張瑩+劉晶

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

關鍵詞：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 文獻標識碼：B

1問題的提出

隨著教育教學改革的不斷深入發(fā)展，教學評價亦從注重學生知識、技能的單一維度，發(fā)展到重視情意目標、思維能力等多個維度。SOLO分類理論為評價學生思維能力的發(fā)展水平提供了技術與理論雙重性支持。1982年，澳大利亞教育心理學家Biggs首先提出了SOLO分類方法。SOLO理論用來評價學生學習結果的思維發(fā)展水平。SOLO分類理論分為五個層次：前結構、單點結構、多點結構、關聯(lián)結構、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科試題編制的指導及對教學的啟示。應用SOLO理論對中學生思維能力水平的測量與評價，有利于教師反思課堂教學信念與行為，進而提高中學化學課堂教學效率，促使化學課程三維目標的有效達成。

“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”是中學化學學習的一個界碑，是重點內(nèi)容，亦是難點內(nèi)容。自學習“物質(zhì)的量”以后，學生頭腦中將表征出微觀與宏觀緊密結合的化學世界。但對于習慣用宏觀理論解釋化學現(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，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”學習的前科學概念、后迷思概念及概念轉(zhuǎn)換的策略與教學設計等，缺少從學習結果分類的視角研究學生“物質(zhì)的量”的學習障礙。本文以SOLO分類層次作為研究工具，探尋學生“物質(zhì)的量”學習障礙，統(tǒng)計其相異的認知結構，為“物質(zhì)的量”教學提供學習困難與學習需要的理論與實踐支撐，真正實現(xiàn)以“學促進教”。

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視角下學生“物質(zhì)的量”學習思維發(fā)展調(diào)查問卷。調(diào)查問卷結構化為三部分。第一部分是一道開放題，旨在從宏觀層面探測學生“物質(zhì)的量”概念體系的建構，進而判斷其關于“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，旨在了解學生自覺影響其“物質(zhì)的量”學習的主要因素，挖掘其“物質(zhì)的量”概念學習思維受阻的內(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)學生學習“物質(zhì)的量”時存在的學習障礙和教師不當?shù)慕虒W行為，找到影響學生思維發(fā)展的主要影響因素，從“質(zhì)”的角度思考“物質(zhì)的量”教學如何符合高一新生的學習特質(zhì)，使學生在輕松、愉快的氛圍中感受化學的魅力。

2.2調(diào)查及觀察實施

選取三所普通高中的206名高一學生，發(fā)放調(diào)查問卷。這些學生剛剛學習完人教版必修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)查的基礎上，聽取了3名教師的7節(jié)“物質(zhì)的量”常態(tài)課，詳細記錄課堂教學環(huán)節(jié)、教與學的表現(xiàn)等，為后續(xù)“質(zhì)化”研究做好鋪墊。

2.3結果處理

對于第一道開放題，依據(jù)學生完成情況，區(qū)分為不同SOLO水平。若學生沒有準確繪制出物質(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)展水平被認為處于前結構。若學生繪制的概念圖只能準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構。如圖1所示，有的學生只能繪制出物質(zhì)的量、摩爾質(zhì)量和質(zhì)量之間的關系圖，粒子數(shù)符號的表征出現(xiàn)錯誤。

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

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

若學生繪制的概念圖能準確表示三個核心概念及相關概念之間的關系，其思維發(fā)展水平被認為處于抽象拓展結構。如圖4所示，有的學生繪制出物質(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系圖等。

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

3 統(tǒng)計分析

3.1學生思維發(fā)展的SOLO分析結果

表1呈現(xiàn)了問卷第一道開放題的統(tǒng)計分析結果。15.2%的學生的思維發(fā)展處于前結構層次。學生對這個問題感覺無所適從，不能從眾多關聯(lián)結構中捋順其相互關系。30.7%的學生對三者之一作出準確回答，思維發(fā)展處于單點結構。37.8%的學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節(jié)點：物質(zhì)的量。學生的思維發(fā)展處于多點結構水平，但“物質(zhì)的量”概念體系的思維網(wǎng)絡圖還沒有完全形成。14.7%的學生能夠繪畫出三者之間的關系圖，思維發(fā)展層次較高，處于關聯(lián)結構。1.6%的學生能夠從微粒等視角分析三者之間的關系，進而應用于阿伏伽德羅定律，學生的思維發(fā)展層次達到抽象拓展水平。

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

3.2學生思維發(fā)展受阻的原因分析

3.2.1符號表征架構艱難

通過二段式檢測第1題和第2題發(fā)現(xiàn)，一些學生很難區(qū)分V_m與V，_n與M等，宏觀、微觀與符號的“三重”表征架構艱難，其思維發(fā)展層次在單點結構徘徊。例如，“標況下，1mol H₂O的體積約是22.4L”，有48.4%的學生認為正確，其中62.3%的學生選擇的理由是：因為“給出的條件符合標況”，37.7%的學生認為符合“氣體摩爾體積的概念”。他們忽略了V_m的關鍵性影響因素。40.8%的學生認為“O₂的摩爾質(zhì)量是18g”這句話是對的，其中46.6%的學生認為“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%的學生認為“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”。學生不能準確辨識符號M與m所表示的微觀本質(zhì)意義，導致宏觀單位表現(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。學生頭腦中的符號表征支離破碎。學生很容易混淆，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構以下。一些教師僅僅把“物質(zhì)的量”作為高中化學學習的一個工具。工具觀場域下的學習，學生很難正確理解化學符號的本真涵義，并在實踐中自由駕馭它。

3.2.2宏觀與微觀的失聯(lián)，抑制了學生思維層次的發(fā)展

人教版高中化學必修1以“化學實驗的基本方法”作為學生化學學習的開端，“物質(zhì)的量”也是從宏觀“化學計量在實驗中的應用”為突破口展開學習。教材設計試圖降低學生對微觀世界的認知難度，幫助學生更好地搭建宏觀與微觀的橋梁。教師在教學過程中也經(jīng)常采用類比、聯(lián)想等方法，使學生理解“物質(zhì)的量”在生產(chǎn)、生活中的應用。但實際上，學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)，是學生化學學習的主要障礙之_，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%的學生回答是4個0，42.7%的學生回答含有N_A個，只有21.7%的學生回答正確。從學生給出的理由分析，他們能夠根據(jù)初中所學知識準確回答1個H2S04中含有4個0，但其不能準確區(qū)分“1mol”與“1個”的關系，宏觀世界與微觀本質(zhì)在學生頭腦中未能建立聯(lián)系。課堂觀察也發(fā)現(xiàn)，學生是在不斷應用“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，阻礙了學生思維向關聯(lián)結構等高層次發(fā)展

學生初中所學的“物質(zhì)的結構”等前備知識對“物質(zhì)的量”學習產(chǎn)生重大影響。前備知識不完善，阻礙了學生思維的發(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%的學生沒有作答，33.8%學生的答案是4mol或者4N_A個，19.6%的學生回答有10個，只有26.3%的學生給出正確答案。二段式檢測題中第5題：1molH₂O中含有多少個質(zhì)子？19.8%的學生沒有作答，35.2%學生的答案是3tool或者3N_A個，22.6%的學生回答有10個，只有22.4%的學生給出正確答案。這兩道題不但考察了物質(zhì)的量與阿伏伽德羅常數(shù)的關系，而且從物質(zhì)構成的微觀視角考察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、電子等前備概念認識不清。盡管義務教育化學課程標準中已經(jīng)明確指出要求學生“初步認識物質(zhì)的微觀構成”，但學生對這部分知識的掌握卻差強人意。

3.2.4完美目標追求下的現(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目標的一次性達成等，而在短時間內(nèi)傳輸給學生大量信息，致使學生消化不良。例如，在學習“—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，但學生究竟又掌握了多少呢？在“氣體摩爾體積”的學習過程中，教師更是引申到了氣體體積方程。當問及教師為什么要加大學習難度時，教師說：“為了學生更好地理解阿伏伽德羅定律，以利于教學目標的完美達成?！苯處熢谧非笸昝滥繕说耐瑫r，忽略了學生的認知發(fā)展規(guī)律，扭曲了新課程理念。事實上，學生對于憑空出現(xiàn)的“氣體體積方程”是一頭霧水，能夠準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習中。

4 “物質(zhì)的量”概念教學的建議

4.1重視學生起點能力

教師在“物質(zhì)的量”教學設計時應該準確把握學生的起點能力。學生在初中雖然學習過原子、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、電子的學習要求不高，所以對于構成分子的離子、質(zhì)子的個數(shù)糾結不清。教師在幫助學生復習初中所學相關知識的基礎上分層次地實施“物質(zhì)的量”教學，有利于促進學生思維發(fā)展達到關聯(lián)結構以上。

4.2排解迷思概念，搭建“物質(zhì)的量”大廈

學生在學習“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，積極引導學生通過“同化”與“順應”等認知方式化解迷思概念，逐步搭建“物質(zhì)的量”大廈，同時豐富了學生“定量研究化學”的方法體驗。

4.3運用概念圖，構建知識網(wǎng)絡

運用概念圖教學策略，有助于學生構建“物質(zhì)的量”知識網(wǎng)絡，幫助學生理解概念的內(nèi)涵、符號的意義及應用的范圍。通過具體、生動的概念圖學習，學生能夠?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”概念教學內(nèi)容豐富，難點頗多。本文試圖憑借SOLO研究工具從學生思維發(fā)展的視角反思“物質(zhì)的量”概念教學，找到學習障礙，并為課堂教學提供一些實踐支撐。當然，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。