四维解读化学教材 发展学生批判性思维

摘    要：批判性思维能力是一种高阶思维能力，是创新性人才的标志之一。人教版普通高中教科书《化学》中蕴含着培养学生批判性思维能力的丰富素材，需要教师仔细阅读、深入挖掘。具体教学中，教师要以引导学生“如何学”为着眼点深度解读教材文本，以引导学生提出新的实验设想为着眼点深度解读实验素材，以引导学生思考“为什么这样”为着眼点深度解读教材插图，以增进学科理解为着眼点深度解读教材栏目，设计带有诊断并发展学生批判性思维能力的学习任务，训练学生阐释、分析、推理、评估、解释、反思六项技能，最终实现对学生批判性思维能力的培养。

关键词：批判性思维能力；高中化学；人教版教材

2021年9月27日，习近平总书记在中央人才工作会议上指出，要“更加重视科学精神、创新能力、批判性思维的培养教育”。这一论断揭示了科学精神、创新能力、批判性思维能力是创新型人才的“三驾马车”。指向素养发展的《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称“《课程标准》”）指出，要“培育学生勤于实践，敢于质疑，勇于创新”“加强学生对实验中的‘异常’现象和已有结论进行反思、提出质疑和新的实验设想，并进一步付诸实施”。从这些表述来看，化学教学需要加强培养学生敢于质疑、勇于创新等批判性思维能力。人教版普通高中教科书《化学》（以下简称“人教版教材”）中蕴含着培养学生批判性思维能力的丰富素材，那么如何解读教材，发展学生的批判性思维能力呢？

一、批判性思维的技能要素分析

“批判”的英文表述为“critical”，来自希腊语“critic”，意思是“明辨信息以及基于一定标准的判断”。教育界对“批判性思维”形成了本质相同的不同表述。杜威认为，批判性思维是对某种结论进行充分的批判、衡量，给出判断的充分理由后，才接受某种信念或作出结论的思维过程［1］。美国哲学学会研究组织者范西昂团队认为，批判性思维能力表现为阐释、分析、推理和评估，以及对该判断所基于的证据、概念、方法、原则的解释及对背景的考量……并提出在判断过程中所运用的技能主要包括阐释、分析、推理、评估、解释和反思六项［2］。也就是说，培养学生的批判性思维能力可以从训练六项技能着手。

“阐释”指阐明陈述并解释，是对问题的内涵进行清晰准确的表达。“分析”指在头脑中把事物、事件或对象，由整体分解成各个部分或属性，找出隐含的规律、观点或理由。“推理”是由一个或几个已知的判断（前提）推出新判断（结论）的过程。“评估”是指评价估量，是对证据与结论进行评定、审定、研判。“解释”是合理地说明事物变化的原因，事物之间的联系，或者事物发展的规律。“反思”指反过来思考，并进一步质疑和验证。由此可总结出批判性思维能力与其技能及学生行为表现的关系（如表1所示）。

根据以上分析，笔者认为，在高中化学教学中发展学生的批判性思维能力，关键在于训练学生的批判性思维能力的技能。例如，围绕“人类探索发明化学电源并不断改进化学电源”的学习任务线索，进行发展学生批判性思维的教学设计可如图1所示，以电池发展线为线索，开展像学科专家一样思考和实践的学科实践活动，安排3个学习任务。

教师可组织学生认识人类探索原电池大致经历的6个阶段：1780年，伽伐尼与伏打对“生物电”的争论，开启了化学反应会放电的研究先河；1799年，伏打发明化学反应放电的装置伏打电堆，开启了人类使用原电池的先河；1836年，丹尼尔设计锌铜电池（一种双液电池），开启了具有生活生产应用价值的，更稳定、更持续的化学电源电流的研究先河；1842年，本生设计碳锌电池，开启了长期电力不减弱的研究先河，并且让电池进入家庭，被普通民众接受；1859年，勒克朗谢设计干电池，开启了体积小、质量轻、便于携带的生活电源的研究先河；1950年，W.朱达设计膜电池，开启了化学电源朝着人类使用更方便的研究先河。然后，教师提出具体问题让学生讨论，训练学生的批判性思维能力的技能。

问题1：请你结合已学过的知识，尝试建构出伏打电堆的“原电池认知模型”。（训练阐释、解释、评估等技能）

问题2：分析伏打电堆为什么有电流，为什么不稳定，为什么持续放电能力弱。（训练阐释、推理、评估等技能）

问题3：说说丹尼尔双液电池的闭合电路，建构双液电池的认知模型，完善原电池的认知模型。说说丹尼尔双液电池的弊端在哪里。（训练阐释、分析、评估等技能）

二、指向批判性思维能力培养的教材解读策略

人教版教材在结构上由正文、实验、插图、栏目、练习与应用、整理与提升、复习与提高、实验活动等组成，其中实验、插图、栏目根据内容需要插入正文中。教材内容注重对学生科学精神、创新能力和批判性思维能力的培养。在教学中，笔者有以下深度解读教材的行动建议。

（一）以引导学生“如何学”为着眼点，深度解读教材文本

教材是教师教与学生学的最主要素材来源。教师对教材的深度解读能力，直接影响课堂中的真实情境创设，学习任务设计，学习活动展开，教、学、评一体化落实，批判性思维能力训练以及学科核心素养培育。在深度解读教材文本的行动中，教师要以学生“如何学”为着眼点，创设与文本内容相适合的真实情境，深度挖掘教材文本中蕴含批判性思维能力的内容，设计学习任务，引导学生在学习任务的驱动下，开展阐释、分析、推理、评估、解释、反思等批判性思维能力的技能训练。

比如，人教版教材选择性必修2《物质结构与性质》第一章第一节《原子结构》，教材编写者以化学学科发展史上科学家不断证伪原子的“构造原理”为线索，基于学生已学的原子结构知识，揭示了原子核外电子运动状态所遵循的规律。因此，这节内容蕴含了丰富的批判性思维能力培养素材。但由于受到应试教育的影响，教师往往理所当然地组织学生去努力学会书写基态原子的核外电子排布，而对构造原理和能层、能级、基态、激发态、原子光谱、能级交错、电子云、原子轨道、泡利原理、洪特规则、能量最低原理等概念则只是简单地进行灌输，这就造成学生缺乏对这些概念的阐释、分析、推理、评估、解释、反思的批判性思维能力的技能训练，使课堂中缺失了学生高阶思维的参与。笔者认为，可将包含具体的批判性思维能力技能训练的学习任务进行如下设计。

【情境】观看“原子结构的奥秘”视频（介绍人类探索原子结构的历程，包括构造原理，基础的量子理论的提出与发展）。

［师生活动］看完视频后，学生感悟科学家对微观粒子的研究还处于初级阶段，原子结构还有很多奥秘未解开，对人类来讲，原子核外的电子运动还是一个谜团。教师适时提出如下问题。

问题1：回顾视频内容，结合你已学过的知识，说说人类对原子结构的探索经历了几个阶段，各阶段的代表科学家是谁，他们提出的原子结构模型有哪些特征。

问题2：在初中、高一，我们已学过原子结构，为什么还要继续学习原子结构？你对原子结构存在哪些困惑？

问题3：根据已学过的知识，你认为钙原子核外第三层（M层）排9个电子，最外层（N层）排1个电子，可以吗？根据已学过的知识，你能书写出Fe原子的核外电子排布吗？

设计意图：上述三个问题，问题1是训练学生批判性思维中的阐释技能，学生需要阐释德谟克利特、道尔顿、汤姆生、卢瑟福、玻尔、洪特、马德隆等人对原子、原子结构、原子构造原理的探索。问题2是训练学生反思、评估的批判性思维能力的技能，学生在阐释初中、高一已学过的原子核外电子排布规律后，经过反思、评估，会有许多困惑，比如第一层（K层）为什么最多排2个电子，第二层（L层）为什么最多排8个电子，第三层（M层）为什么最多排18个电子，而当M层为最外层时，最多又只能排8个电子等。问题3让学生根据已学过的原子核外电子排布规律，分析、推理Ca原子核外电子排布，学生会认为Ca原子核外第三层（M层）排9个电子，最外层（N层）排1个电子，也是可以的，而且Fe原子核外电子排布也不唯一，这就与事实相冲突，以此训练学生分析、推理、评估、解释等批判性思维能力的技能。如此，通过问题引发学生认知冲突，学生就会主动开展探究。

问题4：同一电子层的电子能量一样吗？阅读教材，阐释“构造原理与电子排布式”。解释不同学生写出的不同Fe原子核外电子排布方式错在哪里。

问题5：根据“构造原理与电子排布式”，你能写出Cr原子的核外电子排布式吗？比较元素周期表中Cr的价层电子排布，你有什么困惑？

［学生活动］按照Fe原子的核外电子排布书写要求，发现Cr的核外电子排布式与元素周期表中Cr的价层电子排布式不一样。

问题6：请你阐释泡利原理、洪特规则、能量最低原理。据此，分析、解释元素周期表中Cr的价层电子排布式；推理并写出Cu的核外电子排布式。

问题7：我国著名的化学家徐光宪根据光谱数据，结合前人对原子结构的研究成果，形成了各能级能量高低的规则，即能级能量高低=能层序数+0.7×能级（各能级取值：s=0；p=1；d=2；f=3）。他还总结出了离子各能级能量高低规则，即离子能级能量高低=能层序数+0.4×能级（各能级取值：s=0；p=1；d=2；f=3）。通过计算，请你阐释原子核外的3d能级与4s能级的能量哪个高，离子核外的3d能级与4s能级的能量哪个高。（学生发现离子核外的3d能级比4s能级的能量低，而原子核外3d能级比4s能级的能量高）为什么？

以上学习任务设计，遵循学生运用逻辑推理否定旧观点，阐释新观点，解释新事实，再到运用分析、评估、反思形成新认知模型的认知过程。整个过程中，从发现问题、提出问题、反思旧知、阐释新知，到应用新知分析、推理、解释、评估、解决问题，都体现了批判性思维能力的技能要素训练。

（二）以引导学生提出新的实验设想为着眼点，深度解读实验素材

以实验为基础是化学学科的最重要特征，化学实验对发展学生的批判性思维能力有着不可替代的作用。教师可以从实验药品、实验操作、实验现象的宏观辨析、实验原理的微观探析、实验结论多元表达等角度，引导学生提出质疑和新的实验设想，并以此为着眼点，深度解读教材中的实验教学素材，设置批判性学习任务，训练学生的批判性思维能力的技能。

如对人教版教材选择性必修3《有机化学基础》第64页“【实验3-6】苯酚的显色反应”，待学生完成分组实验后，教师可以从质疑实验现象的宏观辨识、实验原理的微观探析、实验药品等角度，安排相关批判性思维能力技能训练的学习任务，组织开展学习活动。如：苯酚与FeCl3作用的化学原理是什么？为什么反应后溶液的酸性显著增强（属于实验现象的宏观辨识）？你能设计实验证明反应后溶液酸性增强了吗（教材中没有离子方程式表达，可以组织学生讨论苯酚与FeCl3反应的离子方程式书写，发现苯酚与FeCl3反应后溶液的酸性显著增强）？实验得到的哪些事实说明苯酚的显色反应是Fe3+引起的，而不是Cl-引起的（属于实验原理的微观探析）？改用Fe2（SO4）3是否也会出现相同实验现象（属于实验药品质疑）？实验结果发现向苯酚中加入Fe2（SO4）3后，溶液未变紫色，对于此时实验中出现的“异常”现象，教师可以组织学生提出新的实验设想，开展如下探究活动。

问题：向苯酚中加入FeCl3显紫色，加入Fe2（SO4）3未变紫色。是SO42-干扰的原因，还是Cl-对显色有促进作用呢？设计新的实验证明你的猜想。

［实验］向苯酚溶液中加入FeCl3后，呈紫色，再加入少量NaSO4粉末，紫色变浅；向苯酚溶液中加入Fe2（SO4）3后未变紫色，再加入NaCl固体，没有明显现象，改为加入适量BaCl2固体（将溶液中的SO42-转变为Cl-），发现溶液呈紫色；向苯酚溶液中加入少量Fe（NO3）3固体，呈紫色。

［结论］Cl-对紫色配合物［Fe（C6H5O）6］3-的形成没有促进作用，SO42-对紫色配合物［Fe（C6H5O）6］3-的形成有抑制作用。

开展这种引导学生多角度提出质疑，设计新的实验设想的批判性学习活动，能够训练学生批判性思维中的质疑、分析、评估和反思等技能。

（三）以引导学生思考“为什么这样”为着眼点，深度解读教材插图