基于SOLO分类理论的化学“四重表征”教学研究
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摘要：SOLO分类评价法作为一种质性评价方法对化学教学有着很好的指导意义。在分析SOLO理论内涵与特点的基础上，以高中化学“浓度对化学平衡的影响”内容为例，结合SOLO理论的四个发展水平，从“宏观-微观-符号-曲线”四重表征的角度进行了教学研究，并探讨了两种理论在化学教学中的应用价值。
关键词：SOLO分类评价；四重表征；化学平衡；手持技术
文章编号：1005–6629（2013）10–0031–04 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
1 问题的提出
传统的教学评价过分强调量化评价方式，以知识技能为评价目标，关注学生对知识点掌握的多少，而不能反映出学生认知水平的发展。SOLO分类评价法作为一种质性评价方法能够全面、深入、真实再现评价对象特点、思维发展阶段和发展趋势，有利于教师制定教学目标、实施教学过程以及检测教学效果[1]，对化学教学有着很好的指导意义。
“化学平衡及其影响因素”是高中化学的基本理论之一，对电离平衡、水解平衡、溶解平衡等知识的学习起着基础作用，但是其微观抽象性会对学生的理解产生障碍。从多重角度引导学生理解条件对化学平衡的影响，有利于学生加深对这一理论的认识。本文以“浓度对化学平衡的影响”为例，进行了基于solo分类理论的“四重表征”教学研究，以期为中学化学教师提供借鉴。
2.1 SOLO分类理论
“SOLO”是英文“Structure of the Observed Learning Outcome”的缩写，意为：可观察的学习成果结构[2]。SOLO分类理论是在皮亚杰发展阶段学说的基础上，由澳大利亚教育心理学家约翰·比格斯（John Biggs）首先提出，是一种反映学生认知发展水平的评价理论。该理论认为学生在对具体知识认知的过程中具有阶段性，而且这种阶段性是可以观察到的。它关注学生在解决问题时所反映出的思维方式以及所能处理的相关线索的复杂程度[3]。SOLO理论基于学生对某一具体问题反应的分析，对学生的思维水平由低到高划分为以下五个基本结构层次[4]：（1）前结构水平，学生被无关信息和已有经验误导，无法理解和解决问题；（2）单一结构水平，通过一个与问题相关的线索来建立问题和答案之间的联系；（3）多元结构水平，利用多个相互独立的线索和信息来连接问题与答案；（4）关联水平，学生能够将问题情境下各个线索之间建立本质联系，使其成为一个有机整体；（5）拓展抽象水平，能够超越问题本身，归纳各种信息并进行更抽象的概括，使结构更加完整。
SOLO分类的本质具有层次性[5]，学生在解决问题时，需要经历每一个水平，前一种水平的发展是后一种水平发展的基础。依次递增的五级结构水平的问题，能引导学生实现不同水平的再认知，有利于促进学生更好地发展。
2.2 “四重表征”教学
“四重表征”教学指的是对物理或化学变化从“宏观-微观-符号-曲线”四重角度进行表征与表征间相互转换的教学模式[6]。宏观表征是指颜色、状态、气味等方面可观察的宏观现象在学习者头脑中的反映；微观表征是指微粒组成结构、相互作用及变化等微观属性在学习者头脑中的反映；符号表征是指化学式、化学方程式等符号形式在学习者头脑中的反映；曲线表征是指将化学反应中的数据变化以定量的曲线的形式在坐标轴中记录下来，其中曲线的起点、拐点和终点反映了化学反应中的变化趋势，是将宏观表征和微观表征联系起来的桥梁[7]。四重表征相互联系，组成一个有机整体，有助于学生全面、透彻地认识和理解化学物质及其变化，同时也能培养学生对定量图像信息处理的能力。
3 基于SOLO分类理论的“四重表征”教学过程
环节1 单一结构水平：宏观表征
教师：展示一支盛有0.1 mol/L的重铬酸钾溶液的试管，依次向其中滴加6 mol/L的氢氧化钠溶液和浓硫酸，让学生观察实验现象。
学生：（描述实验现象）溶液颜色变化为：橙红色黄色橙红色。
设计意图：引导学生观察宏观实验现象，学生只需获取单一信息：溶液颜色变化。能正确描述实验现象表明学生思维达到单一结构水平。
环节2 多元结构水平：微观表征
教师：（提问）为什么会出现上述颜色变化，溶液中的微粒经历了怎样的变化呢？播放Flas模拟这一反应的微观过程。让学生描述反应过程中各种微粒数量的变化。
BC段：向溶液中滴加氢氧化钠，H+浓度降低，平衡被打破，向生成铬酸根离子的方向移动，溶液逐渐变黄，透光率曲线上升；
CD段：反应结束，平衡建立起来，溶液中以铬酸根离子为主，呈现黄色，透光率呈现一段较高的直线；
DE段：向溶液中滴加浓硫酸，H+浓度增加，平衡再次被打破，向生成重铬酸根离子的方向移动，溶液再次变橙红，透光率曲线开始下降；
EF段：第二个平衡建立起来，溶液中以重铬酸根离子为主，呈现橙红色，对比透光率数值可以发现EF段相对AB段透光率更低。
教师：通过以上分析，如何从生成物浓度变化的角度解释浓度对化学平衡的影响？
学生：减少生成物浓度，平衡正向移动；增加生成物浓度，平衡逆向移动。
设计意图：解答这一阶段的问题学生需要将H+数量的变化迁移到生成物浓度的变化，将颜色的变化迁移到透光率的变化，将平衡的移动迁移到曲线的变化趋势上，从而抓住化学平衡移动的本质，加深对平衡移动连续性、完整性和动态性的认识。
4 基于SOLO分类理论的“四重表征”教学思考
基于SOLO分类理论的“四重表征”教学为我们提供了一条新的教学及评价的思路和方法，把SOLO分类理论的几个发展水平与“四重表征”相结合，从“宏观-微观-符号-曲线”四个角度逐级递进，能够增进学生对知识的理解。结合本节内容教学，笔者提出以下几点教学思考。
4.1 SOLO分类理论与教学的结合
SOLO分类理论很好地解释了学生解决问题过程中认知发展的层次和规律。在本节内容教学中，从观察实验现象到分析透光率曲线变化，从单一结构水平到拓展抽象水平，体现了从量变到质变逐级递进的过程。结合SOLO理论既可以帮助教师更有层次地组织教学，根据学生在回答问题时的表现判断他所处的思维发展阶段，又可以引导学生利用完成上一水平任务的经验，从一种思维水平过渡到另一种思维水平，从而为教师的“教”和学生的“学”带来理论上的指导。
4.2 “四重表征”与教学的结合
新课标提倡在教学过程中突出化学学科的思维方式，这就要求教师要引导学生从宏观、微观、符号、曲线四重表征的角度认识和理解化学反应，并建立四者之间的内在联系。任何一种表征的薄弱都会引起不同表征间转换的困难[8]，并会进一步影响学生四重表征的水平和能力。将“四重表征”与教学相结合，有助于教师深入挖掘化学知识的内涵，也让学生明白同一个化学知识点在宏观、微观、符号和曲线四个不同层面具有不同的存在形式，从而能够由表及里层层推进着学生的理解力，深化学生对平衡移动原理的理解与记忆，同时也能促进“微粒观”、“平衡观”等化学基本观念的建构。
4.3 手持技术与教学的结合
数字化手持技术实验以其实时、定量、连续、精确和便捷等特点，近年来引起了中学化学教学手段的革新。手持技术呈现出的透光率曲线对于学生理解化学平衡移动的完整性、连续性有着积极的作用。它同时也能使知识的生成过程情景化、问题化、活动化和趣味化，提高了学生学习化学知识的兴趣和热情[9]。如果只有知识概念而没有多样化的实验活动形式，学生将难以将事实、概念和原理转化为方法、思想和观念；如果没有知识概念，只有实验活动形式，学生就只能关注实验本身，没有超越自己所做具体实验本身的意义[10]。因而，“四重表征”教学与手持技术实验结合能够达到更高层次教学与认知的整合。
4.4 教学思路的应用拓展
本节内容以“浓度对化学平衡的影响”为例进行了基于SOLO分类理论的“四重表征”教学实践。对于温度、压强对化学平衡的影响也是类似的，教师可以从整体出发，结合SOLO分类理论的几个发展水平，从宏观性质实验，微粒相互作用、变化，化学方程式，温度、压强变化曲线四重角度进行教学设计。对于后续“电离平衡”“水解平衡”“沉淀溶解平衡”等单元知识也可以沿袭这一教学思路，立足整体，在不同的教学内容完成不同结构水平的知识建构。教师也可以尝试变换四种表征之间转化的顺序，以达到促进学生理解的目的。
参考文献：
[1]陈徽，钱扬义，李孟彬等. SOLO分类评价理论在化学教学中的应用[J].化学教育，2008，（10）：25～27.
[2] John B. Biggs， Kevin F. Collis. The SOLO Taxonomy[M]. New York： Academic Press， 1982.
[3]黄爱民.国内SOLO分类评价理论在中学化学应用研究的综述[J].化学教学，2013，（1）：6～8.
[4]李佳，高凌飚，曹琦明. SOLO水平层次与PISA的评估等级水平比较研究[J].课程·教材·教法，2011，（4）：91～96.
[5]刘京莉.以SOLO分类为基础的学生学习质量评价初探[J].教育学报，2005，（4）：41～45.
[6]刘彩燕.高中化学概念的四重表征教学模式的设计与应用研究[D].广州：华南师范大学硕士学位论文，2009.
[7]刘婷，林鸿锦，钱扬义等.应用数字化手持技术实验探究“浓度对化学反应速率影响”的教学实践[J].中学化学教学参考，2012，（8）：10～13.
[8]毕华林，黄婕，亓英丽.化学学习中“宏观-微观-符号”三重表征的研究[J].化学教育，2005，（5）：51～54.
[9]钱扬义.手持技术在研究性学习中的应用及其心理学基础[M].北京：科学出版社，2006.
[10]王磊，范晓琼，宋万琚等.在新课程中如何进行基于核心观念建构的教学设计——“新世纪”课程标准实验教科书《化学1（必修）》第2章第1节“元素与物质的分类”教学设计与实施研究[J].化学教育，2005，（1）：17～20.