基于批判性思維的“原電池的工作原理”教學研究

高碧風　許玉明

［摘 要］批判性思維是創新人才的必備品質。“原電池的工作原理”是中學電化學核心知識，教師可應用基于批判性思維的教學模型開展教學，通過“宏觀感知，觸發質疑”“微觀探析，解決問題”“建構模型，理解概念”以及“應用模型，深化概念”等四個環節培養學生的批判性思維。

［關鍵詞］原電池；批判性思維；教學研究

［中圖分類號］? ? G633.8? ? ? ? ［文獻標識碼］? ? A? ? ? ? ［文章編號］? ? 1674-6058（2024）05-0060-04

批判性思維是指個體通過自己的判斷分析、論證推理，對所面臨的各種事件、所面對的不同觀點主動質疑，質疑自己在決策過程中的準確性、客觀性及公正性，進而做出恰當決策的思維過程［1］。批判性思維并非學科知識點，即使教師講解批判性思維，學生知曉批判性思維的含義，也不會由此而成為有批判性思維的人。批判性思維是在社會文化生活和學校教學中潛移默化形成的，批判性思維的培養能夠促進學生核心素養的形成，因此在中學教學中研究能夠發展學生批判性思維的教學策略有著重要的實際意義。

文章梳理“批判性思維”的內涵，闡述其教育功能價值，展示其在中學化學教學中的實踐策略，期望能為基于批判性思維的教學研究提供一些借鑒。

一、批判性思維的內涵

批判性思維源自蘇格拉底的反詰法，發展于杜威的反省性思維，運用于21世紀素養導向的課程改革，成為教育的新目標。批判性思維由批判性思維意識和批判性思維能力兩部分構成［2］。批判性思維意識是基礎與前提，主要包括質疑、開放、探究、反思等四個方面［3］；批判性思維能力是核心與關鍵，包含研討與界定、分析與論證、審查與歸納、拓展與延伸等四個方面。批判性思維包含的具體內容如表1所示。

由表1可知，批判性思維是個體以質疑為基礎和前提，通過能動的思考，判斷所學內容的合理性、準確性、可信性以及產生的背景、論據、方法、評價等而產生的思維認知過程。教師在課堂教學中既要鼓勵學生大膽提問題，又要支持學生共同分析問題、研究問題，進而解決問題。

二、基于批判性思維的教學設計模型

培養學生在學習中堅持主動思考、理性分析、找到證據、邏輯推理、適時反思，進而做出合理判斷的批判性思維的教學，指向學生解決問題能力的提高。這樣的教學過程凸顯批判性思維的特質，讓學生在螺旋遞進的思維過程中解決問題；教學過程環環相扣、層層遞進，有助于學生思維從低階向高階的發展，達到舉一反三的教學效果。基于批判性思維的教學設計，可以歸納為包括四個環節的教學設計模型，具體如圖1所示。

下面以蘇教版高中化學教材《化學反應原理》中的“原電池的工作原理”教學為例，展示基于批判性思維的教學過程。

三、教學策略及教學片段

（一）宏觀感知，觸發質疑，激發批判性思維：培養“研討與界定”能力

該環節重在鼓勵學生充分參與，引發學生的思維沖突，引導學生分享質疑，進而提升學生的“研討與界定”能力。

【教學片段1】

［教師活動］講授新課前，先通過智學網推送課前預習資料。

資料1：比亞迪研發的刀片電池量產，技術瓶頸不斷被突破。目前，新能源汽車有了更強的動力，續航里程更長，安全性也更好。展示刀片電池的結構示意圖。

資料2：1800年伏打發表論文《論不同導電物質接觸產生的電》，用鋅片、銀片以及浸透鹽水的絨布制成世界上第一個伏打電池。展示伏打電池的結構示意圖。

資料3：蘇教版高中化學教材必修第二冊“化學能轉化為電能”中的銅鋅原電池。

［學生活動］

思考一： 哪些能量可以轉化為電能？

思考二： 產生電流需要哪些條件？

思考三： 結合蘇教版教材必修第二冊中的“化學能轉化為電能”知識內容，說說構成原電池的條件有哪些。

［分析］這三道思考題層層深入。教師可利用智學網對學生的答題狀況進行分析匯總，了解學生閱讀資料并提取有效信息的能力以及應用已學知識來解決實際問題的能力。

［教師活動］授課時，給每個小組準備玩具小車，布置學生用鋅片、銅片、硫酸銅和適當的器材搭建銅鋅原電池，看能否讓玩具小車持續穩定地跑起來。

［教師提問］單液原電池能驅動玩具小車（如圖2）嗎？

［學生活動］小組合作搭建單液銅鋅原電池（裝置結構如圖3），并將玩具小車與原電池連接形成回路。玩具小車能夠跑起來，但很快停止。

［資料］理論上，鋅片變細，銅片表面有大量銅析出。但實驗中銅片表面析出的銅很少，而鋅片表面析出大量疏松的銅。1836年，科學家丹尼爾把銅片插入硫酸銅溶液中，把鋅片插入硫酸鋅溶液中，用鹽橋連接兩種溶液，制出雙液原電池。

［教師提問］雙液原電池能驅動玩具小車嗎？

［學生活動］小組合作搭建雙液銅鋅原電池（裝置結構如圖4），并將玩具小車與原電池連接形成回路。玩具小車不動；接入電流表，指針偏轉。

［學生活動］

思考一： 對上述兩種原電池的反應原理進行分析和對比，二者是否一樣？

思考二：上述兩種原電池在反應中的電流分別有什么變化？電解質溶液的溫度分別有什么變化？

思考三：上述兩種原電池都不能使玩具小車持續跑動，可能是什么原因？

設計意圖：用伏打電池和前沿科技刀片電池創設情境，引發學生的興趣；通過單液、雙液原電池驅動玩具小車失敗的實驗現象，使學生產生認知沖突，進而展開小組討論，提出疑問；讓學生在解讀信息和批判分析的基礎上，對自己的觀點和分析推理過程進行闡述，激發學生的批判性思維，在交流過程中培養學生的“研討與界定”能力。

（二）微觀探析，解決問題，推動批判性思維：培養“分析與論證”能力

批判性思維中的分析論證是指，在重新定義、做必要擴展、剔除歧義觀點、界定適用范圍之前，準確地認識事實，弄清信息和觀點，同時反思局限性。對于有效設問，需要學生結合已有的知識水平，深入思考，嚴謹分析，有效推理，描述并解釋客觀現象，努力完成自我思維的推進。

例如，在“原電池的工作原理”教學中，通過數字傳感器將微觀過程可視化，指導學生收集信息、分析與論證，有層次地設計教學活動，引導學生理解并建構原電池概念，達成化學學科核心素養發展目標。

【教學片段2】

［學生活動］使用電流傳感器和溫度傳感器展開分組實驗，測量原電池在反應過程中的電流和電解質溶液的溫度，分析實驗測得的電流-時間曲線和溫度-時間曲線；以上實驗步驟分別用單液原電池和雙液原電池來完成。

［教師小結］單液原電池的初始電流強度大，但迅速衰減，且溫度快速升高，說明能量轉化率比較低，因此開始時玩具小車能夠跑動，但很快停止。雖然雙液原電池具有穩定的電流和較高的能量轉化率，但是電流微小，因此電流表指針發生偏移，而玩具小車紋絲不動。

［學生提議］鹽橋的電路長，導電截面積小，內阻較大，可以嘗試改成輕薄的材料。

［教師提問］長度盡量小，可以多小？截面積盡量大，可以多大？

［學生活動］用濾紙代替鹽橋，長度小，面積大。

［資料］離子交換膜能達到要求。用浸有電解質溶液的濾紙替代電解質溶液，得到內阻更小的電池——離子交換膜電池（裝置結構如圖5）。

[M][Zn片][濾紙][離子交換膜][濾紙][Cu片]

圖5 離子交換膜電池

［學生活動］利用電流傳感器和溫度傳感器探究離子交換膜電池工作過程中的電流和溫度變化，將玩具小車與離子交換膜電池連接形成回路。

［現象］離子交換膜電池電流強度大，而且短時間內不衰減，玩具小車能持續穩定跑動。

［教師小結］離子交換膜電池電阻低，輸出的電流強度大且穩定，被廣泛地運用。

設計意圖：通過利用數字傳感器，將實驗中電流和溫度的變化定量化。引導學生依據物理學科知識，將內阻作為證據推理的依據，從宏觀、微觀兩個維度獲得證據，對單液原電池的局限性進行評價，由此檢測學生的證據推理意識、微觀探析能力和批判性思維水平。為解決單液原電池電流不穩定的問題，搭建雙液原電池。雙液原電池電流雖穩定但很微小，由此使學生再次產生認知沖突，引導學生運用電阻定律進行分析與論證。通過學生自評、互評和教師評價，促進學生理解雙液原電池的優缺點，學會從宏觀現象、微觀實質和能量變化等多個維度分析問題，使學生的分析與論證能力得到提升，批判性思維得到發展。

（三） 建構模型，理解概念，升華批判性思維 ：培養“審查與歸納”能力

【教學片段3】

［教師提問］請同學們對剛才探究的實驗進行回顧，并就你所理解的原電池工作原理和構成條件談談看法，嘗試總結原電池認知模型。

［學生活動］建構原電池認知模型，各小組匯報并展示成果，交流與評價。

［師生共同小結］原電池原理及其構成條件，原電池認識模型（如圖6）。

[電子導體（導線）][電子e-][陽離子][負極材料][正極材料][還原劑

發生氧化反應

失電子][氧化劑

發生還原反應

得電子][離子導體（電解質溶液

或者熔融電解質）][正極反應物][負極反應物]

圖6 原電池認知模型

設計意圖：本環節中讓學生小組合作，把原電池概念與氧化還原反應知識進行聯系，形成更系統的知識體系，并基于實驗現象、實驗原理等證據，通過分析、推理等方法，深入認識原電池的工作原理；分析概括原電池的裝置要素、原理要素及其相互關系，自主建構原電池的認知模型，形成對電化學過程的系統分析思路，培養“審查與歸納”能力。

（四） 應用模型，深化概念，延續批判性思維 ：培養“拓展與延伸”能力

為了讓學生深入認識原電池，通過設計活動，讓學生運用原電池的認知模型分析真實情境中的原電池，深化概念認知，延續批判性思維，培養“拓展與延伸”能力。

【教學片段4】

［教師提問］近年能源緊張、環境污染問題越發突出，發展新能源已成為熱點。氫氧燃料電池具有容量大、轉化效率高和零排放等優點，發展前景廣闊。其電池總反應為：[2H2+O2=2H2O]；兩個電極反應為：[O2+4H++4e-=2H2O]，[H2-2e-=2H+]。請小組討論氫氧燃料電池的工作原理和裝置組成，并應用原電池認知模型進行分析。

［學生活動］小組討論并繪制氫氧燃料電池示意圖（如圖 7）。氫氧燃料電池中兩個電極的材料是僅起到導電作用的石墨，不參與反應，離子導體稀硫酸也不參與反應。

[導線（電子導體）][氫氣][（負極反應物）][石墨電極

（負極材料）][稀硫酸（離子導體）][石墨電極

（正極材料）][氧氣

（正極反應物）]

圖7 氫氧燃料電池示意圖

［教師小結］氧氣得到電子，氧氣在電池正極參與反應；氫氣失去電子，氫氣在電池負極參與反應；氫氧燃料電池中，電子從負極移向正極。

設計意圖：提供一定信息，便于學生分析氫氧燃料電池正負極反應物；繪制氫氧燃料電池的示意圖，有助于學生建立起宏觀、微觀之間的內在關聯，讓他們更加深入地掌握概念，在解決真實問題的過程中延續批判性思維，培養“拓展與延伸”能力。本環節充分體現化學知識來源于生活（新能源汽車），又回歸生活（燃料電池），滿足學生的學習需求。讓學生將所學知識運用起來，可加深學生對原電池概念的理解，感受化學對促進人類文明進步的重要貢獻，培養學生的科學態度與社會責任等化學學科核心素養。

四、教學建議

（一）研究基于批判性思維的教學設計，融合思維與課程

開展有效的基于批判性思維的教學研究，需明確并細化批判性思維教學目標，讓學生了解在課程學習中發展批判性思維的原則和方法。教師不僅要有豐富的學科知識和技能，對批判性思維也要有充分的認識和理解，能進行嚴密觀察和有效引導，并有意識地合理應用基于批判性思維的教學策略。

（二）打造基于批判性思維的智慧課堂，實現精準化教學

隨著智能技術進入課堂，傳統教學模式已向智慧課堂模式轉變。在智慧課堂上，師生互動立體化、課程資源多樣化、教學決策智能化。課堂要與信息技術相融合，教師要構建智能教學環境，實現精準化教學，促進批判性思維教學的改革與創新。

（三）開展批判性思維追蹤評估，檢驗教學效果

一次教學活動無法持久或實質性地改變學生的思維習慣。筆者建議延長基于批判性思維教學的周期，同時追蹤評估教學效果，檢驗學生能否將批判性思維意識和能力持續遷移到其他方面和日常生活中，進一步完善基于批判性思維教學的設計和實施。

綜上所述，要實現化學教學中學生批判性思維的培養，需要對教學設計、課堂實施、評估指標進行重構和優化，促進學生對知識的深層次理解。我國教育改革持續向前，培養批判性思維的教學還處于探索階段，相信會有更多的探討和研究指向培養批判性思維的教學，而批判性思維的提升會讓學生形成對世界的新的認知。

［? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?］

［1］? 戚業國，孫秀麗.我國普通高中學生批判性思維狀況與教育應對［J］.教師教育研究， 2020（2）：63-70.

［2］? 宋瀟雅.N大學本科生班級導師制實施現狀調查研究［D］.南昌：南昌大學，2020.

［3］? 單世乾，耿秀梅.基于批判性思維能力培養的化學教學研究：以“化學能轉化為電能”教學為例[J].化學教學，2019（9）：61-65.

（責任編輯 羅 艷）