢?我們該如何鑒定?

學(xué)生:可將菠菜榨汁用KSCN 試劑鑒定,看是否生成紅色溶液.

教師:菠菜汁顏色太深,對紅色特征顯色現(xiàn)象的判斷,有遮避作用,因此需要預(yù)先處理.圖片展示預(yù)處理過程:晾曬菠菜→馬弗爐灰化→溶解活性炭色素吸附→硝酸氧化→過濾.在所得菠菜處理液中滴加KSCN試劑讓學(xué)生觀察現(xiàn)象.

學(xué)生:觀察溶液顏色變紅,說明菠菜中確實(shí)含有三價(jià)鐵離子.

4.2 環(huán)節(jié)二:科學(xué)探究,分組實(shí)驗(yàn)

利用生活中常見補(bǔ)鐵藥品—硫酸亞鐵片創(chuàng)造情境突破本節(jié)課重點(diǎn)鐵離子間的轉(zhuǎn)化.讓我學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)分為兩組:探究實(shí)驗(yàn)1 中“NaOH無法使鐵離子生成沉淀”與學(xué)生原有認(rèn)知形成沖突,而微量Fe3+依然能與KSCN 試劑出現(xiàn)特征反應(yīng),因此一般選用KSCN 試劑作為Fe3+鑒定試劑.探究實(shí)驗(yàn)2學(xué)生可通過溶液顏色變化判斷溶液中鐵離子的轉(zhuǎn)變,直觀感受離子間的可逆變化.教師引導(dǎo)從氧化還原角度分析,幫助建立鐵離子知識的關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平.

教師:菠菜中鐵元素含量為2.9 mg/100g,而人每天所需補(bǔ)充的鐵元素為20 mg 左右,因此不能只靠吃菠菜補(bǔ)鐵,人體缺鐵時(shí)常用硫酸亞鐵片進(jìn)行補(bǔ)鐵,展示硫酸亞鐵片說明書.提問“如何驗(yàn)證硫酸亞鐵片中的亞鐵離子?”提供實(shí)驗(yàn)儀器及藥品(KSCN 試劑、H2O2溶液,NaOH 溶液,硫酸亞鐵片溶解液),引導(dǎo)學(xué)生Fe2+可以轉(zhuǎn)換為Fe3+進(jìn)行鑒定,回顧KSCN 試劑與用NaOH 兩種方法鑒定Fe3+,自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn).

學(xué)生:思考交流,自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)分為兩組:

第一組:硫酸亞鐵片溶解液+ NaOH溶液

第二組:硫酸亞鐵片溶解液+ H2O2+ KSCN試劑

進(jìn)行實(shí)驗(yàn),觀察現(xiàn)像,發(fā)現(xiàn)一組無明顯實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,二組溶液變紅.

教師:展示說明書每片鐵含凈含量為30 mg,實(shí)驗(yàn)二證明了鐵離子的存在.實(shí)驗(yàn)一中不能鑒定鐵離子,是因?yàn)镕e3+,含量較低,生產(chǎn)沉淀現(xiàn)象不明顯.因此鑒定鐵離子常用KSCN試劑.

教師:由上我們也可知道Fe2+可轉(zhuǎn)化為Fe3+,請同學(xué)們從化合價(jià)角度,利用氧化還原反應(yīng)知識分析兩種離子之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系.提供試劑(Fe2+溶液、Fe3+溶液、硝酸溶液、H2O2溶液,還原Fe粉,維C溶液),引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn).

學(xué)生:自主選擇試劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn),通過顏色變化總結(jié)變化.

4.3 環(huán)節(jié)三:建構(gòu)觀念,認(rèn)知升華

價(jià)類二維圖將價(jià)態(tài)與類別以直觀圖示展現(xiàn),可以幫助學(xué)生找到規(guī)律,理清各物質(zhì)間的關(guān)系.設(shè)計(jì)5條路徑幾乎包含了鐵及其化合物得整節(jié)知識,以路徑①為例能幫助學(xué)生復(fù)習(xí)鞏固本堂內(nèi)容,學(xué)生可通過完成②-⑤轉(zhuǎn)化關(guān)系,達(dá)到關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平.

教師:引導(dǎo)學(xué)生回顧鐵、鐵的氧化物、鐵的氫氧化物、鐵離子等相關(guān)知識,能根據(jù)元素價(jià)態(tài),物質(zhì)類別構(gòu)建鐵的知識網(wǎng)絡(luò)圖,并分析內(nèi)在聯(lián)系.[4]建構(gòu)鐵及其化合物的價(jià)類二維圖及路徑,見圖2.

圖2 鐵及其化合物價(jià)類二維圖

教師:以路徑①路菠菜中鐵元素的鑒定為例,啟發(fā)學(xué)生從鐵元素價(jià)態(tài)觀以及物質(zhì)類別出發(fā)分析鐵的知識脈絡(luò),并形成聯(lián)系.

菠菜中的鐵為非血紅素鐵,屬于有機(jī)鐵類.[5]在自然氣氛下馬弗爐焙燒后生成氧化鐵,屬于金屬氧化物,與酸反應(yīng)可得Fe3+,即可用硫氰化鉀試劑鑒定.

學(xué)生:教師啟發(fā)下,完成路徑②-⑤,形成知識串聯(lián).

4.4 環(huán)節(jié)四:應(yīng)用實(shí)例,知識遷移

呈現(xiàn)生產(chǎn)生活中應(yīng)用鐵及其化合物解決問題的實(shí)例,如:污水處理給學(xué)生展現(xiàn)目前較為新興的芬頓處理技術(shù).使學(xué)生感受化學(xué)基礎(chǔ)知識在先進(jìn)工藝領(lǐng)域的應(yīng)用,形成鐵及其化合物的抽象拓展結(jié)構(gòu)水平.能體會化學(xué)與生活的緊密聯(lián)系,學(xué)有所用,學(xué)以致用.

教師:播放系列圖片:使用芬頓法處理污水(Fe3+與Fe2+的轉(zhuǎn)化)、污水處理中食品脫氧劑(Fe粉還原性,除氧)、植物黃葉病與鐵強(qiáng)化醬油(鐵是動植物不可或缺的重要元素)、鐵紅涂料(Fe2O3為紅棕色粉末)、覆銅板制作圖案(Fe3+的氧化性,銅被刻蝕).

學(xué)生:觀看圖片,在每一種與鐵相關(guān)知識應(yīng)用時(shí)思考并討論其原理是什么,并能夠舉一反三,思考其它不在圖中與鐵知識有關(guān)的應(yīng)用.

5 教學(xué)評價(jià)

SOLO 分類理論除了可以指導(dǎo)教學(xué),最重要的功能還有用于評價(jià)學(xué)習(xí).此前有許多研究就是利用此理論對試題分析及學(xué)生學(xué)習(xí)情況進(jìn)行評價(jià).如:周純等[1]分析了62 篇文獻(xiàn)在2015-2020年關(guān)于SOLO 分類理論在化學(xué)教育中的研究的文獻(xiàn),表明有11 篇用于試題分析,20 篇用于教學(xué)評價(jià),其余用于指導(dǎo)教學(xué)實(shí)踐.因此在本節(jié)課上完后,可依據(jù)SOLO 分類理論確立的教學(xué)目標(biāo),制定不同結(jié)構(gòu)水平的試題,評價(jià)學(xué)生知識獲取和素養(yǎng)培養(yǎng)完成情況,指導(dǎo)后續(xù)補(bǔ)充教學(xué).部分樣題如下:

(1)Fe3+與KSCN試劑反應(yīng)有什么現(xiàn)象?

分析:單點(diǎn)結(jié)構(gòu).此問題可以提醒學(xué)生反應(yīng)現(xiàn)象是溶液變紅而不是有紅色沉淀生成,易混淆.

(2)鑒定Fe3+的方法有哪些?

分析:多點(diǎn)結(jié)構(gòu).雖然學(xué)生知道KSCN溶液和NaOH 的均可鑒別,但是需要提醒學(xué)生微量只能用KSCN溶液,因此KSCN是Fe3+鑒別試劑.

(3)Fe3+與Fe2+的轉(zhuǎn)化常用哪些試劑?并寫出方程式.

分析:關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu).對教學(xué)環(huán)節(jié)二進(jìn)行延申,鞏固本節(jié)重點(diǎn).

(4)據(jù)說木耳中也含有大量的鐵元素,你能查閱資料去驗(yàn)證它嗎?

分析:抽象拓展結(jié)構(gòu).在教學(xué)環(huán)節(jié)一中對菠菜含鐵進(jìn)行了驗(yàn)證,學(xué)生可理清鐵相關(guān)知識的基礎(chǔ)上查閱資料自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),體會用所學(xué)知識解決生活中問題的樂趣.

(5)通過本節(jié)課的學(xué)習(xí),你能自行設(shè)計(jì)鐵相關(guān)知識的一個價(jià)類二維圖嗎?

分析:抽象拓展結(jié)構(gòu).價(jià)類二維圖直觀呈現(xiàn)了知識間的相互聯(lián)系,對學(xué)生元素?zé)o機(jī)化學(xué)知識的學(xué)習(xí)很有幫助.要想讓學(xué)生自行設(shè)計(jì),對學(xué)生本身知識要求較高,有利于思維水平的提高.

6 教學(xué)反思

SOLO 分類理論將學(xué)生的認(rèn)知水平發(fā)展具象化,用具體的詞匯描繪不同思維結(jié)構(gòu)水平,利于對學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)情況分析,進(jìn)而得到有基于實(shí)情的教學(xué)目標(biāo),從而能夠指導(dǎo)設(shè)計(jì)教學(xué)過程,使得學(xué)生思維水平發(fā)展能貫穿整個教學(xué)過程.基于本節(jié)內(nèi)容屬于元素化合物知識,利用元素價(jià)態(tài)與元素類別幫助學(xué)生建構(gòu)模型,形成系統(tǒng)認(rèn)知.此外教學(xué)環(huán)節(jié)中多個真實(shí)情境得以運(yùn)用,有利于學(xué)生體會化學(xué)與生活的緊密聯(lián)系.