高中生化學(xué)批判性思考能力的培養(yǎng)策略*
——以“金屬礦物的冶煉”復(fù)習(xí)課的教學(xué)為例

錢 華

（南京市中華中學(xué) 江蘇 南京 210019）

一、核心概念

1.批判性思考

批判性思考直譯于英文中的“Critical Thinking”，具體定義國內(nèi)專家雖不盡相同，但不同表達(dá)中的共性是批判性思考會將一切放在理性范圍內(nèi)進行檢查和評價。具體來說，批判性思考是借助理解、質(zhì)疑、邏輯地思考和合理地分析論證，從而確定人們應(yīng)該信什么或者不信什么的方法思想。從中可以體現(xiàn)批判性思考具有四大特質(zhì):

質(zhì)疑:對自己或他人的想法和觀念提出質(zhì)疑，以確定它們是否合理。

思考:對問題展開邏輯思考，甚至深層次的反思，以確定最優(yōu)化的解決方案。

分析:把問題劃分為更細(xì)小的組成部分，進行剖析和論證，從而更好地認(rèn)識和解決問題。

評價:對數(shù)據(jù)和方法做出合理評估，從而判斷其準(zhǔn)確度和可信度。

需要特別強調(diào)的是，批判性思考并不代表隨意習(xí)慣性的懷疑和否定。批評并不等同于批判性思考，當(dāng)下社會缺少的并非批判性，而只是批判性思考。批判性思考認(rèn)定一切觀念都無法預(yù)先獲得理性審判的豁免權(quán)，所以它往往會以否定與懷疑的形態(tài)存在，但其終極目的是為了建立和創(chuàng)造。

2.化學(xué)批判性思考

化學(xué)批判性思考是指在學(xué)習(xí)中，學(xué)生對現(xiàn)有的化學(xué)知識描述，有目的、自覺地進行理解、分析、推理、判斷或修正，生成化學(xué)思維過程和成果的一種品質(zhì)。從目標(biāo)上來看，化學(xué)批判性思考包含了對自身和別人的化學(xué)思考加以反省、提問、搞清實際情況，以及自主研究的過程；從目的上講，化學(xué)批判性思考并不是為了顛覆現(xiàn)有的化學(xué)結(jié)論或方法，而是在于不斷完善。其針對的并不僅僅是化學(xué)錯誤，也包含了學(xué)生對化學(xué)表述、思維過程和成果提供自己更優(yōu)的方式與對策。化學(xué)批判性思考在化學(xué)學(xué)習(xí)活動中的主要體現(xiàn)有不盲從、不迷信書籍和化學(xué)權(quán)威；善于發(fā)掘和糾正錯誤，有辨別能力，能看到自身和其他學(xué)生之間的差異和缺陷，并不斷反思進行修正與完善；有意識和能力評估解題方式的選擇，自覺控制思維進程和對解題成果進行檢測；化學(xué)批判性思考包含化學(xué)批判性思考知識、化學(xué)批判性思考技能和化學(xué)批判性思考傾向，三者結(jié)合起來共同發(fā)揮作用。

化學(xué)批判性思考知識是指學(xué)生對化學(xué)領(lǐng)域的基本理論知識與信息的了解程度。包括對化學(xué)基本概念和原理的理解，對實驗方法和技術(shù)的掌握，以及對化學(xué)文獻的閱讀和理解等方面。只有掌握了相應(yīng)的化學(xué)知識，才可以更高效地開展化學(xué)批判性思考。如果學(xué)生缺乏此方面的知識，很難進行有效的化學(xué)思考和分析。

化學(xué)批判性思考技能是指學(xué)生運用自己的化學(xué)知識和信息進行分析、評價、推理等思維活動的能力。包含了對實驗數(shù)據(jù)的解析能力、實驗設(shè)計能力、對化學(xué)問題的推理能力，以及解決問題的能力等技能。只有掌握了這些技能，才可以高效地開展批判性思考。

化學(xué)批判性思考傾向是指學(xué)生對于自己的思維方式和行為方式有一種自我反思的能力和意識。這包括對自己的思維習(xí)慣和偏見的認(rèn)識和糾正能力，以及對自己思維方式的反思和改進能力等方面。

在化學(xué)學(xué)習(xí)方面，批判性思考是十分關(guān)鍵的一種技巧。它需要學(xué)生具備足夠的化學(xué)知識儲備、掌握一定的思維技能，并且具有自我反思和改進的能力。唯有如此，才可以合理地處理各類復(fù)雜的化學(xué)問題。

二、高中生化學(xué)批判性思考的現(xiàn)狀與培養(yǎng)意義

1.高中生化學(xué)批判性思考的現(xiàn)狀

一次關(guān)于高中生化學(xué)批判性思考的調(diào)查研究表明，高中學(xué)生在化學(xué)批判性思考方面存在缺陷。調(diào)查結(jié)果顯示，只有不到一半的學(xué)生認(rèn)為自己具有足夠的化學(xué)批判性思考能力，而且大多數(shù)學(xué)生認(rèn)為他們需要更多的培訓(xùn)來提高這種能力。另外，調(diào)查結(jié)果還表明，不同層次的學(xué)生對化學(xué)批判性思考的認(rèn)知和掌握程度存在一定差距。一些學(xué)生認(rèn)為批判性思考是一種能夠獨立思考和分析問題的能力，而另一些學(xué)生則認(rèn)為它是一種能夠評估和判斷信息的能力。

為培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)批判性思考能力，部分老師采取了不同的教學(xué)方式和技術(shù)手段。例如通過讓學(xué)生參加實驗探究與項目研究來培養(yǎng)學(xué)生的批判性思考；又如通過組織學(xué)生參加社會調(diào)查和方案設(shè)計等項目來激發(fā)他們學(xué)會批判性思考。

總的來說，雖然學(xué)生的化學(xué)批判性思考能力存在不足，但是通過適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法和技術(shù)，可以幫助他們提高這種能力。

2.高中生化學(xué)批判性思考培養(yǎng)的意義

化學(xué)在人類文明發(fā)展以及科技進步方面發(fā)揮著重要的作用，不管是學(xué)生的核心素養(yǎng)還是化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，都離不開批判性思考的指導(dǎo)。對高中生化學(xué)批判性思考的培養(yǎng)，能夠推動學(xué)生對化學(xué)理論知識的掌握與認(rèn)識系統(tǒng)的建立，幫助學(xué)生敏銳地發(fā)現(xiàn)化學(xué)問題，辨別化學(xué)信息的真實性與可靠性，培養(yǎng)學(xué)生善于反思以及批判思考的品質(zhì)；能夠引導(dǎo)學(xué)生在應(yīng)對不同化學(xué)觀念時客觀地作出分析、演繹、評價，對化學(xué)理論知識和化學(xué)技術(shù)開展理性的思考最終轉(zhuǎn)化為社會應(yīng)用價值或問題解決方法；能夠更好地處理生活生產(chǎn)中的現(xiàn)實問題，從而改善生活品質(zhì)，并促進人與自然更加和諧共處。

三、以“金屬礦物的冶煉”復(fù)習(xí)課教學(xué)為例談化學(xué)批判性思考的培養(yǎng)策略

1.批判性思考的培養(yǎng)目標(biāo)［1］

表1 “金屬礦物的冶煉”批判性思考培養(yǎng)要求

不難看出，“金屬礦物的冶煉”既歸屬于元素化合物，又屬于一類重要的資源，對化學(xué)與社會發(fā)展起著重要作用，所以課標(biāo)中對此部分內(nèi)容在教學(xué)策略和學(xué)業(yè)要求上都有較明確的批判性思考素養(yǎng)發(fā)展的要求。另外，本節(jié)課是高三復(fù)習(xí)課，所以必然要在學(xué)習(xí)進階中促進學(xué)生批判性思考水平的進階。

2.教法探索

復(fù)習(xí)課最常見的問題是“炒冷飯”，簡單重復(fù)。為避免這一現(xiàn)象，教師可以利用一些挑戰(zhàn)性任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生思索并自行尋找答案，以此啟迪他們的思維，培養(yǎng)批判性思考能力；教師還可以采用邏輯推理來訓(xùn)練學(xué)生的邏輯性思考，能夠使學(xué)生更好地認(rèn)識問題，從而給出自己的看法。作為元素化合物知識，還可以通過實驗讓學(xué)生更好地發(fā)現(xiàn)問題并提出解決方案，從而培養(yǎng)批判性思考能力。基于以上原則，本節(jié)課運用“問題-猜想-探究-建模”的教學(xué)方法開展教學(xué):

圖1 “問題-猜想-探究-建模”流程結(jié)構(gòu)圖

在“問題-猜想-探究-建模”中，從提出問題（質(zhì)疑、探索），到猜想原因，再到用實驗或邏輯推理去探究結(jié)論的可靠性，不斷調(diào)整猜想，最后形成建模，批判性思考貫穿全程。

3.教學(xué)過程

創(chuàng)設(shè)情境:結(jié)合下列圖示數(shù)據(jù)，思考并討論兩個問題:你發(fā)現(xiàn)了什么規(guī)律？還有什么疑問？［2］

圖2 人類冶煉金屬的歷史年代圖

小組討論并揭示規(guī)律:大多數(shù)金屬活潑性越強，冶煉并應(yīng)用的時間越晚。

學(xué)生主動質(zhì)疑:

問題1.人們所采用的第一種金屬為何是銅而非金？

問題2.從銅的冶煉到鐵的冶煉，經(jīng)歷了近5 500年，原因是什么？

問題3.從鐵的冶煉到鈉的冶煉經(jīng)過了近3 000年，但后來幾種金屬卻被集中發(fā)現(xiàn)，原因是什么？

問題4.鋁不如鈉活潑，但鋁的發(fā)現(xiàn)比鈉晚了20年，原因是什么？

設(shè)計意圖：通過觀察圖像，訓(xùn)練學(xué)習(xí)者的信息素養(yǎng)，培養(yǎng)主動質(zhì)疑能力。

任務(wù)一 探究銅和金的冶煉

問題1.人們所采用的第一種金屬，為何是銅而非金？

學(xué)生活動:寫出兩種礦石冶煉得到銅的反應(yīng)方程式。

（1）銅的含氧礦石（以赤銅礦為例）和焦炭高溫煅燒時生成銅；

（2）銅的硫化物礦石（以輝銅礦為例）和氧氣反應(yīng)也生成銅。

學(xué)生板演:

設(shè)問:既然金比銅更容易冶煉，為何發(fā)現(xiàn)的比銅遲呢？

學(xué)生猜想:金的含量很低。地殼中各金屬濃度，銅的濃度是金的一萬多倍。金是典型的貴金屬。

根據(jù)事實數(shù)據(jù)形成結(jié)論:金含量太低，不易被人類發(fā)現(xiàn)。含銅元素的礦物質(zhì)顏色鮮艷，易被人們發(fā)現(xiàn)，原始人在用焦炭燒烤時不經(jīng)意間就發(fā)現(xiàn)了銅礦石了。

設(shè)計意圖：通過猜想求證初步建立任務(wù)探究的方法。

任務(wù)二 探究鐵的冶煉

問題2.從銅的冶煉到鐵的冶煉，經(jīng)歷了近5 500年時間，原因是什么？為什么這么久？

鐵的冶煉意義:關(guān)于鐵的冶煉，恩格斯曾給予很高評價，鐵是人類文明史中發(fā)揮過革命意義最重要的一個原料。

回憶高爐煉鐵原理:

早期的煉鐵工藝是把木炭和鐵礦石相互夾層置于爐窯內(nèi)進行點火焙燒，因為氣溫不高，還原出的鐵以塊狀沉在爐底，爐窯冷卻后將鐵塊取出，這種鐵的韌性還不如青銅，稱為“惡金”。所以鐵的冶煉成功是隨著技術(shù)的不斷進步取得的。

學(xué)生猜想:鐵的冶煉有沒有其他方法呢？

實驗演示:鋁熱反應(yīng)。

小組討論:根據(jù)我們對初中高爐煉鐵的認(rèn)識，再結(jié)合剛剛對鋁熱反應(yīng)的觀察，請同學(xué)們思考并討論，你認(rèn)為煉鐵時，鋁和碳作還原劑分別有什么優(yōu)點？（或者說大規(guī)模煉鐵究竟用哪個作還原劑更好呢？）

得出結(jié)論:碳作還原劑的優(yōu)點是比較便宜，適合大規(guī)模煉鐵。鋁作還原劑的優(yōu)點是迅速且易產(chǎn)生高溫，可以用來野外焊接鋼軌。

設(shè)計意圖：通過實驗演示，驗證猜想；通過組織小組討論，能讓學(xué)生對資源的開發(fā)利用方案進行評價，并合理選擇，發(fā)展批判性思維。

任務(wù)三 鈉的冶煉

問題3.從鐵的冶煉到鈉的冶煉經(jīng)過了近3 000年，但后來幾種金屬卻被集中發(fā)現(xiàn)，原因是什么？

鈉在自然界均以化合態(tài)存在，主要存在形式是氯化鈉，由于鈉太過活潑，所以很難找到一種還原劑來還原氯化鈉制備鈉。

學(xué)生猜想:只能用強烈的方法——電解法來制備。

當(dāng)電解這種強烈的方法被發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用后，其他活潑金屬也相應(yīng)地被制備出來。

設(shè)計意圖：使學(xué)生充分體會到化工科技發(fā)展的重要性，引發(fā)學(xué)好化學(xué)的強烈愿望。

任務(wù)四 探究鋁的冶煉

問題4.鋁不如鈉活潑，但鋁的發(fā)現(xiàn)比鈉晚了20年，為什么？

鋁在自然界中主要以鋁土礦——氧化鋁的形態(tài)存在。

鋁的活動性介于鈉和鐵之間，人們是如何設(shè)計煉鋁方法的？

邏輯推理:

學(xué)生猜想1:如果模擬鐵的冶煉，用CO 來還原，CO可以還原Al2O3嗎?

實驗探究1:實驗發(fā)現(xiàn)，此路不通。

學(xué)生猜想2:如果模擬鐵的冶煉方法行不通，那就試一試模擬鈉的冶煉方法，用電解方法可以直接電解熔融Al2O3制鋁嗎?

理論探究2:Al2O3的熔點過高，超過了2 000 攝氏度，在技術(shù)上也很難實現(xiàn)，無法直接電解。

學(xué)生猜想3:Al2O3不能，那么換一種物質(zhì)，電解熔融AlCl3呢？

理論探究3:AlCl3是分子晶體，在熔融狀況下并不導(dǎo)電。

學(xué)生猜想4:綜合鐵與鈉的冶煉方法，如果用煤炭還原行不通，那么能否試著用電解法所得到的鈉作還原劑呢？

理論探究4:科學(xué)家們試著用鈉還原氧化鋁，發(fā)現(xiàn)還是行不通。引導(dǎo)學(xué)生從自發(fā)反應(yīng)的條件試著分析為什么不可行？

學(xué)生猜想5:那用鈉還原AlCl3呢？

理論探究5:從自發(fā)反應(yīng)的條件進行分析方案是可行的。

化學(xué)史學(xué)習(xí):法國化學(xué)家德維爾在1854年利用這一技術(shù)生成了鋁錠。

進一步研究:由于AlCl3在自然界中是不存在的，所以必須由Al2O3制取，而且這個做法代價太高，使得當(dāng)時鋁的價格比銀還貴。科學(xué)家們對氧化鋁煉鋁的技術(shù)繼續(xù)研究，直至1886年，美國霍爾和法國埃魯都發(fā)現(xiàn)了冰晶石，它可以大大降低Al2O3的熔化溫度，直接電解冰晶石和氧化鋁的熔融物可以得到大量鋁，使得鋁的冶煉在原有電解的技術(shù)上有了進一步創(chuàng)新，才有了現(xiàn)在的廣泛應(yīng)用。

設(shè)計意圖：設(shè)計高水平探究活動，通過邏輯推理的五次猜想和五次探究過程，讓學(xué)生感受化學(xué)原理對元素化合物學(xué)習(xí)的支撐，同時感受化學(xué)家探究世界的艱辛過程和成就發(fā)展，激發(fā)學(xué)生像化學(xué)家般的思維。

任務(wù)五 方法建模

問題5.思考討論一下上述金屬礦物冶煉反應(yīng)原理的本質(zhì)是什么？通過以上五種典型金屬的冶煉方法，我們也可以推廣到其他金屬，按照金屬活動性順序表，我們可以如何確定金屬冶煉的一般方法？

學(xué)生自主建構(gòu):金屬冶煉均是金屬離子被還原。

圖3 金屬冶煉方法圖

鉀的冶煉:工業(yè)上并不用電解熔融的氯化鉀來冶煉鉀，得到的鉀會溶解在氯化鉀中，很難分離。冶煉鉀常用鈉來還原，鈉沒有鉀活潑，怎么能用來還原鉀呢？

設(shè)計意圖：通過揭示金屬礦物冶煉的本質(zhì)，自主建構(gòu)方法模型，并通過鉀的冶煉讓學(xué)生了解化學(xué)中的規(guī)律性和特殊性，學(xué)會全面辯證思考問題，提升批判性思考能力。

任務(wù)六 合理開發(fā)和利用礦物資源

當(dāng)金屬冶煉出來，人們在使用的過程中金屬又容易被氧化，因為這是由金屬原子的結(jié)構(gòu)特點決定的，易失去電子被氧化，所以金屬的冶煉實際是人們發(fā)現(xiàn)世界并改造世界的過程。金屬冶煉的代價較高，以上這些反應(yīng)大多需要高溫等條件，從能量變化來看，這些反應(yīng)都消耗能量，有的反應(yīng)還易造成環(huán)境污染。而金屬礦物資源是有限的，所以我們應(yīng)該合理開發(fā)和利用。

隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)并冶煉應(yīng)用的金屬越來越多。其中有一類稀土金屬，有一位偉大的科學(xué)家，稀土之父——徐光憲，他實現(xiàn)了性質(zhì)高度類似的稀土金屬的萃取分離，使我們擺脫了廉價出口稀土礦石，再高價回購稀土終端產(chǎn)品的窘境，由此我們更加堅信科技是第一生產(chǎn)力，希望同學(xué)們能努力學(xué)習(xí)科學(xué)技術(shù)，為國爭光。

設(shè)計意圖：通過探討與化學(xué)有關(guān)的社會化問題，鼓勵他們辯證地對待問題，培養(yǎng)他們參加社會活動的意識，樹立學(xué)生為中華崛起而努力學(xué)習(xí)的堅定信念。

課堂小結(jié)和評價:實踐應(yīng)用。

課后任務(wù):通過調(diào)研與訪談，認(rèn)識回收廢舊鋼材、鋁制品在節(jié)約能源、環(huán)保、降低成本等方面的重要性。

設(shè)計意圖：緊密結(jié)合生產(chǎn)與生活實踐，營造豐富多元的實際問題環(huán)境，利用實際生產(chǎn)案例培養(yǎng)學(xué)生解決問題的技能。同時使學(xué)生更加全面了解到金屬礦物的冶煉對社會發(fā)展的價值以及對環(huán)境的影響。

4.教學(xué)反思——倡導(dǎo)課堂教學(xué)模式的轉(zhuǎn)變

從教法探索中，我們發(fā)現(xiàn)能夠提高學(xué)生化學(xué)批判性思考的教學(xué)四個關(guān)鍵核心分別是會質(zhì)疑、重實證、講邏輯［3］、求實效。同時，我們也需要關(guān)注課堂教學(xué)模式對批判性思維培養(yǎng)的重要影響，開放、包容、平等的課堂氛圍更利于學(xué)生批判性思維的發(fā)展，體現(xiàn)在學(xué)生、活動和教師三方面。

凸顯學(xué)生主體:重視批判性思考的課堂教學(xué)必須歸于學(xué)生為主角的課堂，課堂教學(xué)中學(xué)生與老師的地位有助于學(xué)生批判性思考的養(yǎng)成。本節(jié)復(fù)習(xí)課教師在化學(xué)課堂教學(xué)環(huán)節(jié)中有意識培養(yǎng)學(xué)生批判性思維，引導(dǎo)學(xué)生主動質(zhì)疑，激發(fā)學(xué)生探索興趣。

突出活動實效:本節(jié)課在學(xué)生一次次猜想的基礎(chǔ)上，通過小組討論、實驗驗證、邏輯推理等活動方式，促進學(xué)生自主探究，建立學(xué)習(xí)框架與知識模型，建立互助、公平的學(xué)習(xí)環(huán)境，非常有助于思維的養(yǎng)成。

強調(diào)教師引導(dǎo):老師們必須轉(zhuǎn)變教育觀點，要精心設(shè)計課堂教學(xué)主線，創(chuàng)造新情景，學(xué)會傾聽，準(zhǔn)確記下學(xué)生思想中的閃光點，并進行引導(dǎo)，促進學(xué)生深入思考，從而引導(dǎo)質(zhì)疑。要在學(xué)習(xí)進階中關(guān)注學(xué)生批判性思考的進階，要把思維發(fā)生的地方、思維躍遷的機會還給學(xué)生，讓學(xué)生獲得自主解決問題的機會，從而進入能力發(fā)展新地帶［4］。

四、結(jié)語

批判性思考是一種素質(zhì)，其訓(xùn)練無法一蹴而就，作為老師應(yīng)該在平時的課堂上一直堅持下去，把學(xué)生批判性思考的培養(yǎng)當(dāng)成主要責(zé)任。且學(xué)生批判性思考培養(yǎng)的周期較長，更多為隱性，由于顯性方面較少，故可量化的評價指標(biāo)不足，所以學(xué)校也可以通過頂層設(shè)計，建構(gòu)“批判性思考融課堂”的評價標(biāo)準(zhǔn)，繼而引領(lǐng)教師進一步實踐學(xué)生批判性思考的培養(yǎng)，以此改進教學(xué)，進而為拔尖創(chuàng)新人才的早期培養(yǎng)奠定基礎(chǔ)。