SOLO視角下學(xué)生“物質(zhì)的量”學(xué)習(xí)的思維發(fā)展水平研究

張瑩+劉晶

摘要：運用SOLO分類理論對學(xué)生“物質(zhì)的量”學(xué)習(xí)的思維發(fā)展層次進行統(tǒng)計分析，反思概念教學(xué)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：高一新生“物質(zhì)的量”學(xué)習(xí)思維發(fā)展層次不高，概念體系的建構(gòu)多處于多點結(jié)構(gòu)以下；符號表征架構(gòu)艱難；宏觀與微觀的失聯(lián)、前備知識的不完善等阻礙了學(xué)生思維的發(fā)展。從運用概念圖、排解迷思概念、重視學(xué)生起點能力等方面對“物質(zhì)的量”概念教學(xué)提出建議，促進學(xué)生思維向抽象拓展層次發(fā)展。

關(guān)鍵詞：SOLO分類理論；物質(zhì)的量；思維發(fā)展水平；調(diào)查研究

文章編號：1005-6629（2015）11-0014-05 中圖分類號：G633.8 文獻標(biāo)識碼：B

1問題的提出

隨著教育教學(xué)改革的不斷深入發(fā)展，教學(xué)評價亦從注重學(xué)生知識、技能的單一維度，發(fā)展到重視情意目標(biāo)、思維能力等多個維度。SOLO分類理論為評價學(xué)生思維能力的發(fā)展水平提供了技術(shù)與理論雙重性支持。1982年，澳大利亞教育心理學(xué)家Biggs首先提出了SOLO分類方法。SOLO理論用來評價學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)果的思維發(fā)展水平。SOLO分類理論分為五個層次：前結(jié)構(gòu)、單點結(jié)構(gòu)、多點結(jié)構(gòu)、關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)、抽象拓展，分別用字母P、U、M、R、E來表示。國內(nèi)外對SOLO理論進行了廣泛研究，國內(nèi)研究多集中在對各學(xué)科試題編制的指導(dǎo)及對教學(xué)的啟示。應(yīng)用SOLO理論對中學(xué)生思維能力水平的測量與評價，有利于教師反思課堂教學(xué)信念與行為，進而提高中學(xué)化學(xué)課堂教學(xué)效率，促使化學(xué)課程三維目標(biāo)的有效達成。

“物質(zhì)的量”概念系統(tǒng)包括物質(zhì)的量、氣體摩爾體積、物質(zhì)的量濃度、阿伏伽德羅常數(shù)、摩爾質(zhì)量及其相互關(guān)系等。為敘述簡便，本文僅用“物質(zhì)的量”表示“物質(zhì)的量”概念系統(tǒng)?！拔镔|(zhì)的量”是中學(xué)化學(xué)學(xué)習(xí)的一個界碑，是重點內(nèi)容，亦是難點內(nèi)容。自學(xué)習(xí)“物質(zhì)的量”以后，學(xué)生頭腦中將表征出微觀與宏觀緊密結(jié)合的化學(xué)世界。但對于習(xí)慣用宏觀理論解釋化學(xué)現(xiàn)象的高一新生來說，“物質(zhì)的量”較為抽象，他們忙于識記晦澀的物理量及其單位名稱，深陷阿伏伽德羅定律的無限推導(dǎo)，知識臺階的搭建舉步維艱。國內(nèi)對于“物質(zhì)的量”前期研究成果很多，主要集中在“物質(zhì)的量”學(xué)習(xí)的前科學(xué)概念、后迷思概念及概念轉(zhuǎn)換的策略與教學(xué)設(shè)計等，缺少從學(xué)習(xí)結(jié)果分類的視角研究學(xué)生“物質(zhì)的量”的學(xué)習(xí)障礙。本文以SOLO分類層次作為研究工具，探尋學(xué)生“物質(zhì)的量”學(xué)習(xí)障礙，統(tǒng)計其相異的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，為“物質(zhì)的量”教學(xué)提供學(xué)習(xí)困難與學(xué)習(xí)需要的理論與實踐支撐，真正實現(xiàn)以“學(xué)促進教”。

2 研究方法

本研究以問卷調(diào)查為主，輔以課堂觀察。

2.1調(diào)查及觀察設(shè)計

根據(jù)陳靜文、郭強、趙利霞等人的研究成果，編制SOLO視角下學(xué)生“物質(zhì)的量”學(xué)習(xí)思維發(fā)展調(diào)查問卷。調(diào)查問卷結(jié)構(gòu)化為三部分。第一部分是一道開放題，旨在從宏觀層面探測學(xué)生“物質(zhì)的量”概念體系的建構(gòu)，進而判斷其關(guān)于“物質(zhì)的量”思維發(fā)展層次的SOLO水平。第二部分是二段式檢測題，分別涉及不同SOLO水平，通過具體問題了解學(xué)生思維發(fā)展障礙所在。第三部分是兩道開放『生問題，旨在了解學(xué)生自覺影響其“物質(zhì)的量”學(xué)習(xí)的主要因素，挖掘其“物質(zhì)的量”概念學(xué)習(xí)思維受阻的內(nèi)在因素。

將課堂觀察作為對問卷調(diào)查研究的“定性”補充。研究者走進課堂，通過觀察發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)“物質(zhì)的量”時存在的學(xué)習(xí)障礙和教師不當(dāng)?shù)慕虒W(xué)行為，找到影響學(xué)生思維發(fā)展的主要影響因素，從“質(zhì)”的角度思考“物質(zhì)的量”教學(xué)如何符合高一新生的學(xué)習(xí)特質(zhì)，使學(xué)生在輕松、愉快的氛圍中感受化學(xué)的魅力。

2.2調(diào)查及觀察實施

選取三所普通高中的206名高一學(xué)生，發(fā)放調(diào)查問卷。這些學(xué)生剛剛學(xué)習(xí)完人教版必修1教材中的第一章?；厥沼行柧?82份，有效率為88.3%。在問卷調(diào)查的基礎(chǔ)上，聽取了3名教師的7節(jié)“物質(zhì)的量”常態(tài)課，詳細(xì)記錄課堂教學(xué)環(huán)節(jié)、教與學(xué)的表現(xiàn)等，為后續(xù)“質(zhì)化”研究做好鋪墊。

2.3結(jié)果處理

對于第一道開放題，依據(jù)學(xué)生完成情況，區(qū)分為不同SOLO水平。若學(xué)生沒有準(zhǔn)確繪制出物質(zhì)的量、氣體摩爾體積、物質(zhì)的量濃度三個核心概念中任意一個的符號表達，其思維發(fā)展水平被認(rèn)為處于前結(jié)構(gòu)。若學(xué)生繪制的概念圖只能準(zhǔn)確表示某一概念的符號表達，其思維發(fā)展水平被界定為處于單點結(jié)構(gòu)。如圖1所示，有的學(xué)生只能繪制出物質(zhì)的量、摩爾質(zhì)量和質(zhì)量之間的關(guān)系圖，粒子數(shù)符號的表征出現(xiàn)錯誤。

若學(xué)生繪制的概念圖能準(zhǔn)確表示兩個核心概念之間的關(guān)系，其思維發(fā)展水平被界定為處于多點結(jié)構(gòu)。如圖2所示，有的學(xué)生繪制出物質(zhì)的量和氣體摩爾體積之間的關(guān)系圖，對于物質(zhì)的量濃度的表述則出現(xiàn)錯誤。

若學(xué)生繪制的概念圖能準(zhǔn)確表示三個核心概念之間的關(guān)系，其思維發(fā)展水平被認(rèn)為處于關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)。如圖3所示，有的學(xué)生繪制出物質(zhì)的量、氣體摩爾體積、物質(zhì)的量濃度三者之間的關(guān)系圖。學(xué)生試圖繪制出氣體體積、粒子數(shù)、物質(zhì)的量濃度和質(zhì)量之間的深層次關(guān)系，但多個概念關(guān)系出現(xiàn)了認(rèn)知障礙。

若學(xué)生繪制的概念圖能準(zhǔn)確表示三個核心概念及相關(guān)概念之間的關(guān)系，其思維發(fā)展水平被認(rèn)為處于抽象拓展結(jié)構(gòu)。如圖4所示，有的學(xué)生繪制出物質(zhì)的量、氣體摩爾體積、物質(zhì)的量濃度、粒子數(shù)、影響氣體體積微觀因素之間的關(guān)系圖等。

在明確各學(xué)生所繪制的圖片所處SOLO水平后，計算不同類型學(xué)生所占比例。對于第二道題，通過統(tǒng)計答題正確的學(xué)生所占百分比，調(diào)查學(xué)生的思維發(fā)展水平及存在的錯誤認(rèn)識。

3 統(tǒng)計分析

3.1學(xué)生思維發(fā)展的SOLO分析結(jié)果

表1呈現(xiàn)了問卷第一道開放題的統(tǒng)計分析結(jié)果。15.2%的學(xué)生的思維發(fā)展處于前結(jié)構(gòu)層次。學(xué)生對這個問題感覺無所適從，不能從眾多關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)中捋順其相互關(guān)系。30.7%的學(xué)生對三者之一作出準(zhǔn)確回答，思維發(fā)展處于單點結(jié)構(gòu)。37.8%的學(xué)生能夠用符號描繪出n=VIV_m，n=c_BV，n=m/M，找到了三者之間的一個主要關(guān)節(jié)點：物質(zhì)的量。學(xué)生的思維發(fā)展處于多點結(jié)構(gòu)水平，但“物質(zhì)的量”概念體系的思維網(wǎng)絡(luò)圖還沒有完全形成。14.7%的學(xué)生能夠繪畫出三者之間的關(guān)系圖，思維發(fā)展層次較高，處于關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)。1.6%的學(xué)生能夠從微粒等視角分析三者之間的關(guān)系，進而應(yīng)用于阿伏伽德羅定律，學(xué)生的思維發(fā)展層次達到抽象拓展水平。

進一步訪談發(fā)現(xiàn)，有的學(xué)生認(rèn)為：“物質(zhì)的量”與“摩爾”的關(guān)系是‘單位物質(zhì)的量所具有的質(zhì)量稱為摩爾質(zhì)量”；有的學(xué)生認(rèn)為：摩爾是單位物質(zhì)的量的物質(zhì)所具有的質(zhì)量。學(xué)生關(guān)于“物質(zhì)的量”及其單位、“摩爾質(zhì)量”的認(rèn)知結(jié)構(gòu)處于混沌狀態(tài)?？梢?，經(jīng)過第一章的學(xué)習(xí)之后，83.7%的學(xué)生的思維發(fā)展處于多點結(jié)構(gòu)水平以下，學(xué)生頭腦中不能靈活構(gòu)建“物質(zhì)的量”概念體系，在理論應(yīng)用過程中也常常是生搬硬套公式?？赡苄枰?jīng)過氧化還原反應(yīng)等后續(xù)學(xué)習(xí)之后，學(xué)生的思維發(fā)展水平才逐步達到抽象拓展層次。

3.2學(xué)生思維發(fā)展受阻的原因分析

3.2.1符號表征架構(gòu)艱難

通過二段式檢測第1題和第2題發(fā)現(xiàn)，一些學(xué)生很難區(qū)分V_m與V，_n與M等，宏觀、微觀與符號的“三重”表征架構(gòu)艱難，其思維發(fā)展層次在單點結(jié)構(gòu)徘徊。例如，“標(biāo)況下，1mol H₂O的體積約是22.4L”，有48.4%的學(xué)生認(rèn)為正確，其中62.3%的學(xué)生選擇的理由是：因為“給出的條件符合標(biāo)況”，37.7%的學(xué)生認(rèn)為符合“氣體摩爾體積的概念”。他們忽略了V_m的關(guān)鍵性影響因素。40.8%的學(xué)生認(rèn)為“O₂的摩爾質(zhì)量是18g”這句話是對的，其中46.6%的學(xué)生認(rèn)為“物質(zhì)的摩爾質(zhì)量等于其相對原子質(zhì)量或相對分子質(zhì)量”，53.4%的學(xué)生認(rèn)為“1mol任何粒子，其摩爾質(zhì)量都等于該粒子的相對原子質(zhì)量或相對分子質(zhì)量”。學(xué)生不能準(zhǔn)確辨識符號M與m所表示的微觀本質(zhì)意義，導(dǎo)致宏觀單位表現(xiàn)形式混淆在一起。

課堂觀察也發(fā)現(xiàn)，學(xué)生剛剛接觸“物質(zhì)的量”，普遍感覺公式、符號過多，難以理解。學(xué)生頭腦中的符號表征支離破碎。學(xué)生很容易混淆，n、m、M、V、V_mC_R等符號，對其表示的意義更是難以理解，思維層次多處于多點結(jié)構(gòu)以下。一些教師僅僅把“物質(zhì)的量”作為高中化學(xué)學(xué)習(xí)的一個工具。工具觀場域下的學(xué)習(xí)，學(xué)生很難正確理解化學(xué)符號的本真涵義，并在實踐中自由駕馭它。

3.2.2宏觀與微觀的失聯(lián)，抑制了學(xué)生思維層次的發(fā)展

人教版高中化學(xué)必修1以“化學(xué)實驗的基本方法”作為學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)的開端，“物質(zhì)的量”也是從宏觀“化學(xué)計量在實驗中的應(yīng)用”為突破口展開學(xué)習(xí)。教材設(shè)計試圖降低學(xué)生對微觀世界的認(rèn)知難度，幫助學(xué)生更好地搭建宏觀與微觀的橋梁。教師在教學(xué)過程中也經(jīng)常采用類比、聯(lián)想等方法，使學(xué)生理解“物質(zhì)的量”在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用。但實際上，學(xué)生很難在宏觀與微觀世界中自由轉(zhuǎn)換與暢游。宏觀與微觀的失聯(lián)，是學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)的主要障礙之_，其思維發(fā)展水平很難達到SOLO等級的抽象拓展層次。

例如，二段式檢測題中第3題：1mol H₂SO₄中含有多少個0？ 35.6%的學(xué)生回答是4個0，42.7%的學(xué)生回答含有N_A個，只有21.7%的學(xué)生回答正確。從學(xué)生給出的理由分析，他們能夠根據(jù)初中所學(xué)知識準(zhǔn)確回答1個H2S04中含有4個0，但其不能準(zhǔn)確區(qū)分“1mol”與“1個”的關(guān)系，宏觀世界與微觀本質(zhì)在學(xué)生頭腦中未能建立聯(lián)系。課堂觀察也發(fā)現(xiàn)，學(xué)生是在不斷應(yīng)用“物質(zhì)的量”過程中才逐步理解概念的內(nèi)涵與外延，并在頭腦中建立其宏觀與微觀的緊密聯(lián)系。

3.2.3前備知識的不完善，阻礙了學(xué)生思維向關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)等高層次發(fā)展

學(xué)生初中所學(xué)的“物質(zhì)的結(jié)構(gòu)”等前備知識對“物質(zhì)的量”學(xué)習(xí)產(chǎn)生重大影響。前備知識不完善，阻礙了學(xué)生思維的發(fā)展。例如，二段式檢測題中第4題：1molNH₃中含有多少個電子？20.3%的學(xué)生沒有作答，33.8%學(xué)生的答案是4mol或者4N_A個，19.6%的學(xué)生回答有10個，只有26.3%的學(xué)生給出正確答案。二段式檢測題中第5題：1molH₂O中含有多少個質(zhì)子？19.8%的學(xué)生沒有作答，35.2%學(xué)生的答案是3tool或者3N_A個，22.6%的學(xué)生回答有10個，只有22.4%的學(xué)生給出正確答案。這兩道題不但考察了物質(zhì)的量與阿伏伽德羅常數(shù)的關(guān)系，而且從物質(zhì)構(gòu)成的微觀視角考察1mol物質(zhì)所含有的電子和質(zhì)子數(shù)等。從學(xué)生給出的理由發(fā)現(xiàn)，他們對于質(zhì)子、中子、電子等前備概念認(rèn)識不清。盡管義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中已經(jīng)明確指出要求學(xué)生“初步認(rèn)識物質(zhì)的微觀構(gòu)成”，但學(xué)生對這部分知識的掌握卻差強人意。

3.2.4完美目標(biāo)追求下的現(xiàn)實尷尬

課堂觀察發(fā)現(xiàn)，教師為了追求“物質(zhì)的量”概念體系的完整、概念意義表述的完整及教學(xué)目標(biāo)的一次性達成等，而在短時間內(nèi)傳輸給學(xué)生大量信息，致使學(xué)生消化不良。例如，在學(xué)習(xí)“—定物質(zhì)的量濃度溶液的配制”過程中，教師過于重視具體知識的直接描述，在一節(jié)課內(nèi)把影響“物質(zhì)的量濃度”的所有因素交代得淋漓盡致，但學(xué)生究竟又掌握了多少呢？在“氣體摩爾體積”的學(xué)習(xí)過程中，教師更是引申到了氣體體積方程。當(dāng)問及教師為什么要加大學(xué)習(xí)難度時，教師說：“為了學(xué)生更好地理解阿伏伽德羅定律，以利于教學(xué)目標(biāo)的完美達成。”教師在追求完美目標(biāo)的同時，忽略了學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，扭曲了新課程理念。事實上，學(xué)生對于憑空出現(xiàn)的“氣體體積方程”是一頭霧水，能夠準(zhǔn)確說出定律的并不多。演繹、歸納、推理等能力的培養(yǎng)只能淹沒在機械記憶定律與推理的學(xué)習(xí)中。

4 “物質(zhì)的量”概念教學(xué)的建議

4.1重視學(xué)生起點能力

教師在“物質(zhì)的量”教學(xué)設(shè)計時應(yīng)該準(zhǔn)確把握學(xué)生的起點能力。學(xué)生在初中雖然學(xué)習(xí)過原子、質(zhì)子、分子等微觀粒子，但—方面由于微觀粒子抽象，難于理解，另一方面教材對于質(zhì)子、電子的學(xué)習(xí)要求不高，所以對于構(gòu)成分子的離子、質(zhì)子的個數(shù)糾結(jié)不清。教師在幫助學(xué)生復(fù)習(xí)初中所學(xué)相關(guān)知識的基礎(chǔ)上分層次地實施“物質(zhì)的量”教學(xué)，有利于促進學(xué)生思維發(fā)展達到關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)以上。

4.2排解迷思概念，搭建“物質(zhì)的量”大廈

學(xué)生在學(xué)習(xí)“物質(zhì)的量”時頭腦中很容易形成一些迷思概念。例如，摩爾數(shù)等同物質(zhì)的量、相對原子質(zhì)量與摩爾質(zhì)量、氣體摩爾體積是22.4L等。教師在教學(xué)過程中以“物質(zhì)的量”概念的內(nèi)涵和外延為生長點，積極引導(dǎo)學(xué)生通過“同化”與“順應(yīng)”等認(rèn)知方式化解迷思概念，逐步搭建“物質(zhì)的量”大廈，同時豐富了學(xué)生“定量研究化學(xué)”的方法體驗。

4.3運用概念圖，構(gòu)建知識網(wǎng)絡(luò)

運用概念圖教學(xué)策略，有助于學(xué)生構(gòu)建“物質(zhì)的量”知識網(wǎng)絡(luò)，幫助學(xué)生理解概念的內(nèi)涵、符號的意義及應(yīng)用的范圍。通過具體、生動的概念圖學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠?qū)崿F(xiàn)自由提取“物質(zhì)的量”概念符號以及概念之間的轉(zhuǎn)化，其思維發(fā)展水平向SOLO更高層次飛躍。

“物質(zhì)的量”概念教學(xué)內(nèi)容豐富，難點頗多。本文試圖憑借SOLO研究工具從學(xué)生思維發(fā)展的視角反思“物質(zhì)的量”概念教學(xué)，找到學(xué)習(xí)障礙，并為課堂教學(xué)提供一些實踐支撐。當(dāng)然，由于問卷的表述及樣本的數(shù)量等原因，個別觀點可能有些偏頗，誠與各位同仁商榷。