基于批判性思維能力培養(yǎng)的化學教學研究

單世乾 耿秀梅

摘要： 批判性思維強調(diào)善于質(zhì)疑、獨立判斷，基于證據(jù)、理性分析。利用高中化學課堂教學培養(yǎng)學生的批判性思維能力，要注意以優(yōu)選的批判性思維素材為背景，引導學生抓住矛盾、理性質(zhì)疑;在此基礎上凝練問題、明確研究任務;結(jié)合實驗探究和生產(chǎn)生活事實，尋找證據(jù)，謹慎推理;在反思中進行綜合性判斷。以“化學能轉(zhuǎn)化為電能”為例，介紹培養(yǎng)學生批判性思維能力的教學程序。

關(guān)鍵詞： 批判性思維能力; 原電池; 教學設計

文章編號： 10056629（2019）9006105? ? ? ? ? ? 中圖分類號： G633.8? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： B

“批判性思維”作為人類重要的素養(yǎng)之一已經(jīng)成為一種共識[1]。世界各國對培養(yǎng)學生批判性思維都相當重視： 歐盟、教科文組織、日本、美國、英國、新西蘭等在核心素養(yǎng)——創(chuàng)新與創(chuàng)造力指標內(nèi)容中，均提出批判性精神，美國特別提出將“批判性思考”作為21世紀的四大核心素養(yǎng)之一[2]?！吨袊鴮W生發(fā)展核心素養(yǎng)》將“批判質(zhì)疑”作為學生核心素養(yǎng)的一個基本要點[3]，要求學生具有問題意識，能獨立思考、獨立判斷，能多角度、辯證地分析問題，做出選擇和決定等。

1? 批判性思維的內(nèi)涵與要素

首次提出批判性思維概念的是杜威（John Dewey），他稱之為“反思性思維”，就是在對科學假說進行主動、持續(xù)和細致的理性探究之前，先不要決定是接受還是反對——延遲判斷[4]。理查德·保羅認為批判性思維是建立在良好判斷的基礎上，使用恰當?shù)脑u估標準對事物的真實價值進行判斷和思考[5]。馬修·李普曼指出，批判性思維是一種有利于做出判斷的熟練操作和負責任的決定[6]?？梢钥闯?，批判性思維不僅僅是發(fā)現(xiàn)缺點或問題，而是在辯證理性和開放精神指導下的認知思維活動和過程，它以認識的理性和發(fā)展為標準和目標，以建設性批判討論為推進認識的有效途徑[7]，在這個過程中尋找并運用正確的思想和方法，進行有效而準確的判斷。

批判性思維包含批判性思維傾向和批判性思維技能兩個方面。其中，批判性思維傾向是批判性思維的前提和基礎，批判性思維技能是批判性思維的核心和關(guān)鍵。關(guān)于批判性思維要素，恩尼斯提出FRISCO六要素模式[8]，希契科克提出OMSITOG七要素模式[9]，他們共同認為，問題識別與分析是批判性思維的焦點，搜尋證據(jù)及評估的技能是思維理性的保證。整合、簡化批判性思維要素如圖1所示。

2? 基于批判性思維能力培養(yǎng)的教學流程

化學是一門以實驗為基礎的學科，實驗探究為思維活動提供豐富而鮮活的載體和情境。“科學探究與創(chuàng)新意識”是一種重要的化學核心素養(yǎng)，要求學生不迷信權(quán)威，能發(fā)現(xiàn)和提出有探究價值的問題，能尊重事實和證據(jù)，具有敢于質(zhì)疑和批判的創(chuàng)新精神[10]。從方法論的視角來看，實驗探究不僅是一種實踐活動，更是一種方法和過程。在探究過程中滲透并培養(yǎng)批判性思維，或者用探究的結(jié)果作為推論的證據(jù)，既能體現(xiàn)批判性思維的創(chuàng)造性，也為培養(yǎng)批判性思維的化學教學流程提供啟示。綜合批判性思維要素及高中化學實驗探究的特征，得出如圖2所示的批判性思維教學的一般流程。

3? 化學教學中培養(yǎng)批判性思維的教學實踐

批判性思維的化學教學，首先要創(chuàng)設一種有利于質(zhì)疑批判的情境，在此情境下，學生發(fā)現(xiàn)異常并質(zhì)疑，教師運用批判性思維引領(lǐng)學生明確問題，組織學生運用批判性思維解決問題。學生在學習中能保持獨立思考，理性質(zhì)疑，積極尋找證據(jù)，謹慎推理并及時反思，有理有據(jù)地進行綜合性判斷。本文以蘇教版《化學2》“化學能轉(zhuǎn)化為電能”[11]教學片斷為例，介紹培養(yǎng)批判性思維的教學設計與課堂實踐。

3.1? 教學準備： 教材重構(gòu)，創(chuàng)設批判性思維情境

教學情境是指知識在其中得以存在和應用的環(huán)境背景或活動背景[12]。一般情況下，利用學科與生活、生產(chǎn)的結(jié)合點或認知矛盾創(chuàng)設情境。批判性思維始于質(zhì)疑意識，因此，對應情境素材應具備一般素材的真實性、全程性等特點，還更側(cè)重具有激發(fā)思維沖突和批判價值。除了凸顯種種“矛盾”，批判性情境還體現(xiàn)不限制研究方法、不追求唯一的結(jié)論、從不同角度能得到不同的結(jié)論，或不能輕易得出結(jié)論需要多種證據(jù)才能理性判斷。從這個意義上來說，若干個素材按照思維的邏輯順序整合成學習的活動背景，更符合批判性思維的素材特征。

研究“原電池”推動社會發(fā)展的價值功能不難發(fā)現(xiàn)，電池的歷史沿革和發(fā)展，如伏打電池的發(fā)現(xiàn)、干電池的改進、燃料電池的應用、生活中常用的電池、化學電池的發(fā)展歷史與新型電池的開發(fā)等，都是有意義的批判性思維情境素材。依據(jù)本節(jié)內(nèi)容特征，分析蘇教版《化學2》教材中關(guān)于“原電池”教學的兩個欄目——“活動與探究”與“資料卡”?！盎顒优c探究”針對鋅銅稀硫酸原電池設計4個對比實驗，分別對原電池構(gòu)成條件和反應原理提供了證據(jù)素材，便于學生通過對比反應現(xiàn)象后提出問題、發(fā)現(xiàn)證據(jù)、分析評價、得出結(jié)論。以課本實驗為基礎，變換電極為鋅碳或鎂鋅，變換電解質(zhì)為硫酸銅，圍繞電池的發(fā)展和開發(fā)設置素材，利用電流表指針偏轉(zhuǎn)方向來充分理解原電池的構(gòu)成條件和原電池的工作原理。再利用資料卡中鋼鐵的電化學腐蝕素材，進行鐵碳食鹽水原電池的實驗設計，擴大了電極反應和電解質(zhì)的理解范圍。

3.2? 批判性思維發(fā)生： 提煉“異?！辈①|(zhì)疑

批判性思維素材凸顯“矛盾”，教師在教學中要注意利用素材呈現(xiàn)出的矛盾性激發(fā)思維沖突。同時引導學生提煉異常現(xiàn)象，并對實驗中的“異常”現(xiàn)象和已有結(jié)論進行反思、提出質(zhì)疑和新的實驗設想。

按照圖3組裝實驗，提示學生對比實驗現(xiàn)象，結(jié)合銅片上大量氣泡，思考反應原理，連接電流表或電壓表進一步明確化學能轉(zhuǎn)化為電能的證據(jù)，在此基礎上，分析總結(jié)原電池的工作原理和構(gòu)成條件。常規(guī)教學中，教師根據(jù)銅電極上產(chǎn)生氣泡進行分析，研究鋅銅電極上的反應，從而推理出原電池工作原理。但在實驗過程中，還出現(xiàn)一些與預設不符的現(xiàn)象，通過仔細觀察，師生共同提煉的異常現(xiàn)象有：

異?，F(xiàn)象1： 理論上，當形成原電池，鋅片上沒有氣泡，銅片上有大量氣泡，但實驗中銅片和鋅片表面均產(chǎn)生氣泡。

異?，F(xiàn)象2： 鋅銅電池中鋅片和銅片表面的氣泡先快后慢。

異?，F(xiàn)象對學生思維的觸動效果是不言而喻的，學生在反思后自然提出質(zhì)疑，如：鋅失去電子真的是通過導線流向銅電極嗎？與鋅片銅片的純度有沒有關(guān)系？化學能向電能的轉(zhuǎn)化效率有哪些影響因素？電解質(zhì)中的陰、陽離子是不是全部定向移動……雖然許多質(zhì)疑不能在現(xiàn)有知識基礎上完全得到解答，但學生這種不直接接受現(xiàn)成解釋和答案、依賴證據(jù)進行獨立思考判斷的精神和態(tài)度是批判性思維的重要前提。

如麥克白所說，批判性思維是對問題進行恰當?shù)姆此夹再|(zhì)疑[13]，質(zhì)疑與批判相伴相生。經(jīng)過反思與質(zhì)疑，運用批判性思維學習原電池原理，可以從負極材料鋅與電解質(zhì)硫酸發(fā)生氧化還原反應，逐步深化認識到負極材料與溶解氧之間的自發(fā)氧化還原反應，也為下一節(jié)內(nèi)容燃料電池中兩電極吸附氣體之間的自發(fā)氧化還原反應的理解奠定基礎。

3.3? 批判性思維推動： 明確問題，合作研討

問題是課堂教學的核心。教師引領(lǐng)學生將質(zhì)疑凝練成問題，并按照問題之間的邏輯關(guān)系以及對知識學習的價值設計問題串，學生在經(jīng)過資料搜集、批判分析的基礎上說出自我觀念和推理論證過程。學生經(jīng)歷獨立思考—查閱資料—合作研究—思維碰撞—反思感悟，不僅在活動中體驗了學科知識的學習，更能在分析解決問題過程中激發(fā)學生的批判性思維意識，逐漸發(fā)展批判性思維能力。教學中，根據(jù)學生在實驗過程中觀察到的異?，F(xiàn)象及對反應原理的疑惑，引導學生設計以下問題：

問題1? 如何證明在反應過程中鋅片失去電子而銅片本身沒有發(fā)生變化？

問題2? 分析說明在銅片上是如何產(chǎn)生氣泡的？

問題3? 鋅失去的電子是如何到達銅片上的？能否證明你的觀點？

問題4? 如何證明電解液中陰離子流向負極、陽離子流向正極？

問題5? 有哪些方法可以判斷該裝置的正負極？

問題6? 換成氯化鈉溶液能否構(gòu)成原電池？

問題7? 利用鋅、銅、鎂、碳棒，稀硫酸、硫酸銅、氯化鈉溶液，能組合成幾種原電池？

解決完上述問題，學生就會充分理解原電池的工作原理，對電極材料、電解質(zhì)的基本功能和原電池發(fā)生的原理也會產(chǎn)生深刻的認識。此時可順勢利用實驗中學生發(fā)現(xiàn)的異常現(xiàn)象開展小組研討。在問題引導下，學生分析推理，形成自己的觀點，然后在相互展示、相互質(zhì)疑中深化理解原電池的工作原理，學生的思維技能得以提升。

3.4? 批判性思維核心： 尋找證據(jù)，謹慎推理

批判性思維能力的提升，要求學生不僅能提出問題、分析辨別各方觀點，還要積極尋找證據(jù)謹慎推理。在教學中要讓學生具有證據(jù)意識，能基于證據(jù)對物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)及其變化提出可能的假設，通過分析推理加以證實或證偽。質(zhì)疑僅僅是批判性思維的啟動，批判性思維要求更加嚴謹科學的思維過程。在教學過程中，教師要引導學生抓住問題本質(zhì)，尋找并使用相關(guān)證據(jù)，通過分析、推理、論證，找到解決問題的方法，形成并展示自己的結(jié)論或假設，并提出在分析推理的過程中遇到的新的疑惑。教師則根據(jù)學生的觀點加以指導，引導學生之間相互交流和評價，最終合理解決該問題，這一環(huán)節(jié)是學生的批判性思維發(fā)展的關(guān)鍵。

在“化學能轉(zhuǎn)化為電能”的教學中，為解決問題，得到合理結(jié)論，采用小組合作形式，讓學生通過查閱資料或設計實驗尋找證據(jù)，對觀點進行證實或證偽。

針對問題1，學生設計實驗方案為： 稱量反應一段時間后鋅、銅電極質(zhì)量，且溶液中c（H+）減小，c（Zn2+）增加，結(jié)合溶液顏色判斷不存在Cu2+。

為說明鋅失去的電子是通過導線到達銅片上的，學生提出很多種方法，如結(jié)合物理知識分析導線與電解質(zhì)的電阻大小、對比觀察鋅片和銅片表面的氣泡、連接發(fā)光二極管看是否工作等。通過對證據(jù)分析選擇，采用最直觀、最靈敏的方法是使用外接電流表，通過指針的偏轉(zhuǎn)來證明鋅失去的電子是通過導線到達銅片上的。

為證明電解液中陰離子、陽離子流向，且證據(jù)更具有說服力，一小組學生設計一組實驗： 如圖4組裝Zn、 Cu、稀硫酸原電池，并在中間滴加少量KMnO4溶液，利用顏色的變化判斷陰離子的定向移動。

通過觀察到紫紅色向負極移動（如圖4），從而得出原電池在工作的過程中陰離子（MnO-4）向負極移動。利用有色離子的遷移“看到”離子的移動，說明學生能夠從宏觀和微觀相結(jié)合的視角分析問題，能夠基于證據(jù)，分析推理加以證實或證偽，提升了學生的證據(jù)選擇和分析能力。

針對問題6和問題7，可利用生活事實——鐵的銹蝕和鎂空氣電池照明燈作為證據(jù)素材，結(jié)合課本鐵生銹原理示意圖分析論證。

3.5? 批判性思維結(jié)果： 綜合性判斷

從批判性思維過程來看，是不盲從、理性分析、慢慢地判斷;從思維結(jié)果來看，是綜合多方證據(jù)得到一個理性的判斷。從這個意義上講，學生經(jīng)過多角度思考并整合不同信息、事實和別人的觀點，所得結(jié)論更加準確嚴謹，課堂教學目標更容易達成。

化學能與電能的相互轉(zhuǎn)化是高中化學課程的重要內(nèi)容，依據(jù)學生個性發(fā)展的多樣化需求，《普通高中化學課程標準》在必修課程模塊中提出了電化學的相關(guān)學習要求[14]： 以原電池為例認識化學能可以轉(zhuǎn)化為電能;從氧化還原反應的角度初步認識原電池的工作原理;能對實驗現(xiàn)象做出解釋，發(fā)現(xiàn)和提出問題;能運用多種方式收集實驗證據(jù)，基于實驗事實得出結(jié)論，提出自己的看法。可以看出，本節(jié)教學的顯性目標是理解原電池的本質(zhì)是氧化還原反應，理解原電池的工作原理和構(gòu)成條件。而隱性目標則可以確定為： 運用批判性思維，通過定性分析與定量研究相結(jié)合獲取證據(jù)，明確生產(chǎn)生活中原電池的評價依據(jù)與發(fā)展方向，感悟科學精神和社會責任。

學生提出并解決問題1～問題4，利用理論分析和實驗探究，理解通過導線上電子的轉(zhuǎn)移和電解質(zhì)中離子的定向移動，實現(xiàn)了化學能向電能的轉(zhuǎn)化;初步領(lǐng)會鋅銅稀硫酸原電池中負極材料與電解質(zhì)之間氧化還原反應的基本原理。經(jīng)過問題6～問題7的研究，尤其是對鐵碳食鹽水的探究，得出負極材料不與電解質(zhì)發(fā)生氧化還原反應的結(jié)論，其實質(zhì)是正極上為溶液中溶解的O2得到電子，經(jīng)過對比、反思，發(fā)現(xiàn)電解質(zhì)的基本功能是提供自由離子，電極材料不一定直接與電解質(zhì)反應，擴大了原電池的認識范圍，加深了對原電池原理的理解——原電池的核心概念，是存在自發(fā)進行的氧化還原反應，不一定要求電極材料與電解質(zhì)發(fā)生反應，也并不一定要求有活動性不同的電極材料。為后續(xù)燃料電池中負極材料不一定參加氧化還原反應的理解埋下伏筆。

結(jié)合生活情境中的各類常用原電池，再利用實驗素材組裝各種組合原電池，分析正負極材料，對比電壓表讀數(shù)作初步分析以及定向與定量相結(jié)合，學生總結(jié)出電極反應、電極材料、電極表面積、間隔、電解質(zhì)等影響電池效率的幾個因素，同時也發(fā)現(xiàn)鋅、鎂等相對比較活潑可用于在原電池反應中保護鐵的金屬。正因為生活中要根據(jù)實際需求綜合考慮金屬的活動性、電解質(zhì)濃度、反應持續(xù)時間和電流強弱等因素做出選擇，這種多角度分析、對比反思、理性判斷的過程正是批判性思維的作用過程。

4? 小結(jié)與反思

學生的批判意識以及與之相關(guān)的素質(zhì)和能力不是天生就有的，它需要長期的鼓勵和培養(yǎng)[15]。要將其轉(zhuǎn)化為思維常態(tài)，除了教師在學科課堂教學中按照批判性思維教學程序傳授批判性思維外，還要引導學生在每個問題解決的過程中，不輕信、不盲從，理性選擇證據(jù)進行謹慎斷言。尤其在合作與學習過程中，針對同伴提出的不同觀點和證據(jù)，通過分析推理、論證說明、對照反思，形成合理解釋，做出自我判斷。學生要充分體驗不同信息的選擇、加工、整合，重視理論分析和實驗探究相結(jié)合、科學知識和生活常識相印證的證據(jù)意識，對信息和資源進行批判性吸收和應用。

培養(yǎng)批判性思維是當前基于核心素養(yǎng)的課程改革的趨勢和要求，學科教學作為批判性思維培養(yǎng)的主渠道，需要在目標確定、內(nèi)容選擇、策略應用及評價指向上進行聚焦、重構(gòu)、優(yōu)化和凸顯，以促進學生的批判性思維的發(fā)展[16]。在教學中應創(chuàng)設各種情境激發(fā)學生的好奇心，培養(yǎng)他們對問題追根究底的探究意向;積極進行觀察、實踐、反思和行動，從中創(chuàng)生知識、發(fā)展觀念，培養(yǎng)詮釋、分析、評估和推論的能力[17]。實驗探究為批判性思? ? 維提供了重要的證據(jù)素材，在教學中教師可以利用實驗過程中出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象、實驗數(shù)據(jù)的異常、實驗的失敗等作為激發(fā)學生問題意識的催化劑，進而成為訓練批判性思維的工具和載體，這對于學生質(zhì)疑、判斷和評價技能的提高是非常重要的。學生在學習的過程中，應始終以懷疑的眼光去審視，敢于提出批判性問題;以理性的態(tài)度去分析，培養(yǎng)辨識力和判斷力;以嚴謹?shù)姆椒ㄈヲ炞C，能基于證據(jù)通過分析推理加以證實或證偽。從而促進對知識的深層次理解，包括批判性思維在內(nèi)的核心素養(yǎng)的發(fā)展。

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