SOLO分类理论导向下的化学实验探究活动教学探索

化学实验探究作为一项至关重要的科学实践活动，对培养学生的科学探究与创新意识具有不可忽视的作用，是提升学生化学核心素养的重要途径之一。《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》强调，教师应紧密结合学生的认知发展特点，依据“科学探究与创新意识”核心素养的发展水平与学业质量标准，精心策划并设计实验探究活动，以加深学生对科学探究内涵的理解，并进一步提高其科学探究能力。

文章将SOLO分类理论与化学学科核心素养结合，总结了高中化学课堂中实验探究活动存在的主要问题，分析了探究实验中化学学科核心素养与SOLO层级的对应关系，并以人教版高中化学必修第二册第六章中的实验探究活动“简易电池的设计与制作”为例，具体论述了SOLO分类理论如何用于指导化学探究活动，进一步培养学生的科学探究与创新意识。

一、高中化学课堂中实验探究活动存在的问题

人教版高中化学系列教材共精心设计了23个“探究”栏目，旨在将化学知识的学习、科学探究能力的培养及化学学科核心素养的发展有机结合，从而提升学生的综合素养。然而，在实际教学过程中，受多种因素影响，许多教师并未深入理解和把握“探究”栏目的设计初衷及其教育价值，导致实验探究活动的教学效果不理想。具体而言，当前高中化学课堂中实验探究活动存在以下四个方面的问题。

一是实验探究活动的教学目标不够明确。在教学过程中，部分教师过于注重通过实验探究活动来加深学生对化学知识的理解和记忆，忽视了对学生科学探究能力及学科核心素养的培养，这不利于提升学生的综合素养。

二是实验探究活动在水平层级设计方面存在明显不足。传统的化学实验往往过于模式化和形式化，导致实验过程缺乏灵活性。在实际教学中，部分教师过于关注探究活动的最终结论，忽视了对其各个环节水平层级的精心设计。

三是实验探究活动缺乏深度。作为培养学生科学探究能力的关键环节，学生在实验操作中常出现“无法重现教材所示实验现象，各小组间实验数据存在差异”等情况。这些情况的出现本是培养学生科学探究能力的宝贵契机，然而部分教师未能充分把握，没能引导学生将情境因素与实验现象相联系，缺少“发现问题—分析问题—解决问题—抽象概括”的完整教学活动流程。

四是缺少培养学生创新意识的教学活动。在当前的教学实践中，部分教师未能根据实际教学内容创设生动具体的教学情境。这种情况下，学生难以从实际情境中发现问题，提出合理假设，构建科学模型，设计有效实验，以及归纳准确结论，从而制约了学生创新意识的发展。

为了解决以上问题，提高实验探究活动的深度，笔者将SOLO分类理论与化学学科核心素养水平层级相对应，利用分类理论指导化学实验探究活动，使探究活动的各个环节具有明确的能力与素养层级目标，让学生的认知水平由低层级逐步向高层级发展，从而有效提升学生的学科核心素养。

二、SOLO分类理论概述

SOLO分类理论最先是由澳大利亚教育心理学家Biggs及其团队提出的。SOLO全称即Structure of the Observed Learning Outcome，意思为可观察学习效果的层级结构。该分类理论将学生在解决问题时的反应水平分为了五个层次（图1），逐层递进，螺旋上升，通过描述学生的表现去判断他们处于何种水平。

三、实验探究活动中化学学科核心素养与SOLO层级的对应关系

笔者参照王后雄教授提出的SOLO分类理论对化学学科核心素养的分类依据，结合《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》，分析了SOLO分类理论与化学学科核心素养实验部分对照关系（表1）。

四、SOLO分类理论对高中化学实验探究活动的指导作用

在化学实验探究活动中，教师与学生的角色定位各有侧重。尽管学生是发现问题、提出问题的主体，但教师仍需提前预测学生可能出现的问题，并据此准备相应的实验用品，以有效掌控课堂节奏。在教学设计过程中，教师应依据SOLO分类理论、教材及课程标准，明晰教学目标与教学重难点，并结合探究实验的具体情境，列出核心的驱动性问题。在实验过程中，预测的实验现象与实际现象可能存在差异，或出现教材中没有提及的新现象。对此，教师应事先充分准备，预测学生可能出现的问题，并预备相应的解决方案。同时，教师应运用SOLO分类理论，分析归纳出值得学生深入探究的问题，并在课堂上引导学生展开深入探究。此外，在设计教学流程时，教师还需关注如何在流程中和流程后对学生进行评价，以促进学生动手能力的提高及学科核心素养的提升。

五、SOLO分类理论指导高中化学实验探究活动的教学示例

笔者以人教版高中化学必修第二册第六章中的实验探究活动“简易电池的设计与制作”为例，利用SOLO分类理论对教材提供的探究实验方案进行改进。

（一）教材分析

关于“简易电池的设计与制作”探究实验，教材详细列出了三个实验步骤：首先是自选水果及相关用品，制作水果电池；其次，试验和比较不同材料作电极的效果；最后，利用发光二极管、电子音乐卡或小电动机等，设计一个演示原电池的趣味实验。在实验探究中，学生已经学习了原电池的构成要素，对简易电池有一定的理论认识。然而，他们难以理解教材中“这种把化学能转化为电能的装置叫做原电池”的概念。因此，该探究实验旨在通过与生活中的简易电池相联系，加深学生对原电池组成及工作原理的理解。

根据表1中的素养水平对照关系，学生在按照教材内容进行实验的过程中，能够达到素养1、素养2、素养5的R层级，而素养3和素养4则能够达到M层级。然而，这仅仅意味着学生完成了基本的模仿实验，他们并未进行深入的思考与探索。为此，教师需要对实验方案进行优化与改进，以促进学生更深入地理解和掌握相关知识。

（二）教学目标设定

一是引导学生从实际角度了解原电池的构成要素及工作原理，体会化学学科的独特价值；二是引导学生通过自主选择材料设计三组简易原电池，巩固原电池的基础模型，提高实验探究能力；三是引导学生仔细观察实验现象，提出冲突问题，深层思考现象出现的原因，培养严谨的科学态度；四是引导学生自主设计探究实验方案，使其掌握控制变量的科学探究方法。

（三）教学重难点

在该探究实验中，教学重点是让学生了解原电池的构成要素，教学难点是让学生利用生活中的材料设计和制作简易电池。

（四）教学环节设计

一是梳理实验相关知识。教师首先向学生提出问题：“原电池的构成要素有哪些？工作原理是什么？”引导学生回忆原电池模型及应用条件，使学生在动手实验之前对实验的理解水平达到关联结构水平。二是自制简易水果电池。教师引导学生自主设计三组简易原电池，并让小灯泡亮起来，以激发学生的主观能动性。三是提出理论与实际冲突问题。教师可以提出问题：“为什么小灯泡会越来越暗？”让学生观察实验现象，引发学生进一步思考与讨论。四是作出多种合理假设。教师可以将学生分成不同小组，让他们讨论影响灯泡亮度的因素有哪些。在实验过程中，教师要引导学生总结冲突存在的多种原因，并让学生自主设计探究方案，介绍控制变量法在探究实验中的应用。五是设计方案并验证假设。教师需总结可能的影响因素，并让学生设计对照探究实验，考虑控制变量法的要求，验证自己的猜想，汇报实验结果。六是将理论与实际生活相联系。教师可以提出问题：“为什么电池连接一段时间后电流会变小、灯泡会熄灭？有何改进方法？为什么手机电池可以充电？水果电池可以充电吗？”让学生观察实验现象并讨论改进方案，进一步总结原电池模型。同时，教师要引导学生从另一角度观察简易电池的使用体验，与生活中的电池相联系，体会化学学科的重要价值。

结语

笔者认为，通过探究实验来培养学生的各项素养，并依据SOLO分类理论进行精准定位，是一种极具成效的教学方法。SOLO分类理论与化学学科核心素养存在显著的契合性，教师可以借助SOLO分类理论，更加精准地设计、实施和评价化学探究实验，对既有的探究实验方案进行优化与改进，进而提升学生的核心素养。然而，要想提升学生的核心素养，教师必须具备扎实的理论知识和丰富的实践经验，并做好周全准备。在这一过程中，教师需要预测学生可能遇到的难题，提供及时的指导，并给予学生独立思考与探究的空间。

（作者单位：湖北大学化学化工学院）