手持技术下基于SOLO分类理论的化学“四重表征”教学研究

张汝丽　耿淑玲

一、问题提出

任何化学反应都既有物质的变化又有能量的变化，能量变化贯穿于化学反应的始终，是学生理解化学现象的基础。同时化学反应与能量变化也是高考必考知识点之一。中和反应热的测定实验是高中化学教材中必修的学生实验，该实验内容也是化学反应与能量知识学习的重要部分。所以本文将通过手持技术，以“中和反应热的测定”为主线结合化学反应与能量变化的知识，探讨如何利用“四重表征”教学模式来促进学生对知识构建完整的认知。

二、理论基础

1.手持技术

手持技术又称传感技术。是一种集采集与分析于一体的现代实验系统。它在突破概念认知，尤其在传统实验无法验证概念的情况下，是化学教学中辅助教学的重要工具和手段。手持技术利用现代电子传感器，如pH传感器、温度传感器、电导率传感器等进行实验，自动收集数据、列表、绘图，使实验的结果更直观、形象并实现定量化。

2.“SOLO”分类理论

“SOLO”是英文“Structure of the Observed Learning Outcome”的缩写，其涵义为可观察到的学习成果结构。SOLO分类理论是基于皮亚杰的的儿童认知发展阶段理论和结构主义学说，由澳大利亚教育心理学家John Biggs及其同事在《学习质量的评价—SOLO分类法》一书中率先提出。SOLO分类理论关注的是学生在解决问题时所反映的思维方式以及所能处理的相关线索的复杂程度。学生在学习具体知识都会经历从量变到质变的突跃，随着这种跃变，学生的认知发展到更高一级的阶段，教师可以根据学生在回答问题时的表现来了解学生思维所处的发展阶段。SOLO分类理论的基本特征是等级描述，根据学生的思维水平由低到高可以划分为五个层次：（1）前结构层次，学生基本上无法理解问题和解决问题，或者被材料中的无关内容或已有经验误导，回答问题逻辑混乱，或同义反复；（2）单点结构层次，学生在回答问题时，只能涉及单一的要点，找到一个解决问题的线索就立即跳到结论上去；（3）多点结构层次，学生在回答问题时，能联系多个孤立要点，但这些要点是相互孤立的，彼此之间并无关联，未形成相关问题的知识网络；（4）关联结构层次，学生在回答问题时，能够联想问题的多个要点，并能将这多个要点联系起来，整合成一个连贯一致的整体，说明学生真正理解了这个问题；（5）拓展抽象层次，学生在回答问题时，能够进行抽象概括，从理论的高度分析问题，而且能够深化问题，使问题本身的意义得到拓展。

3.“四重表征”教学

“四重表征”教学模式（Tetra-Representation Teaching Model，简称TRTM）具体指的是对化学变化从“宏观-微观-符号-曲线”四个角度进行表征并进行表征间的转换。自1982年苏格兰Johnstone首次提出著名的化学三角形之后，对于学生化学概念的三重表征的分析及相关教学实践研究就备受关注。我国的研究也有了很大的进展，于2009年，钱扬义基于手持实验即时收集数据和自动生成曲线的技术背景首次提出并构建化学“四重表征”的教学模式。形成正确的化学观念有利于学生科学素养的提高，而中学化学的基本观念有微粒观、实验观、变化观等，恰好与宏观表征-微观表征-符号表征-曲线表征的四重表征方式有契合点，所以利用化学四重表征教学模式不失为一种提高学生化学素养，建立正确的化学基本观念的一种有效的方式。而且教师可按学习进度的要求设计四重表征的认知发展路径，引导学生进行“四重表征”间的转换，减轻学生的记忆负担，便于知识的迁移应用，提高问题解决能力。根据这一模式，笔者将化学反应与能量变化的“四重表征”作如下定义（见表1）

三、四重表征教学设计与实施

教学目标

（1）知识与技能：理解中和反应热测定的实验原理；理解中和反应的本质；掌握中和反应热测定的操作步骤，注意事项和数据处理；初步认识到“手持技术”的使用方法与优势。

（2）过程与方法：通过中和热的测定活动，让学生体会定量实验研究方法对研究和学习化学的重要作用；通过手持技术呈现中和反应热的测定实验，让学生体验化学反应的热效应，培养学生发现问题、分析问题与解决问题的能力；通过“四重表征”教学，培养学生运用“宏观-微观-符号-曲线”的联系来解决问题的化学思维。

（3）情感态度与价值观：充分利用实验手段、启发学生通过实验、观察、思考、探索，获得感性认识，利用归纳、演绎等方法上升到理性认识，获得规律；通过手持技术，激发学生的学习兴趣，提倡敢于质疑的态度；在教学过程中渗透培养学生科学态度，在“四重表征”的转换迁移中建立正确的化学基本观念。

四、教学反思

首先，在学生的教育中，身教胜于言传，教师要想强化学生在学习化学概念和知识中进行“四重表征”，首先自身应该提高“四重表征”的意识和各表征之间相互转化的水平。在新课标中提倡教师应该在教学过程中突出化学学科的思维方式，化学学科的“四重表征”是以化学的各个视角来理解和认识化学现象、原理以及本质，所以教师在进行教学设计时应该充分挖掘教材中能够进行“四重表征”的知识和概念，引导学生以“四重表征”的角度来思考问题，提高其发散思维。

其次，利用SOLO分类理论和教学的结合，从单点结构水平到抽象拓展水平，从质变到量变，使得课堂教学的组织更有层次感。教师还可以根据SOLO理论的指导，在与学生的交流互动中判断学生的思维所处的阶段，有利于教师对课堂的把控。

最后，在教学中手持技术和计算机的引入，一方面能提高学生的学习兴趣、容易操作，另一方面也保证了实验的精确性。所以在教学中，教师应该充分发挥数字化技术的优势，增加实验结果的直观性。

（收稿日期：2016-07-15）