化學(xué)課程中跨學(xué)科主題教學(xué)設(shè)計(jì)的探索

蘇傳清　占小紅

摘要： 在探討化學(xué)課程中如何確定跨學(xué)科主題的基礎(chǔ)上，以“指紋破案”主題為例，從教學(xué)分析、教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)、“教、學(xué)、評”一體化（包括基于問題分解的教學(xué)內(nèi)容、基于子問題鏈的學(xué)習(xí)活動及相應(yīng)的教學(xué)評價(jià)）設(shè)計(jì)、教學(xué)資源設(shè)計(jì)等方面，對化學(xué)課程中的跨學(xué)科主題教學(xué)設(shè)計(jì)作闡述，以期為中學(xué)化學(xué)教師提供借鑒與參考。

關(guān)鍵詞： 化學(xué)課程; 跨學(xué)科主題教學(xué); 教學(xué)設(shè)計(jì); 指紋破案

文章編號： 10056629（2019）10004905中圖分類號： G633.8文獻(xiàn)標(biāo)識碼： B

1 研究背景

跨學(xué)科能力（interdisciplinary competence）是指面對無法靠單一學(xué)科來解決的真實(shí)復(fù)雜問題時(shí)，綜合運(yùn)用兩個(gè)或多個(gè)學(xué)科知識和思維分析情境和解決問題的能力，是21世紀(jì)學(xué)習(xí)的重要高階思維能力，關(guān)乎學(xué)生如何應(yīng)對生活中的復(fù)雜議題和日后的非常規(guī)工作[1]。因此，跨學(xué)科能力的培養(yǎng)受到各國教育的高度重視，跨學(xué)科教學(xué)（interdisciplinary teaching）也應(yīng)運(yùn)而生?？鐚W(xué)科教學(xué)有助于打破學(xué)科壁壘、培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問題的綜合能力，有助于學(xué)生適應(yīng)未來復(fù)雜情境下的學(xué)習(xí)、工作和生活，成為適應(yīng)社會需求的應(yīng)用型、復(fù)合型、創(chuàng)新型人才[2]。在基礎(chǔ)教育階段開展跨學(xué)科教學(xué)具有重要意義。

在學(xué)校中開展跨學(xué)科教學(xué)主要有兩種路徑： 一是開設(shè)跨學(xué)科綜合課程，如將生物、物理、化學(xué)、地理組合形成的科學(xué)綜合課程等;二是在學(xué)科課程中開展跨學(xué)科教學(xué)。鑒于目前我國學(xué)校課程體系以分科課程為主，若要在不打破課程體系的情況下，達(dá)到跨學(xué)科教學(xué)的培養(yǎng)目標(biāo)，在學(xué)科課程中開展跨學(xué)科教學(xué)無疑是可行路徑之一。本研究嘗試探索化學(xué)課程中的跨學(xué)科主題教學(xué)設(shè)計(jì)，為中學(xué)化學(xué)教師提供借鑒與參考。

跨學(xué)科主題教學(xué)是指以一門學(xué)科為中心，在這個(gè)學(xué)科中選取一個(gè)中心主題，圍繞該中心主題，運(yùn)用不同學(xué)科的知識和方法，開展對所指向的共同問題進(jìn)行討論和解決而設(shè)計(jì)的教學(xué)活動[3]。因此，化學(xué)課程中的跨學(xué)科主題教學(xué)將從化學(xué)學(xué)科出發(fā)，選取合適的跨學(xué)科教學(xué)主題，運(yùn)用化學(xué)及相關(guān)學(xué)科的知識與方法，通過設(shè)計(jì)和實(shí)施系統(tǒng)化的教學(xué)，從而培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用跨學(xué)科思維解決問題等能力。

2 跨學(xué)科主題的確定

跨學(xué)科主題的確定是進(jìn)行跨學(xué)科主題教學(xué)設(shè)計(jì)的起點(diǎn)。化學(xué)課程中開展跨學(xué)科教學(xué)強(qiáng)調(diào)讓學(xué)生應(yīng)用多學(xué)科知識解決實(shí)際的復(fù)雜的問題，以實(shí)現(xiàn)跨越學(xué)科界限提高學(xué)生解決綜合問題的能力。因此，跨學(xué)科主題應(yīng)具有以下特征： ①跨學(xué)科性： 所選主題不是僅靠化學(xué)學(xué)科就能解決的，需要整合其他學(xué)科才能更好地解決問題。②情境性、生活化： 關(guān)注化學(xué)在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用，讓學(xué)生在現(xiàn)實(shí)情境下解決真實(shí)問題。③具有實(shí)踐探索空間： 所選主題能讓學(xué)生進(jìn)行研究性或探究性學(xué)習(xí)，讓學(xué)生在實(shí)踐探索過程中運(yùn)用高階思維去分析、解決復(fù)雜的跨學(xué)科問題，提高跨學(xué)科問題解決能力。

結(jié)合以上特征，可從以下視角在化學(xué)教材內(nèi)容中尋找跨學(xué)科主題： （1）與生命（即生物）相關(guān)的內(nèi)容： 生物元素的組成及對生命體的影響，即更多涉及生物化學(xué)的知識，與人體健康、營養(yǎng)等息息相關(guān)的內(nèi)容，如人體的基本營養(yǎng)物質(zhì)及對人體的機(jī)能影響、食物成分及對個(gè)人健康的影響、化學(xué)肥料的組成及對植物的影響等;（2）與物理相關(guān)的內(nèi)容，如原電池、電解池、電離等;（3）化學(xué)工藝品制作及流程： 更多涉及到化學(xué)產(chǎn)品或工程問題，如滅火器、凈水器、酒精探測器、天氣瓶及化妝品的制備等;（4）環(huán)境問題： 更多表現(xiàn)為化學(xué)與地理、生物的聯(lián)系，如溫室效應(yīng)、石油污染、塑料“白色污染”、水體富營養(yǎng)化等;（5）與化學(xué)職業(yè)相關(guān)的內(nèi)容： 與化學(xué)有關(guān)的職業(yè)不僅僅需要化學(xué)學(xué)科的內(nèi)容，還會涉及多學(xué)科知識與方法，如食品檢測員、環(huán)保工作人員、法醫(yī)等。

在上述視角下，對相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行選擇、重構(gòu)及改造，從而形成跨學(xué)科教學(xué)主題。改造方式有： （1）使零散的知識系統(tǒng)化、邏輯化;（2）將教材中某些現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)改造成探究性、開放性實(shí)驗(yàn)，如探究用量比例、影響因素等;（3）挖掘在生活生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用中可能存在的各種影響因素的內(nèi)容。例如，水的凈化是初、高中化學(xué)教材中的重要內(nèi)容，由于考慮學(xué)生的心理特征及知識難易程度等因素，實(shí)際生活中“自來水廠凈水過程”的內(nèi)容被分解，初中教材主要介紹如何利用吸附（明礬、活性炭）、過濾和蒸餾等途徑使水得到不同程度的凈化及“自制簡易凈水器”等內(nèi)容;高中教材則側(cè)重運(yùn)用化學(xué)方法除去水中的可溶性離子、氯氣可用于自來水的殺菌消毒但生成的有機(jī)氯化物可能對人體有害等內(nèi)容。同時(shí)教材偏重于物理和化學(xué)方法如何凈水，而較少涉及“自來水廠凈水過程”需要考慮的地理、生物等學(xué)科知識與方法。因此，可在化學(xué)課堂中開展“自來水廠凈水”的跨學(xué)科主題教學(xué)，利用自來水廠凈水工藝流程組織跨學(xué)科教學(xué)內(nèi)容： 在第一步（取水口）中，運(yùn)用地理學(xué)科知識如海陸間水循環(huán)原理，引導(dǎo)學(xué)生思考水循環(huán)中的哪一環(huán)節(jié)（降水、地表徑流、地下徑流）可成為取水的來源，以及如何確定自來水廠的選址等，由此，可設(shè)計(jì)水的自然凈化探究實(shí)驗(yàn)（即沙土、黏土過濾凈化能力差異對比實(shí)驗(yàn)）;在第二步（加絮凝劑）中，首先設(shè)計(jì)鋁鹽和鐵鹽的凈水效果對比探究實(shí)驗(yàn)，同時(shí)運(yùn)用化學(xué)知識解釋凈水原理，從生物學(xué)的角度引導(dǎo)學(xué)生思考明礬凈水對人體的潛在危害及其作用機(jī)制;最后，可設(shè)計(jì)從簡易凈水裝置到階梯式凈水裝置的實(shí)驗(yàn)探究，讓學(xué)生探究各凈水材料的凈水速度、凈水效果及水通過凈化材料的方式和原理，得出凈水材料的最佳放置順序，并利用生活中的可取材料自制階梯式凈水裝置。

3 跨學(xué)科主題教學(xué)設(shè)計(jì)——以“指紋破案”為例

下文將以“指紋破案”主題為例，對化學(xué)課程中的跨學(xué)科主題教學(xué)設(shè)計(jì)作分析闡述。該主題適合在已學(xué)習(xí)了“有機(jī)化合物”專題的高中年級學(xué)生中開展。該主題源于化學(xué)教材的核心知識Ag++Cl-AgCl↓，聯(lián)系其在日常生活中的應(yīng)用，經(jīng)查閱資料發(fā)現(xiàn)利用指紋偵查犯罪是法醫(yī)破案的有用證據(jù)，符合跨學(xué)科教學(xué)主題的特征（跨學(xué)科性、情境性、生活化以及具有實(shí)踐探究空間），進(jìn)而確定該主題。在“指紋破案”主題中，學(xué)生將扮演法醫(yī)的角色，借助化學(xué)、生物學(xué)、法醫(yī)學(xué)、技術(shù)等多學(xué)科知識和方法，重點(diǎn)探究不同化學(xué)方法探測指紋（硝酸銀法、碘熏法）或探測不同紙質(zhì)上的潛指紋碘熏等的不同效果，最終在模擬案發(fā)現(xiàn)場中利用指紋破案。

化學(xué)課程中的跨學(xué)科主題教學(xué)注重培養(yǎng)學(xué)生的跨學(xué)科能力，而有效地評價(jià)該教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成效果，可遵循課堂教學(xué)“教、學(xué)、評”一體化的指導(dǎo)理念。“教、學(xué)、評”一體化的評價(jià)為形成性評價(jià)，尤其注重表現(xiàn)性學(xué)習(xí)評價(jià)，因?yàn)閷W(xué)生完成的表現(xiàn)性活動能為教學(xué)評價(jià)提供豐富的信息，利于判斷學(xué)生“學(xué)到了什么、能做什么、做得如何”[6]。在跨學(xué)科主題教學(xué)中，尤其要關(guān)注學(xué)生在跨學(xué)科學(xué)習(xí)中的活動表現(xiàn)，如在說、做、寫或畫等方面的表現(xiàn)。典型方式有觀察記錄、實(shí)驗(yàn)記錄、量規(guī)評價(jià)、作品評價(jià)、匯報(bào)展示等。依據(jù)上述分析，“指紋破案”主題教學(xué)的教學(xué)評價(jià)設(shè)計(jì)見圖1。除圖1中所涉及的教學(xué)評價(jià)設(shè)計(jì)外，可在教學(xué)總結(jié)環(huán)節(jié)中引導(dǎo)學(xué)生繪畫以“指紋破案”主題所涉及的跨學(xué)科知識與方法的思維導(dǎo)圖，并在同學(xué)中分享與交流，進(jìn)而依據(jù)學(xué)生所畫的跨學(xué)科思維導(dǎo)圖作品交流及分享效果，評價(jià)學(xué)生跨學(xué)科思維形成的情況。

3.4 教學(xué)資源設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)適宜的教學(xué)資源要從學(xué)生跨學(xué)科學(xué)習(xí)的需要出發(fā)，根據(jù)解決不同的子問題或子任務(wù)的需要選擇適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)資源。譬如，圍繞某子任務(wù)的學(xué)習(xí)需要設(shè)計(jì)任務(wù)單、問題的分析或決策需要借助信息技術(shù)手段（如計(jì)算機(jī)）進(jìn)行獲取網(wǎng)絡(luò)資源或文獻(xiàn)資料、涉及實(shí)驗(yàn)探究或工程制造通常需要儀器設(shè)備或相關(guān)材料等。在“指紋破案”主題中，學(xué)生需要從生物學(xué)科上解釋未學(xué)過的“指紋為何能成為破案的有用工具”，因此要設(shè)計(jì)信息化工具方便學(xué)生動手查閱資料;在探究不同化學(xué)手段探測指紋的效果，學(xué)生需要實(shí)驗(yàn)藥品和儀器（如硝酸銀固體、碘單質(zhì)、蒸餾水、燒杯、50mL容量瓶）等。此外，考慮指紋的形成過程較為抽象，可借助計(jì)算機(jī)模擬皮膚中的表皮、真皮及基質(zhì)層的生長過程，讓學(xué)生更直觀地認(rèn)識指紋的形成過程。同時(shí)，“指紋破案”在公安、法醫(yī)偵查中具有重要應(yīng)用，若能邀請專業(yè)的公安或法醫(yī)人員進(jìn)行分享或演示，更能加深學(xué)生對法醫(yī)、公安等職業(yè)的興趣和了解。

4 教學(xué)設(shè)計(jì)反思

本研究從理論上嘗試探索化學(xué)課程中的跨學(xué)科主題教學(xué)設(shè)計(jì)，并以“指紋破案”輔之說明，但該案例對課時(shí)長度及資源要求較高，需要根據(jù)教師實(shí)際教學(xué)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，譬如，適當(dāng)刪減跨學(xué)科教學(xué)內(nèi)容涵蓋的學(xué)科數(shù)目及相應(yīng)的活動內(nèi)容。此外，在落實(shí)跨學(xué)科主題教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)仍然面臨一些挑戰(zhàn)： 一是如何界定跨學(xué)科教學(xué)內(nèi)容的整合程度，由于目前研究中對跨學(xué)科教學(xué)內(nèi)容整合程度的劃分標(biāo)準(zhǔn)不一致，因此衡量跨學(xué)科主題教學(xué)內(nèi)容整合程度的高低成為難點(diǎn);二是跨學(xué)科主題教學(xué)對學(xué)科教師的能力提出較大的挑戰(zhàn)，且跨學(xué)科教師間的協(xié)作也面臨困境等。可見推進(jìn)跨學(xué)科教學(xué)是一項(xiàng)長期且需循序漸進(jìn)的工程，需要在課程設(shè)置、師資配備等方面不斷完善進(jìn)而扎根于基礎(chǔ)教育中，與各分科教學(xué)相互促進(jìn)、相輔相成。

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