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标题 SOLO视角下学生“物质的量”学习的思维发展水平研究
范文 张莹+刘晶




摘要：运用SOLO分类理论对学生“物质的量”学习的思维发展层次进行统计分析，反思概念教学。结果发现：高一新生“物质的量”学习思维发展层次不高，概念体系的建构多处于多点结构以下；符号表征架构艰难；宏观与微观的失联、前备知识的不完善等阻碍了学生思维的发展。从运用概念图、排解迷思概念、重视学生起点能力等方面对“物质的量”概念教学提出建议，促进学生思维向抽象拓展层次发展。
关键词：SOLO分类理论；物质的量；思维发展水平；调查研究
文章编号：1005-6629（2015）11-0014-05 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
1问题的提出
随着教育教学改革的不断深入发展，教学评价亦从注重学生知识、技能的单一维度，发展到重视情意目标、思维能力等多个维度。SOLO分类理论为评价学生思维能力的发展水平提供了技术与理论双重性支持。1982年，澳大利亚教育心理学家Biggs首先提出了SOLO分类方法。SOLO理论用来评价学生学习结果的思维发展水平。SOLO分类理论分为五个层次：前结构、单点结构、多点结构、关联结构、抽象拓展，分别用字母P、U、M、R、E来表示。国内外对SOLO理论进行了广泛研究，国内研究多集中在对各学科试题编制的指导及对教学的启示。应用SOLO理论对中学生思维能力水平的测量与评价，有利于教师反思课堂教学信念与行为，进而提高中学化学课堂教学效率，促使化学课程三维目标的有效达成。
“物质的量”概念系统包括物质的量、气体摩尔体积、物质的量浓度、阿伏伽德罗常数、摩尔质量及其相互关系等。为叙述简便，本文仅用“物质的量”表示“物质的量”概念系统。“物质的量”是中学化学学习的一个界碑，是重点内容，亦是难点内容。自学习“物质的量”以后，学生头脑中将表征出微观与宏观紧密结合的化学世界。但对于习惯用宏观理论解释化学现象的高一新生来说，“物质的量”较为抽象，他们忙于识记晦涩的物理量及其单位名称，深陷阿伏伽德罗定律的无限推导，知识台阶的搭建举步维艰。国内对于“物质的量”前期研究成果很多，主要集中在“物质的量”学习的前科学概念、后迷思概念及概念转换的策略与教学设计等，缺少从学习结果分类的视角研究学生“物质的量”的学习障碍。本文以SOLO分类层次作为研究工具，探寻学生“物质的量”学习障碍，统计其相异的认知结构，为“物质的量”教学提供学习困难与学习需要的理论与实践支撑，真正实现以“学促进教”。
2 研究方法
本研究以问卷调查为主，辅以课堂观察。
2.1调查及观察设计
根据陈静文、郭强、赵利霞等人的研究成果，编制SOLO视角下学生“物质的量”学习思维发展调查问卷。调查问卷结构化为三部分。第一部分是一道开放题，旨在从宏观层面探测学生“物质的量”概念体系的建构，进而判断其关于“物质的量”思维发展层次的SOLO水平。第二部分是二段式检测题，分别涉及不同SOLO水平，通过具体问题了解学生思维发展障碍所在。第三部分是两道开放『生问题，旨在了解学生自觉影响其“物质的量”学习的主要因素，挖掘其“物质的量”概念学习思维受阻的内在因素。
将课堂观察作为对问卷调查研究的“定性”补充。研究者走进课堂，通过观察发现学生学习“物质的量”时存在的学习障碍和教师不当的教学行为，找到影响学生思维发展的主要影响因素，从“质”的角度思考“物质的量”教学如何符合高一新生的学习特质，使学生在轻松、愉快的氛围中感受化学的魅力。
2.2调查及观察实施
选取三所普通高中的206名高一学生，发放调查问卷。这些学生刚刚学习完人教版必修1教材中的第一章。回收有效问卷182份，有效率为88.3%。在问卷调查的基础上，听取了3名教师的7节“物质的量”常态课，详细记录课堂教学环节、教与学的表现等，为后续“质化”研究做好铺垫。
2.3结果处理
对于第一道开放题，依据学生完成情况，区分为不同SOLO水平。若学生没有准确绘制出物质的量、气体摩尔体积、物质的量浓度三个核心概念中任意一个的符号表达，其思维发展水平被认为处于前结构。若学生绘制的概念图只能准确表示某一概念的符号表达，其思维发展水平被界定为处于单点结构。如图1所示，有的学生只能绘制出物质的量、摩尔质量和质量之间的关系图，粒子数符号的表征出现错误。
若学生绘制的概念图能准确表示两个核心概念之间的关系，其思维发展水平被界定为处于多点结构。如图2所示，有的学生绘制出物质的量和气体摩尔体积之间的关系图，对于物质的量浓度的表述则出现错误。
若学生绘制的概念图能准确表示三个核心概念之间的关系，其思维发展水平被认为处于关联结构。如图3所示，有的学生绘制出物质的量、气体摩尔体积、物质的量浓度三者之间的关系图。学生试图绘制出气体体积、粒子数、物质的量浓度和质量之间的深层次关系，但多个概念关系出现了认知障碍。
若学生绘制的概念图能准确表示三个核心概念及相关概念之间的关系，其思维发展水平被认为处于抽象拓展结构。如图4所示，有的学生绘制出物质的量、气体摩尔体积、物质的量浓度、粒子数、影响气体体积微观因素之间的关系图等。
在明确各学生所绘制的图片所处SOLO水平后，计算不同类型学生所占比例。对于第二道题，通过统计答题正确的学生所占百分比，调查学生的思维发展水平及存在的错误认识。
3 统计分析
3.1学生思维发展的SOLO分析结果
表1呈现了问卷第一道开放题的统计分析结果。15.2%的学生的思维发展处于前结构层次。学生对这个问题感觉无所适从，不能从众多关联结构中捋顺其相互关系。30.7%的学生对三者之一作出准确回答，思维发展处于单点结构。37.8%的学生能够用符号描绘出n=VIVm，n=cBV，n=m/M，找到了三者之间的一个主要关节点：物质的量。学生的思维发展处于多点结构水平，但“物质的量”概念体系的思维网络图还没有完全形成。14.7%的学生能够绘画出三者之间的关系图，思维发展层次较高，处于关联结构。1.6%的学生能够从微粒等视角分析三者之间的关系，进而应用于阿伏伽德罗定律，学生的思维发展层次达到抽象拓展水平。
进一步访谈发现，有的学生认为：“物质的量”与“摩尔”的关系是‘单位物质的量所具有的质量称为摩尔质量”；有的学生认为：摩尔是单位物质的量的物质所具有的质量。学生关于“物质的量”及其单位、“摩尔质量”的认知结构处于混沌状态。可见，经过第一章的学习之后，83.7%的学生的思维发展处于多点结构水平以下，学生头脑中不能灵活构建“物质的量”概念体系，在理论应用过程中也常常是生搬硬套公式。可能需要经过氧化还原反应等后续学习之后，学生的思维发展水平才逐步达到抽象拓展层次。
3.2学生思维发展受阻的原因分析
3.2.1符号表征架构艰难
通过二段式检测第1题和第2题发现，一些学生很难区分Vm与V，n与M等，宏观、微观与符号的“三重”表征架构艰难，其思维发展层次在单点结构徘徊。例如，“标况下，1mol H2O的体积约是22.4L”，有48.4%的学生认为正确，其中62.3%的学生选择的理由是：因为“给出的条件符合标况”，37.7%的学生认为符合“气体摩尔体积的概念”。他们忽略了Vm的关键性影响因素。40.8%的学生认为“O2的摩尔质量是18g”这句话是对的，其中46.6%的学生认为“物质的摩尔质量等于其相对原子质量或相对分子质量”，53.4%的学生认为“1mol任何粒子，其摩尔质量都等于该粒子的相对原子质量或相对分子质量”。学生不能准确辨识符号M与m所表示的微观本质意义，导致宏观单位表现形式混淆在一起。
课堂观察也发现，学生刚刚接触“物质的量”，普遍感觉公式、符号过多，难以理解。学生头脑中的符号表征支离破碎。学生很容易混淆，n、m、M、V、VmCR等符号，对其表示的意义更是难以理解，思维层次多处于多点结构以下。一些教师仅仅把“物质的量”作为高中化学学习的一个工具。工具观场域下的学习，学生很难正确理解化学符号的本真涵义，并在实践中自由驾驭它。
3.2.2宏观与微观的失联，抑制了学生思维层次的发展
人教版高中化学必修1以“化学实验的基本方法”作为学生化学学习的开端，“物质的量”也是从宏观“化学计量在实验中的应用”为突破口展开学习。教材设计试图降低学生对微观世界的认知难度，帮助学生更好地搭建宏观与微观的桥梁。教师在教学过程中也经常采用类比、联想等方法，使学生理解“物质的量”在生产、生活中的应用。但实际上，学生很难在宏观与微观世界中自由转换与畅游。宏观与微观的失联，是学生化学学习的主要障碍之_，其思维发展水平很难达到SOLO等级的抽象拓展层次。
例如，二段式检测题中第3题：1mol H2SO4中含有多少个0？ 35.6%的学生回答是4个0，42.7%的学生回答含有NA个，只有21.7%的学生回答正确。从学生给出的理由分析，他们能够根据初中所学知识准确回答1个H2S04中含有4个0，但其不能准确区分“1mol”与“1个”的关系，宏观世界与微观本质在学生头脑中未能建立联系。课堂观察也发现，学生是在不断应用“物质的量”过程中才逐步理解概念的内涵与外延，并在头脑中建立其宏观与微观的紧密联系。
3.2.3前备知识的不完善，阻碍了学生思维向关联结构等高层次发展
学生初中所学的“物质的结构”等前备知识对“物质的量”学习产生重大影响。前备知识不完善，阻碍了学生思维的发展。例如，二段式检测题中第4题：1molNH3中含有多少个电子？20.3%的学生没有作答，33.8%学生的答案是4mol或者4NA个，19.6%的学生回答有10个，只有26.3%的学生给出正确答案。二段式检测题中第5题：1molH2O中含有多少个质子？19.8%的学生没有作答，35.2%学生的答案是3tool或者3NA个，22.6%的学生回答有10个，只有22.4%的学生给出正确答案。这两道题不但考察了物质的量与阿伏伽德罗常数的关系，而且从物质构成的微观视角考察1mol物质所含有的电子和质子数等。从学生给出的理由发现，他们对于质子、中子、电子等前备概念认识不清。尽管义务教育化学课程标准中已经明确指出要求学生“初步认识物质的微观构成”，但学生对这部分知识的掌握却差强人意。
3.2.4完美目标追求下的现实尴尬
课堂观察发现，教师为了追求“物质的量”概念体系的完整、概念意义表述的完整及教学目标的一次性达成等，而在短时间内传输给学生大量信息，致使学生消化不良。例如，在学习“—定物质的量浓度溶液的配制”过程中，教师过于重视具体知识的直接描述，在一节课内把影响“物质的量浓度”的所有因素交代得淋漓尽致，但学生究竟又掌握了多少呢？在“气体摩尔体积”的学习过程中，教师更是引申到了气体体积方程。当问及教师为什么要加大学习难度时，教师说：“为了学生更好地理解阿伏伽德罗定律，以利于教学目标的完美达成。”教师在追求完美目标的同时，忽略了学生的认知发展规律，扭曲了新课程理念。事实上，学生对于凭空出现的“气体体积方程”是一头雾水，能够准确说出定律的并不多。演绎、归纳、推理等能力的培养只能淹没在机械记忆定律与推理的学习中。
4 “物质的量”概念教学的建议
4.1重视学生起点能力
教师在“物质的量”教学设计时应该准确把握学生的起点能力。学生在初中虽然学习过原子、质子、分子等微观粒子，但—方面由于微观粒子抽象，难于理解，另一方面教材对于质子、电子的学习要求不高，所以对于构成分子的离子、质子的个数纠结不清。教师在帮助学生复习初中所学相关知识的基础上分层次地实施“物质的量”教学，有利于促进学生思维发展达到关联结构以上。
4.2排解迷思概念，搭建“物质的量”大厦
学生在学习“物质的量”时头脑中很容易形成一些迷思概念。例如，摩尔数等同物质的量、相对原子质量与摩尔质量、气体摩尔体积是22.4L等。教师在教学过程中以“物质的量”概念的内涵和外延为生长点，积极引导学生通过“同化”与“顺应”等认知方式化解迷思概念，逐步搭建“物质的量”大厦，同时丰富了学生“定量研究化学”的方法体验。
4.3运用概念图，构建知识网络
运用概念图教学策略，有助于学生构建“物质的量”知识网络，帮助学生理解概念的内涵、符号的意义及应用的范围。通过具体、生动的概念图学习，学生能够实现自由提取“物质的量”概念符号以及概念之间的转化，其思维发展水平向SOLO更高层次飞跃。
“物质的量”概念教学内容丰富，难点颇多。本文试图凭借SOLO研究工具从学生思维发展的视角反思“物质的量”概念教学，找到学习障碍，并为课堂教学提供一些实践支撑。当然，由于问卷的表述及样本的数量等原因，个别观点可能有些偏颇，诚与各位同仁商榷。
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更新时间：2024/12/22 11:57:47