SOLO分类理论在初中化学复习教学中的应用*
——以“氧气的性质及制取”复习为例

2022-06-29 02:15胡智翠朱薇丽杨艳华董春燕李艳妮
云南化工 2022年6期
关键词:过氧化氢铁丝氧气

胡智翠,朱薇丽,杨艳华**,董春燕,李艳妮

(1.昆明学院 化学化工学院,云南 昆明 650214;2.泸西县白水镇初级中学,云南 泸西 652404)

在学生学习知识的过程中,复习对于知识的掌握具有重要作用。只有高效地复习,才能将知识长久储存,以便在需要时能够准确无误地提取应用。在复习时,多数学生常常选择翻阅课堂笔记、死记硬背公式要点或进行题海战术等方法,虽然能够将知识暂时保存在记忆中,一定程度上可能取得不错的分数,但随着时间的推移,记忆会变得较为模糊,甚至会完全忘记,有时就算记得知识点也不会应用,进而导致学生在做题的时候“张冠李戴”。这样的复习更多的是处于混乱无序的状态,没有形成层层递进的化学知识体系,没有找到知识点间的联系,难以做到从基础知识到复杂知识的过渡,长此以往,学生的学习兴趣减弱,自主能动性下降,学习能力和思维能力得不到发展[1]。真正的复习是重在培养学生对知识的深入探究和综合运用能力,想要取得好的复习效果,就要学会将基础知识与更为复杂的知识联系起来,层层递进,借助旧知识学习新知识,用新知识巩固旧知识,不断扩大知识储备,建构一个有机、整体的化学知识体系[2]。

SOLO分类理论,作为科学的方法,在提高复习效率方面可以起到检验学习结果好坏的作用,而不是区分学生的好坏,这与传统的以常模参照的考试有明显的区别。SOLO水平可以明确地告诉教师,学生知道什么、理解什么,并且能做什么;还可以让教师看到最有益的教学指导在哪里,以及把学习过程引向哪里更合适[3],以此来帮助学生认识自身的水平,有助于学生进行针对性的复习,提高学生的认知发展水平。

1 SOLO理论的主要内容

SOLO分类理论是由约翰·彼格斯首创的一种学生学习质量评价方法。SOLO是英文Structure of the Observed Learning Outcome的缩写,译为:可观察的学习成果结构,即通过观察学生在解决某个具体问题时所表现出来的思维结构来间接测量学生的思维水平,是一种以等级描述为特征的质性评价方法[4]。该理论是基于任何学习结果的数量和质量都是由学习过程中的教学程序和学生的特点决定的理念,因此,SOLO分类理论认为,可以给复杂的学习过程进行层级式的分类界定,而且这个界定可用于对具体学习结果的评价和引导师生调整具体的教与学目标[5]。根据学习者在解决某个问题时所表现的不同,SOLO分类评价理论将学习成果划分为五个层次或称五种结构,五种结构及其含义如图1所示[6]。

这5种层次结构逐步提升,代表知识点由简单到复杂和对应的问题由易到难,学习者的学习水平由低到高,其实质是帮助学习者对知识点及问题结构形成整体的把握,并且能够对问题进行深层地探究。SOLO分类理论更大的价值在于它对课程及教学设计,通过提高过程性评价方法的信度、效度和可操作性,促进教学与评价的融合[4],因此,在众多学科领域得到实践。

2 SOLO理论指导下“氧气的性质及制取”复习课案例与效果分析

根据SOLO分类理论的结构层次,以“氧气的性质及制取”专题复习为例,在设计复习课的过程中,结合学生的SOLO分类理论结构层次进行分析。从复习课教学目标的制定到教学过程的实施,再到作业布置,将学生的知识掌握程度、知识储备水平,以及学生在学习过程中的认知发展水平等,结合SOLO结构层次,科学客观清晰地展现出来[2],尽可能地使更多地学生知识水平得到提升,达到有针对性且有效的复习效果,进而提高教师的复习课教学效果。

2.1 复习目标

2.1.1 基础知识的积累——单点结构层次及多点结构层次对应的复习目标

1)掌握氧气的物理性质和化学性质;2)掌握高锰酸钾、氯酸钾,以及过氧化氢制取氧气的文字表达式;掌握木炭、铁丝和硫在氧气中燃烧的文字表达式;3)通过实验探究氧气的化学性质,加深对氧气化学性质的认识;4)学会观察并记录实验现象;5)知道催化剂的概念及特征。

设计意图:单点结构及多点结构对应的复习目标主要强调学生对基础知识的掌握,激发学生的学习兴趣,加强学生对单一知识点的深入了解。

2.1.2 理论思维的飞跃——关联结构层次对应的复习目标

在前面5条复习目标的基础上加上以下几条目标:

1)掌握利用高锰酸钾、氯酸钾、过氧化氢等实验室制取氧气的原理;学会根据反应原理,正确选择不同原理所对应的反应发生装置;2)会用排水集气法和向上排空气法收集氧气;3)能够准确地区分化合反应、分解反应和氧化反应的概念;4)充分掌握三个实验室制取氧气的实验步骤及注意事项。

设计意图:关联结构对应的复习目标主要是将学生大脑里已有的单一知识点进行关联,让学生对知识点有一个整体性的认识,从而加深对知识点的理解和巩固。

2.1.3 理论思维的飞跃——拓展结构层次对应的复习目标

在前面几条对应复习目标的基础上再加上以下目标:

1)能够自己动手制定实验的改进方案并且实施;2)通过氧气制取的探究性实验,提高学生观察能力、语言表达能力和综合分析能力,让学生初步学会通过实验来研究物质性质及其变化规律的科学方法。

设计意图:拓展结构下的复习目标要求学生能够将已经掌握的整体性知识进行综合应用,能够运用已有的知识结构去解决比较复杂的问题,培养学生的抽象思维。

2.2 复习教学过程

结合SOLO结构层次的需求,给“氧气的性质及制取”专题设计复习教学过程。在教学设计时需要注意以下几点:首先,教师要按本节课的复习目标来实施教学。教学过程要与复习目标逐级对应,将每一个复习任务划分为若干个小目标,明确每个小目标所处的思维层次,并与SOLO分类理论的五种结构层次相对应。其次,对于不同层级的知识点,教师要能够将知识点之间的关联以及知识的深入衔接好,做到自然地进行知识点之间的联系[2]。最后,教学内容的整体安排应该在SOLO思维水平的基础上,结合初中化学知识内部的逻辑联系,再根据教师授课风格及采用的教学方法进行适当的调整[7],安排的内容要从简单到复杂,学生只有理解了低层次的知识后,才能接受更高水平的知识。根据以上三点,设计化学复习教学过程,教师不仅可以在教学过程中清晰准确地判断出学生对知识的掌握情况,进而帮助教师在授课阶段了解学生的知识水平及学生的逻辑思维能力[2],还可以帮助教师根据学生的复习结果,不断调整或改进后续的教学和复习,尽可能帮助学生提高学习效率和认知发展水平。

2.2.1 设计情景问题,基础知识点测试(单点结构和多点结构层面)

【活动1】先带领学生复习氧气的物理性质,并提出以下几个问题。

问题1:健康的人长时间地吸入纯氧对身体是否有益?学习了氧气的物理性质后,我们知道氧气难溶于水,但能否说氧气不溶于水呢?

设计意图:了解学生对氧气的性质这一知识点的掌握情况,了解学生的原有认知结构,扫清学生知识盲区,为后面更深层次的教学做准备,培养学生的发散思维,完善学生对氧气的性质的全方位理解。

【活动2】回顾氧气的化学性质并思考:某同学在做题时把氧气能助燃写成了氧气能燃烧,请问这位同学的写法对吗?此时教师可以多请几位学生回答,并对他们的回答进行总结,及时给予他们正确的反馈,消除学生对这一知识点的误解。

设计意图:用氧气的“助燃”和“燃烧”引导学生进行思维碰撞,在讨论中学习,在质疑中进步,让学生理解并掌握“氧气能助燃但不能燃烧”这一知识点,达到建构知识的目的。

【活动3】通过回忆木炭、铁丝和硫分别在空气和氧气中燃烧的实验现象、结论及注意事项等复习氧气的化学性质,让学生写出三个实验的文字表达式,并根据这三个实验对学生提出以下问题:

问题2:在做铁丝燃烧实验时,没有看到火星四射,请分析产生这种情况的原因。

【学生回答】原因:a.氧气不纯;b.铁丝太粗;c.没有除去铁丝表面的铁锈或氧化膜;d.刚点燃火柴就伸入集气瓶中。

问题3:将铁丝绕成螺旋状和待火柴即将燃尽时再将铁丝伸入装有氧气的集气瓶中的目的分别是什么?

【学生回答】将铁丝绕成螺旋状是为了增大铁丝与氧气的接触面积,达到尽快提高铁丝局部温度的目的。待火柴即将燃尽时才将铁丝伸进集气瓶中是为了防止火柴燃烧时消耗氧气,导致铁丝不能充分燃烧。

问题4:在硫燃烧的集气瓶底放水和在铁丝燃烧的集气瓶底放少量水的作用一样吗?

【学生回答】不一样,在硫燃烧的集气瓶底放水是为了吸收可溶于水的有毒气体二氧化硫,在铁丝燃烧的集气瓶底放水是为了防止明亮的高温熔化物直接落到集气瓶底使集气瓶炸裂。

设计意图:将三个实验的注意事项用提问的方式设计出来,加深学生对实验现象和操作的印象,使学生对知识点的掌握更加全面。通过学生回答问题的准确率和完整性,判断学生的SOLO结构层次,以便更好地帮助学生加强复习,使其认知发展水平从多点结构层次向关联结构层次过渡。

2.2.2 以多点结构为辅,关联结构为导,帮助学生完善新的认知结构

【活动4】回顾制取氧气的三个实验,然后归纳选择气体制备装置和收集装置前提条件有哪些,再总结三个实验的注意事项。

设计意图:复习完氧气的性质后,紧接着复习氧气的实验室制取,让学生明白,选择怎样的制备装置取决于反应物的状态及反应条件,而选用哪套收集装置取决于需要收集的气体是否能溶于水和密度是否比空气大。学生在自主归纳的过程中真正理解和掌握制取氧气这一部分的知识,培养学生总结归纳的能力、简明的概括能力和准确的语言表达能力。

【活动5】复习催化剂的知识,加深学生对催化剂的概念及特征的记忆,解释催化剂能够改变物质的化学反应速率,但改变并不等于加快反应速率。

设计意图:让学生联系实际生活,举出生活中常见的催化剂,把生活和化学紧密联系起来。例如,酿酒时用的酒曲产生的淀粉酶、蛋白酶和糖化酶能够加快发酵反应速率,食品中常用的防腐剂能够通过破坏微生物的酶来减慢腐败变质的化学反应速率。从生活中学习化学,能够帮助学生更好地理解催化剂,激发学生学习兴趣的同时增强趣味性。

【活动6】复习化合反应、分解反应和氧化反应的概念,写出“氧气的性质及制取”相关的化学方程式让学生判断其反应类型。

设计意图:根据学生的判断情况,来了解学生的认知结构,编一些如“多变一”“一变多”“有氧参加”等口诀帮助学生巩固记忆,进而更准确地区分三种反应的概念,帮助学生将新知识和旧知识充分联系起来,促进其认知结构向拓展抽象结构发展。

2.2.3 拓展抽象结构

【活动7】提问人教版教科书九年级化学上册38页探究栏目以过氧化氢分解制取氧气的实验装置有哪些不足?利用实验室的已有仪器将自己认为的不足之处进行改进。

【学生回答】不足之处:①反应后,将二氧化锰和废液一起倒掉,浪费药品﹑污染环境。②在实验操作中,如果先在试管中放入二氧化锰,再加入过氧化氢,会造成反应剧烈,产生的气流瞬间冲出试管,不利于氧气的检验和收集。③在实验操作中很难做到过氧化氢溶液和二氧化锰粉末及时分离,随时停止反应。

【实验改进1】[实验仪器及药品]大试管、长颈漏斗、玻璃导管、软胶管、弹簧夹、双孔橡胶塞、多孔塑料板、纱布;过氧化氢溶液、二氧化锰。

[实验装置]在试管中放一个垫有一层纱布的多孔塑料板,把固体药品二氧化锰放到多孔塑料板上;用一个双孔橡胶塞将长颈漏斗和连接着软胶管的玻璃导管固定好,并塞紧试管。连接好的装置图如图2(a)所示。

[改进以后的优点]改进后的装置中,垫有纱布的多孔塑料板可以把固体与液体分开,当关闭弹簧夹时,试管内压强增大,将过氧化氢液体沿着长颈漏斗的颈部压回长颈漏斗,使得液体和固体脱离接触,反应停止;当打开弹簧夹,试管内压强减小,长颈漏斗内的过氧化氢溶液重新流入试管与二氧化锰固体接触,反应继续,以此达到随时能够控制反应发生与停止的目的。实验结束后发现二氧化锰的质量并没有变化,从而验证了催化剂的特征。

【实验改进2】[实验仪器及药品]小烧杯、球形干燥管、单孔橡胶塞、止水夹、玻璃导管、软胶管、过氧化氢溶液、二氧化锰。

[实验装置]在球形干燥管中放入二氧化锰,将连接好玻璃导管的橡胶塞塞紧球形干燥管后,把球形干燥管固定在装有过氧化氢溶液的烧杯中。连接好的装置图如图2(b)所示。

[改进目的]用止水夹夹住软胶管时气体排不出去,球形干燥管中的气体压强变大,从而使过氧化氢溶液排出球形干燥管并与二氧化锰分离,反应停止;打开止水夹时,过氧化氢溶液进入球形干燥管,并和烧杯中的液面相平,同时与二氧化锰接触,发生分解反应。因此,该装置可以通过控制止水夹来实现过氧化氢溶液与二氧化锰接触与分离,从而控制反应的发生与停止。

设计意图:引导学生发散思维,让学生亲自体验实验设计与实施,并在此过程中发现问题解决问题,根据学生的不同设计方案做出不同反馈。提高学生的创造性思维能力,能够解决更多经验之外的难题,使其认知水平达到拓展抽象结构水平。

2.3 复习作业设计

完成整体复习后,教师按照SOLO结构层次的要求,将学生需要加以巩固的知识点,根据学生从低到高的认知发展水平,设计为层层递进的SOLO理论结构层次试题。学生在课后完成作业的时候,其思维结构水平能够清晰地展现出来,有利于教师进行教学评价及教学反思。与此同时,学生经过这样潜移默化的训练,能够更好地将自己已掌握的知识点应用到新的情境中去解决新问题,更高效地促进学生思维结构的发展。基于初中化学课程标准和SOLO分类理论的基础上进行作业设置可提高作业的合理性、有效性和针对性,从而改善作业质量,达到提升学生思维能力的学科核心目标[8]。

基于由简单到复杂的SOLO理论结构层次的原则,教师可以根据知识点的难易程度,决定某一结构层次设置题目的数量,也可以利用一道题目来设置多个SOLO层次的目标,进而能够更准确地判断学生的思维水平。由于前结构层次不能准确的评价学生的思维能力,因此,没有设置这一层次的作业。

2.3.1 单点结构及多点结构层次作业设计

【例题1】(2020年四川省绵阳市中考化学试卷,第5题)实验室用KMnO4制氧气并验证氧气的性质,下列操作正确的是( )。

A、检查装置气密性 B、加热KMnO4制O2

C、验证O2已集满 D、硫在O2中燃烧

【例题2】(2020年云南省初中学业水平考试化学试题卷,第10题)下列有关催化剂的说法正确的是( )。

A、在化学反应后其质量增加;

B、在化学反应后其质量减少;

C、在化学反应后其化学性质发生了变化;

D、催化剂能改变化学反应速率。

设计意图:单点结构及多点结构层次下的作业设计是想了解学生对单个知识点的掌握情况,并且能够应用多个相互独立的线索和信息,解决与之相对应的问题。

2.3.2 关联结构层次作业设计

【例题3】(2020年昆明市初中学业水平考试化学试题卷,第26题节选)根据下列装置图回答问题:

1)仪器a的名称是。

2)用氯酸钾和MnO2制取较纯净的O2时,应选择的装置是(填标号),化学方程式是,若用向上排空气法收集氧气,验满的方法是。

设计意图:关联结构层次下的作业题主要考查学生对零散知识点的整合能力,学生在回答此题目中第二问的三个空时,能够将相关的多个知识点联系起来,这要求学生不仅认识每个知识点,更要对其中的规律和原理掌握得很好,对学生的思维能力要求较高。

2.3.3 拓展抽象结构层次作业设计

【例题4】根据下列实验图示回答问题:

1)填写有关物质的名称:

B;D;E;I;J;

2)写出有关反应的方程式:

①(属于反应);

②(属于反应);

③(属于反应);

④(属于反应);

设计意图:拓展结构层次的作业题,一个题目可以考查多个知识点,不仅要求学生能够熟练运用本节课所学的知识点,还要需要能够在现有知识的基础上进行延伸,才能解决此类复杂、综合的试题。此类题有利于激发学生创造思维的能力和独立思考问题的能力。

3 总结

SOLO理论指导下“氧气的性质及制取”复习课教学设计中,以学生为主,调动学生的积极性,为学生营造了无限的空间和良好的学习氛围。既有利于学生思维发展,提升学生认知水平,也有利于复习效率的提升,增加学生知识储备。从学生角度出发,实现质性评价,有针对的促进学生发展,在提高学生成绩的同时也有助于落实初中学生核心素养的提升[9]。

猜你喜欢
过氧化氢铁丝氧气
索尔维授予三宁化工过氧化氢技术许可
过氧化氢体外诱导小鼠胚胎成纤维细胞氧化损伤模型的构建和分析
一种氧气瓶氧气吸入器的研制与应用
氧气汇流排间电气设计
两长两短
“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验注意事项及改进
地球上的氧气能用得完吗?
铁丝原来有多长
GREEN WORLD
熟练的侍者