高中化学课堂教学中高阶思维能力的培养
作者： 曲连刚摘 要：高阶思维是指在较高认知水平上的心智活动，包含分析、评价、创造三个重要维度。新课程标准倡导培养学生高阶思维能力的课堂教学，高中化学教学中蕴含丰富的培养学生高阶思维能力的教学素材。以“电池原理”为案例，教师可引导学生构建原电池模型，并分析各种实用化学电源，评价模型，不断创新模型。在教学过程中，教师需注重引导学生利用分析、评价、创新等高阶思维能力解决真实情境中的热点问题。
关键词：高中化学;高阶思维;核心素养
中图分类号：G633.8 文献标识码：A 文章编号：1009-010X（2024）29-0056-03
一、问题提出
高阶思维是指在较高认知水平上的心智活动。著名心理学家、教育家布鲁姆将教育目标分为六个维度，包括记忆、理解、应用、分析、评价、创造，通常将前三项称为低阶思维，后三项称为高阶思维。长期以来，普通高中教师的日常教学受高考指挥棒的影响，通常以传授基本知识为主，并辅之以长时间、反复的习题训练。这虽然在一定程度上提高了学生的高考分数，但很难有效发展学生的高阶思维能力，对于促进学生的全面发展，培养适应未来社会发展的人才关注度不够。为此，2016年我国颁布了《中国学生发展核心素养》，要求要着重培养学生的理性思维、问题解决、批判质疑、勤于反思、勇于探究、自我管理等能力，其中特别提出对学生思维能力的培养。
高中化学学科核心素养是中国学生发展核心素养学段化、学科化的成果，是高中学生发展核心素养的重要组成部分。《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》中对培养学生的高阶思维能力要求具体体现在：培养学生对化学反应原理的理解，加强学生的思维能力的培养，分析实际生活中的化学问题，创造性地解决化学问题，形成运用化学思维解决实际问题的能力，培养学生面对未知情境中分析问题、解决问题的能力，从而培养学生的高阶思维能力。因此，以促进高中学生高阶思维能力的发展为目标，以思维能力培养等教育理论为支撑，将培养学生的高阶思维能力融入到高中化学课堂教学中，是非常必要的。
二、案例选择
高中化学课堂教学中，电化学相关知识包含原电池原理及其应用、电解原理及其应用两个板块内容，本部分与氧化还原反应、化学反应中的能量变化、水溶液中离子反应等内容密切相关，是培养学生分析、评价、创造等高阶思维能力的重要切入点。原电池原理是学生学习电化学知识的起点，在整个电化学教学中扮演着非常重要的角色。在实际教学中，教师往往以锌铜原电池为素材，引导学生认识原电池的工作原理，总结原电池的构成条件，从而构建基本的电化学模型，这种最基本的电化学模型与后续课程中的形形色色的化学电源相差较大，学生易在前后关联的知识之间形成断层，不利于发展高阶思维能力。笔者在“模型认知”相关理论的支持下，以“原电池原理”为例，尝试打破教材原有的章节结构，重建知识体系，设计并实施培养学生高阶思维能力的教学案例。
三、设计思路
模型是科学家描述事物的原型、解释和预测未知现象的一种思维方式，包括实物模型和理论模型。科学家建构的模型不是一成不变的，而是随着知识、方法、技术的不断更新，对新的实验证据进行辩证分析，再对已有模型进行评析，创造新的模型，例如原子结构模型的演变过程。这个过程中所体现出来的分析、评价、创造等思维正是高级思维的外延。
高中化学教学中的模型多种多样，除原子结构模型外，还有球棍模型、空间填充模型、晶胞结构模型等实物模型以及电化学模型、共价键模型、氢键模型、价层电子对互斥模型等理论模型。不同模型的建构过程对于培养学生的高级思维能力有不可替代的作用。在建构电化学模型时，为促进学生高阶思维能力的发展，笔者首先以锌铜原电池的装置为研究素材，建构一个最基本的原电池模型，然后以氢氧燃料电池、浓差电池、固体氧化物燃料电池为研究素材，逐步优化原电池模型。
四、教学过程
（一）初见原电池装置，构建基本模型
【教师】请分别把一块锌片和一块铜片插入盛有稀硫酸的烧杯里，观察实验现象;再用导线把锌片和铜片连起来，观察实验现象。
【学生】展开实验，观察并记录现象：导线连接前，锌片溶解，并产生无色气体，铜片无明显现象;导线连接后，锌片溶解，铜片上产生无色气体。
【教师】用导线连接两种金属之前，烧杯中发生了什么反应？用导线连接两种金属之后，为什么产生气体的位置会发生了变化？
【学生】用导线连接两种金属之前，烧杯中发生反应：Zn+2H+=Zn2++H2↑。用导线连接两种金属之后，锌失去的电子通过导线移动到铜片上，并与溶液中的H+结合生成H2。
【教师】该实验装置能够将化学能转化为电能，是一种常见的原电池装置。请同学们根据以上装置，总结原电池的基本模型。
【学生】归纳总结原电池基本模型：自发进行的氧化还原反应;两个活泼性不同的电极;电解质溶液、导线连接形成闭合回路。
设计意图：引导学生分析锌铜原电池的反应和装置原理，建构原电池基本模型。
（二）评价原电池模型，创新模型
【教师】请同学们根据氢氧燃料电池的结构示意图分析其工作原理，评价原电池基本模型是否合理？如果不合理，应如何进行改进？
【学生】原电池基本模型不能完全适用于氢氧燃料电池。在氢氧燃料电池中，负极材料和负极反应物不是同一物质;正极反应物与电解质溶液也不是同一物质。
创造新的原电池模型：自发进行的氧化还原反应、正极材料/正极反应物、负极材料/负极反应物、电解质溶液、导线连接闭合回路。
【教师】请同学们根据不同浓度的硫酸铜溶液形成的浓差电池结构示意图，分析其工作原理，评价原电池模型是否合理？如果不合理，应如何进行改进？
【学生】原电池中不一定需要有自发进行的氧化还原反应，只要有两个能形成电势差电极即可。
创造新的原电池模型：两电极之间存在电势差、正极材料/正极反应物、负极材料/负极反应物、电解质溶液、导线连接闭合回路。
【教师】请同学们根据固体氧化物燃料电池的结构示意图分析其工作原理，评价原电池模型是否合理？如果不合理，应如何进行改进？
【学生】原电池中不一定含有电解质溶液，应将其发散为离子导体，包括电解质溶液、固体电解质、熔融电解质离子液体、离子凝胶等。同样，导线也应引申为电子导体。
创造新的原电池模型：两电极之间存在电势差、正极材料/正极反应物、负极材料/负极反应物、离子导体、电子导体。
设计意图：引导学生分析不同的化学电源，不断评价原电池模型，并创造新的原电池模型，逐步揭示原电池原理的本质。
（三）应用原电池模型，解决实际问题
【教师】火力发电过程中能量转化效率约为33%，而利用燃料电池原理进行发电，能量转化效率约为80%。请设计以煤为燃料的燃料电池，画出示意图。
【学生】完成设计任务，体验利用原电池模型创造实用电化学装置的过程。
设计意图：让学生应用原电池模型解决生产中的实际问题，体验模型的功能。
参考文献：
[1]郭青红.以培养高阶思维为导向的阅读教学探索[J].小学教学参考，2021，（34）：40～41.
[2]刘 爽.高中化学教学中高阶思维能力培养的研究[D].哈尔滨：哈尔滨师范大学，2018.