基于化學(xué)高階思維培養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)研究
——以“雙液原電池”為例

皇甫倩，曾美琴，魏 釗，王春陽(yáng)，王后雄

一、引言

如何將高階思維的培養(yǎng)與發(fā)展“沉浸”在具體的學(xué)科教學(xué)活動(dòng)中，使課堂教學(xué)由知識(shí)本位向素養(yǎng)與思維本位轉(zhuǎn)變、由淺層學(xué)習(xí)向深度學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變，既是當(dāng)前課堂教學(xué)改革面臨的重要問題，也是落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)、培養(yǎng)創(chuàng)新人才的“突破口”[1]。然而，縱觀當(dāng)前課堂教學(xué)現(xiàn)狀，部分教師尚未意識(shí)到培養(yǎng)學(xué)科高階思維的重要性，課堂教學(xué)多處于低階狀態(tài)；加之針對(duì)高階思維的培養(yǎng)與學(xué)科課堂教學(xué)的融合，無論在理論還是實(shí)踐層面均缺乏深入細(xì)致的研究[2]。事實(shí)上，不同學(xué)科的高階思維往往會(huì)因其學(xué)科特點(diǎn)及思維方式等的不同而呈現(xiàn)出學(xué)科差異。為此，本研究在厘定化學(xué)高階思維的內(nèi)涵及思維特點(diǎn)，并深度剖析其構(gòu)成要素的基礎(chǔ)上，以“雙液原電池”為例，探討基于化學(xué)高階思維培養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，旨在為中學(xué)一線教師及教育研究工作者提供有益的借鑒和參考。

二、化學(xué)高階思維的內(nèi)涵界定

（一）化學(xué)高階思維的概念界定

當(dāng)前，學(xué)術(shù)界對(duì)化學(xué)高階思維的界定還沒有統(tǒng)一明確的說法，本研究將通過對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)的梳理給予初步的界定。

1.能力說。持能力說的學(xué)者認(rèn)為高階思維是發(fā)生在較高認(rèn)知水平層次上的認(rèn)知活動(dòng)或較高層次的認(rèn)知能力。這種能力既包括作為自主學(xué)習(xí)者的能力，也包括對(duì)事物或現(xiàn)象做出合理判斷的能力[2]，它是思維從具體發(fā)展到抽象的高級(jí)綜合能力的體現(xiàn)[3]。

2.思維說。持思維說的學(xué)者將高階思維視為一種不確定的思維或者一系列復(fù)雜的、非線性的、不規(guī)則的思維集合體[4]。其中尤以Resnick的觀點(diǎn)最具代表性，他認(rèn)為高階思維是具有不規(guī)則的、復(fù)雜的、能夠產(chǎn)生多種解決方法、需要應(yīng)用多種評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、自動(dòng)調(diào)節(jié)、且包含不確定性特征的思維[5]。

3.生成說。持生成說的學(xué)者旨在強(qiáng)調(diào)高階思維的生成機(jī)制。如杜威認(rèn)為高階思維是由疑難、困惑引發(fā)的，并在“反思——問題生成——探究與批判——解決問題”過程中生成[5]；還有學(xué)者在此基礎(chǔ)上，提出高階思維是學(xué)生在完成需要運(yùn)用分析、評(píng)價(jià)、創(chuàng)造等思維技能的、具有挑戰(zhàn)性的探究活動(dòng)中發(fā)展的[6]。

有鑒于此，本研究對(duì)化學(xué)高階思維概念的界定如下：化學(xué)高階思維是指學(xué)習(xí)者在一定的學(xué)習(xí)環(huán)境中，以化學(xué)學(xué)科知識(shí)與技能為載體，綜合運(yùn)用化學(xué)表征、證據(jù)推理、模型建構(gòu)、質(zhì)疑批判、評(píng)價(jià)與反思等思維方法解決化學(xué)問題的一種高級(jí)認(rèn)知活動(dòng)。

（二）化學(xué)高階思維的特點(diǎn)

1.復(fù)雜性。復(fù)雜性是指影響化學(xué)高階思維形成的因素繁多且機(jī)制復(fù)雜。比如，影響化學(xué)高階思維形成的因素不僅取決于諸如問題解決思維、批判性思維、創(chuàng)造性思維等智力因素，還受興趣、自我效能感、同伴情感支持等情感動(dòng)機(jī)因素的影響[7]；此外，高階思維形成的過程極其復(fù)雜，學(xué)習(xí)者需要在無序的問題、任務(wù)中尋找結(jié)構(gòu)化的知識(shí)，而行動(dòng)路徑不是預(yù)先指定的[8]。

2.過程性。過程性是指化學(xué)高階思維的發(fā)展是一個(gè)由淺入深的變化過程?；瘜W(xué)高階思維的發(fā)展不是一蹴而就的，而是從獲取具體化知識(shí)到抽象化知識(shí)的過程中分階段形成的，在思維活動(dòng)中的每一個(gè)階段都會(huì)獲得不同程度的發(fā)展，并呈現(xiàn)出逐步深化的特點(diǎn)[1]。

3.深刻性。深刻性主要體現(xiàn)在化學(xué)高階思維活動(dòng)中學(xué)習(xí)者思考的深度和廣度兩個(gè)方面。深度表現(xiàn)為學(xué)習(xí)者思考問題能夠透過現(xiàn)象看本質(zhì)，掌握事物發(fā)展的本質(zhì)規(guī)律，并且能夠預(yù)測(cè)其未來發(fā)展的方向；廣度則表現(xiàn)為學(xué)習(xí)者思考問題能夠綜合考慮各方面因素，并能夠進(jìn)行周密的邏輯推理，以思考出可行的解決方案[1]。

（三）化學(xué)高階思維的結(jié)構(gòu)要素

鑒于化學(xué)高階思維結(jié)構(gòu)要素劃分的研究較少，本研究在梳理幾種頗具影響力的高階思維結(jié)構(gòu)要素劃分的基礎(chǔ)上，嘗試著對(duì)化學(xué)高階思維的結(jié)構(gòu)要素進(jìn)行劃分。

1.教育視角下高階思維結(jié)構(gòu)的劃分。布魯姆將教育目標(biāo)按照難易程度劃分為知識(shí)、理解、應(yīng)用、分析、綜合、評(píng)價(jià)六個(gè)層次[9]，并將前三個(gè)層次視為低階思維，后三個(gè)層次視為高階思維[10]。布魯姆的教育目標(biāo)分類說為教師教學(xué)的自我評(píng)價(jià)帶來了便捷。但也有研究者對(duì)此提出質(zhì)疑，認(rèn)為從思維的定義出發(fā)，概念的理解是抽象間接的，需要經(jīng)過復(fù)雜的認(rèn)知加工，因此，理解應(yīng)當(dāng)歸屬于高階思維[11]。

2.心理學(xué)視角下高階思維結(jié)構(gòu)的劃分。斯滕伯格從認(rèn)知心理學(xué)視角提出了成功智力理論，認(rèn)為成功的智力是用以達(dá)到人生主要目標(biāo)的能力，主要包括三種形態(tài)的智力能力：分析性智力、創(chuàng)造性智力和實(shí)踐性智力，這三種智力能力亦即高階思維能力[10]。認(rèn)知心理學(xué)主要是通過行為類型對(duì)高階思維結(jié)構(gòu)進(jìn)行劃分，因此問題解決、創(chuàng)造性思維、決策、元認(rèn)知便被認(rèn)為是認(rèn)知心理學(xué)視角下高階思維的代名詞[8]。

3.學(xué)科視角下高階思維結(jié)構(gòu)的劃分。當(dāng)前針對(duì)具體學(xué)科的高階思維結(jié)構(gòu)的研究相對(duì)較少，較有影響力的有：孫宏志等在借鑒林崇德的思維結(jié)構(gòu)理論框架的基礎(chǔ)上，將語文高階思維劃分為批判思維能力、創(chuàng)造性思維能力、語文學(xué)習(xí)自我效能、他人情感支持以及自我調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)等五個(gè)結(jié)構(gòu)要素，這種劃分將認(rèn)知要素與情感要素緊密結(jié)合，體現(xiàn)了思維發(fā)展的過程，但缺乏學(xué)科特色[1]；郭金花等利用實(shí)證分析，將化學(xué)高階思維劃分為化學(xué)實(shí)驗(yàn)思維、化學(xué)模型思維、化學(xué)微觀思維、化學(xué)守恒思維和化學(xué)創(chuàng)新思維等要素，這種劃分結(jié)果雖然凸顯了化學(xué)學(xué)科特性，但忽視了高階思維的過程性[12]。

有鑒于此，本研究依據(jù)《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡(jiǎn)稱“新課標(biāo)”）中對(duì)學(xué)生思維能力的要求，在借鑒林崇德的思維結(jié)構(gòu)理論框架和姜玉蓮對(duì)高階思維結(jié)構(gòu)因子表征的基礎(chǔ)上，結(jié)合化學(xué)學(xué)科的課程學(xué)習(xí)特點(diǎn)，將化學(xué)高階思維劃分為化學(xué)表征思維、模型建構(gòu)思維、化學(xué)實(shí)驗(yàn)思維、質(zhì)疑批判思維以及遷移創(chuàng)造思維，具體內(nèi)涵如表1所示。

表1.化學(xué)高階思維構(gòu)成要素

三、基于化學(xué)高階思維培養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)

（一）基于化學(xué)高階思維培養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)思路

培養(yǎng)高階思維最好的方式是將其融入教學(xué)活動(dòng)中[10]。那么，什么樣的教學(xué)模式能夠有效培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)高階思維呢？通過對(duì)文獻(xiàn)梳理發(fā)現(xiàn)，基于高階思維培養(yǎng)的教學(xué)模式主要具有以下特征：以學(xué)生為主體，以充滿挑戰(zhàn)性的、開放性的問題為載體，鼓勵(lì)學(xué)生探究與創(chuàng)新，注重知識(shí)、思維的生成過程，倡導(dǎo)方案的多樣性等。據(jù)此，本研究提出了基于化學(xué)高階思維培養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)思路：創(chuàng)設(shè)情境，導(dǎo)入主題；表征問題，構(gòu)想方案；質(zhì)疑批判，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；建構(gòu)模型，深化思維；遷移運(yùn)用，實(shí)踐創(chuàng)新（具體內(nèi)涵如表2所示）。

表2.基于化學(xué)高階思維培養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)思路

（二）“雙液原電池”教學(xué)設(shè)計(jì)

本節(jié)課內(nèi)容選自《普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書·化學(xué)·選修4》第四章第一節(jié)“原電池”。“新課標(biāo)”對(duì)它的學(xué)習(xí)要求為：“通過銅鋅雙液原電池等案例素材，組織學(xué)生開展分析解釋、推論預(yù)測(cè)、設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)等學(xué)習(xí)活動(dòng)，探究雙液原電池的構(gòu)成及工作原理。”[13]該部分內(nèi)容既是解決單液原電池放電不穩(wěn)定問題的進(jìn)一步學(xué)習(xí)，也是之后要學(xué)習(xí)的金屬的腐蝕與防護(hù)以及電解池原理等重要知識(shí)的基礎(chǔ)。它在化學(xué)知識(shí)學(xué)習(xí)中起到承上啟下的作用，是學(xué)生需要重點(diǎn)掌握的內(nèi)容。

1.教學(xué)目標(biāo)。通過實(shí)驗(yàn)探究鹽橋的構(gòu)成與作用，理解雙液原電池具有穩(wěn)定性的原因。通過小組探討雙液原電池的工作原理，構(gòu)建雙液原電池理論模型。通過設(shè)計(jì)電壓電流更大的類石墨烯電池，學(xué)會(huì)運(yùn)用雙液原電池的工作原理知識(shí)解決實(shí)際問題。

2.評(píng)價(jià)目標(biāo)。通過對(duì)“鹽橋的構(gòu)成與作用”實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)與實(shí)施，診斷并發(fā)展學(xué)生的化學(xué)實(shí)驗(yàn)思維與批判質(zhì)疑思維。通過記錄由不同溶液鹽橋制成的雙液原電池的電流變化，對(duì)鹽橋作用機(jī)理的解釋以及雙液原電池放電過程中電極反應(yīng)式的書寫，診斷并發(fā)展學(xué)生的化學(xué)表征思維。通過建構(gòu)雙液原電池模型和實(shí)驗(yàn)探究模型，并論證自主設(shè)計(jì)的雙液原電池驗(yàn)證模型的科學(xué)性，診斷并發(fā)展學(xué)生的化學(xué)模型建構(gòu)思維。通過運(yùn)用雙液原電池工作原理的知識(shí)解決生活、生產(chǎn)中的實(shí)際問題，診斷并發(fā)展學(xué)生的遷移創(chuàng)造思維。

3.教學(xué)設(shè)計(jì)思路?！半p液原電池”教學(xué)設(shè)計(jì)思路如圖1所示。

圖1.“雙液原電池”教學(xué)設(shè)計(jì)思路

4.教學(xué)流程

第一，創(chuàng)設(shè)情境，導(dǎo)入主題

【播放視頻1】國(guó)防大學(xué)教授張召忠在演說《中國(guó)創(chuàng)造》中說到，由被稱為“神奇的材料”的石墨烯所制成的電池具有充電量大且持續(xù)穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。石墨烯手機(jī)充電5秒鐘，可以使用1周；石墨烯新能源汽車，充電10分鐘，可以續(xù)航1 000公里。

【教師活動(dòng)】從視頻1中我們發(fā)現(xiàn)石墨烯具有充電量大且持續(xù)穩(wěn)定的特點(diǎn)。利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器中的電流傳感器和溫度傳感器對(duì)銅鋅原電池的工作效率進(jìn)行了探究，得到了兩段曲線[14]。

【教師活動(dòng)】通過第一段曲線，我們能得出什么結(jié)論？

【學(xué)生活動(dòng)】單液的銅鋅原電池效率不高，電流在較短的時(shí)間內(nèi)就會(huì)衰減。

【教師活動(dòng)】通過第二段曲線，從能量轉(zhuǎn)換的角度來看，我們能得出什么結(jié)論？

【學(xué)生活動(dòng)】單液的銅鋅原電池其能量轉(zhuǎn)換過程中，化學(xué)能一部分轉(zhuǎn)換為電能，但是很快更多的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成熱量耗散了，造成電解質(zhì)溶液的溫度升高。

【教師活動(dòng)】從視頻1中我們發(fā)現(xiàn)石墨烯具有充電量大且持續(xù)穩(wěn)定的特點(diǎn)。接下來請(qǐng)觀看視頻2，看看同學(xué)們能發(fā)現(xiàn)什么值得探究的問題。

【播放視頻2】銅鋅單液原電池實(shí)驗(yàn)視頻。

【學(xué)生活動(dòng)】觀看視頻，并積極思考。

【提出問題】為什么單液原電池放電時(shí)電流迅速變小，不穩(wěn)定，而石墨烯電池卻具有持續(xù)穩(wěn)定的特性呢？

【教師活動(dòng)】其實(shí)石墨烯電池與我們今天要學(xué)習(xí)的另一種電池有關(guān)——“雙液原電池”。

【板書】雙液原電池

本環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)意圖：本環(huán)節(jié)以最新科技知識(shí)導(dǎo)入學(xué)習(xí)主題，并將石墨烯具有穩(wěn)定性的特點(diǎn)與單液原電池放電不穩(wěn)定的特點(diǎn)形成對(duì)比，制造認(rèn)知沖突，不僅能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還能讓學(xué)生感受到化學(xué)與科技的聯(lián)系，完善學(xué)生對(duì)化學(xué)的認(rèn)知，這為化學(xué)高階思維的發(fā)展奠定了情感基礎(chǔ)。

第二，表征問題，構(gòu)想方案

【教師活動(dòng)】在探討為什么石墨烯電池具有穩(wěn)定性之前，我們來回顧下單液原電池的原理以及放電不穩(wěn)定的原因。

【師生討論】單液原電池放電不穩(wěn)定的原因：鋅單質(zhì)和CuSO4直接接觸，導(dǎo)致Cu2+沒有完全在Cu電極上得電子，部分在鋅棒上生成，覆蓋在鋅棒上，阻礙了原電池放電。此外，單液原電池部分Cu2+在鋅棒上發(fā)生置換反應(yīng)，放熱，從而使鋅棒電阻變大，電流變小。

【教師活動(dòng)】雙液原電池是如何克服這些缺點(diǎn)的呢？請(qǐng)同學(xué)們閱讀教材，觀察雙液原電池與單液原電池實(shí)驗(yàn)裝置有什么不同？

【學(xué)生活動(dòng)】閱讀教材并思考。

【師生交流】雙液原電池與單液原電池的不同主要在于雙液原電池有鹽橋，它使負(fù)極區(qū)和正極區(qū)分開了。那鹽橋到底是由什么構(gòu)成的，以及如何起作用的呢?由此確定我們今天的探究任務(wù)為：鹽橋的構(gòu)成及作用。

【板書】一、鹽橋的構(gòu)成及作用。

【教師提問】請(qǐng)同學(xué)們針對(duì)我們探究的問題設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。

【教師活動(dòng)】提供實(shí)驗(yàn)藥品、儀器（如表3）、資料卡片。

表3.實(shí)驗(yàn)藥品與儀器

【學(xué)生活動(dòng)】查閱資料卡片，設(shè)計(jì)方案，并開展小組交流討論，優(yōu)化并篩選出最佳實(shí)驗(yàn)方案。

本環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生對(duì)發(fā)現(xiàn)的化學(xué)問題進(jìn)行剖析，將石墨烯具有穩(wěn)定性的原因轉(zhuǎn)化為探究鹽橋的構(gòu)成及作用，使學(xué)生進(jìn)一步明確所需探究問題的具體任務(wù)。同時(shí)，讓學(xué)生整合提供的信息以及結(jié)合已有知識(shí)與方法設(shè)計(jì)探究鹽橋的構(gòu)成與作用的實(shí)驗(yàn)方案，并優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案，以培養(yǎng)學(xué)生思維的深刻性與批判性。

第三，質(zhì)疑批判，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

【教師活動(dòng)】組織學(xué)生展示設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案，如表4所示。

【學(xué)生活動(dòng)】小組代表分享方案，其他小組學(xué)生根據(jù)有關(guān)資料質(zhì)疑、分析、評(píng)價(jià)展示的方案，并對(duì)其提出修改意見，從而得出最佳的實(shí)驗(yàn)方案。

表4.探究鹽橋的構(gòu)成與作用的實(shí)驗(yàn)方案

【學(xué)生實(shí)驗(yàn)】根據(jù)最佳實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，觀察并記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

【教師活動(dòng)】利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器中的電流傳感器和溫度傳感器對(duì)有鹽橋相連的銅鋅雙液原電池的工作效率進(jìn)行了探究，得到了兩段曲線[14]。通過與之前單液的銅鋅原電池相比較，可以發(fā)現(xiàn)，使用了鹽橋的原電池的電流大小在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定，沒有衰減，電解液的溫度也沒有變化?；谧C據(jù)可以說明，使用了鹽橋的雙液原電池比單液原電池能量轉(zhuǎn)換效率更高。

【師生歸納】由實(shí)驗(yàn)可得，鹽橋是由不移動(dòng)載體和自由移動(dòng)離子構(gòu)成。且選擇鹽橋時(shí)，需要注意鹽橋溶液不能與電池溶液反應(yīng)。

鹽橋的作用：①連接內(nèi)電路，形成閉合回路；②平衡電荷，使原電池不斷產(chǎn)生電流；③將還原劑Zn和氧化劑Cu2+分開，避免了兩者直接反應(yīng)，因此放電穩(wěn)定。

【師生討論】結(jié)合單液原電池放電原理，分析銅鋅雙液原電池放電原理，并寫出銅鋅雙液原電池的電極反應(yīng)式。

【學(xué)生活動(dòng)】書寫電極反應(yīng)式。

負(fù)極（鋅片）：Zn－2e-=Zn2+（氧化反應(yīng)）

正極（銅片）：Cu2++2e-=Cu（還原反應(yīng)）

電池反應(yīng)（總離子方程式）：Zn+Cu2+=Zn2++Cu

本環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)意圖：本環(huán)節(jié)是高階思維發(fā)展的中心環(huán)節(jié)。首先，學(xué)生基于已有認(rèn)知，對(duì)于呈現(xiàn)的關(guān)于探究鹽橋的構(gòu)成與作用的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行論證和評(píng)價(jià)，旨在培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑批判思維；接著，學(xué)生根據(jù)質(zhì)疑與批判的結(jié)果對(duì)原先的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行改進(jìn)和實(shí)施，以獲知鹽橋的組成與作用，在這一過程中培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)實(shí)驗(yàn)思維；最后，學(xué)生從宏觀觀察不同鹽橋的導(dǎo)電效果，從微觀分析鹽橋作用的本質(zhì)，以及書寫銅鋅雙液原電池電極反應(yīng)式，旨在培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)表征思維。

第四，建構(gòu)模型，深化思維

【教師活動(dòng)】請(qǐng)同學(xué)們觀看銅鋅雙液原電池裝置、結(jié)合原電池放電原理，構(gòu)建雙液原電池的模型，并梳理歸納前面實(shí)驗(yàn)探究的思路。

【學(xué)生活動(dòng)】回顧所學(xué)知識(shí)構(gòu)建雙液原電池的模型，梳理探究思路。

【教師講解】模型構(gòu)建（如圖2），梳理歸納前面實(shí)驗(yàn)探究的思路。

【板書】二、雙液原電池放電原理。

負(fù)極：還原劑-ne-=氧化產(chǎn)物（氧化反應(yīng)）正極：氧化劑+ne-=還原產(chǎn)物（還原反應(yīng)）。

【教師提問】接下來請(qǐng)同學(xué)們通過具體實(shí)例來驗(yàn)證“雙液原電池”理論模型的正確性。請(qǐng)小組討論如何將氧化還原反應(yīng)2Fe3++2I-=2Fe2++I2設(shè)計(jì)成帶鹽橋的原電池，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，寫出其電極反應(yīng)式。

【學(xué)生活動(dòng)】討論并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，書寫電極反應(yīng)式。

【教師追問】同學(xué)們能否將該可逆反應(yīng)2Fe3++2I-=2Fe2++I2設(shè)計(jì)為與剛剛電流偏轉(zhuǎn)方向相反的雙液原電池呢？說出你的實(shí)驗(yàn)方案并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

本環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)意圖：本環(huán)節(jié)通過對(duì)前面學(xué)習(xí)內(nèi)容、探究思路的梳理歸納，引導(dǎo)學(xué)生從個(gè)案知識(shí)的學(xué)習(xí)中總結(jié)歸納出一般性知識(shí)，從而構(gòu)建形象化的“雙液原電池”理論模型以及抽象化的探究思路模型，旨在培養(yǎng)學(xué)生的模型建構(gòu)思維。接著運(yùn)用模型自主設(shè)計(jì)雙液原電池并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，旨在鞏固學(xué)生對(duì)雙液原電池原理知識(shí)的掌握，強(qiáng)化學(xué)生的化學(xué)模型建構(gòu)思維。

第五，遷移運(yùn)用，實(shí)踐創(chuàng)新

【展示思考題】

①市場(chǎng)上出售的“熱敷袋”的主要成分為鐵粉、炭粉、木屑、少量氯化鈉和水等?！盁岱蟠眴⒂弥坝盟芰洗蛊渑c空氣隔絕，啟用時(shí)，打開塑料袋輕輕揉搓就會(huì)放出熱量。使用完后，會(huì)發(fā)現(xiàn)有大量鐵銹存在。請(qǐng)同學(xué)們分析“熱敷袋”中各個(gè)成分的作用。

②石墨烯電池不僅穩(wěn)定，而且還有充電量大的功能。假如你是一位設(shè)計(jì)師，請(qǐng)依據(jù)石墨烯平面結(jié)構(gòu)以及雙液原電池的理論知識(shí)，在點(diǎn)滴板上，把Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu設(shè)計(jì)為電流電壓更大的類石墨烯化學(xué)電源（見圖3）。

【學(xué)生活動(dòng)】思考，探討交流。

本環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生運(yùn)用雙液原電池的原理知識(shí)分析熱敷袋主要成分的作用，以及綜合多學(xué)科知識(shí)設(shè)計(jì)電壓電流更大的類石墨烯電池，旨在培養(yǎng)學(xué)生的遷移創(chuàng)造思維和問題解決能力。

圖3.“雙液原電池”應(yīng)用設(shè)計(jì)

四、本教學(xué)設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)

第一，以真實(shí)情境為背景。“新課標(biāo)”將“倡導(dǎo)真實(shí)問題情境的創(chuàng)設(shè)”作為高中化學(xué)課程的基本理念之一，這是因?yàn)閯?chuàng)設(shè)真實(shí)的化學(xué)教學(xué)情境有助于學(xué)生搞清“為何學(xué)化學(xué)？如何學(xué)化學(xué)？化學(xué)和生活有何聯(lián)系？”等問題。有鑒于此，本節(jié)課選擇了“石墨烯”這一高科技的情境背景開展教學(xué)設(shè)計(jì)，對(duì)“雙液原電池的工作原理”進(jìn)行了討論，使用了情景中呈現(xiàn)知識(shí)的教學(xué)方式，這不僅能夠激發(fā)學(xué)習(xí)者的認(rèn)知需要，產(chǎn)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和學(xué)習(xí)興趣[15]，還有助于學(xué)生實(shí)現(xiàn)在真實(shí)的問題情境中完成化學(xué)知識(shí)體系的建構(gòu)，為后續(xù)學(xué)生化學(xué)高階思維的培養(yǎng)創(chuàng)造基礎(chǔ)和條件。第二，以實(shí)驗(yàn)探究為關(guān)鍵。實(shí)驗(yàn)探究是一種重要的科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)，其本身便是化學(xué)核心素養(yǎng)之一，而進(jìn)行探究教學(xué)時(shí)不能僅僅關(guān)注過程和環(huán)節(jié)，還要將探究教學(xué)與創(chuàng)新能力培養(yǎng)通過高階思維能力建立起本質(zhì)上的聯(lián)系，如此才能將科學(xué)探究教學(xué)與創(chuàng)新能力培養(yǎng)落到實(shí)處[16]。本教學(xué)設(shè)計(jì)聚焦于“石墨烯電池為何具有穩(wěn)定性”這一探究性問題，通過引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)、操作、比較與評(píng)價(jià)，在實(shí)驗(yàn)探究解決問題的過程中建立專屬學(xué)生自己的知識(shí)體系，并在此過程中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力[17]及化學(xué)高階思維。第三，以批判質(zhì)疑為核心。批判質(zhì)疑是化學(xué)高階思維的核心要素。有學(xué)者提出“批判質(zhì)疑存在于感知與發(fā)現(xiàn)問題階段、分析與表征問題階段、構(gòu)想解決方案階段、處理信息與分配資源階段、監(jiān)控與評(píng)估階段，并在上述階段中得以發(fā)展”[1]。在本教學(xué)設(shè)計(jì)中，無論是在表征化學(xué)問題，還是在優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案，亦或是在開展實(shí)驗(yàn)等階段中，批判質(zhì)疑均融入其中，充分體現(xiàn)了“高階思維的培養(yǎng)與發(fā)展要‘沉浸’在各學(xué)科教學(xué)活動(dòng)之中”的理念[18]。