核心素養(yǎng)下高中化學與物理教學的交叉融合

占文芳

(福建省福安市第一中學 福建 福安 355000)

在核心素養(yǎng)的背景下，實現(xiàn)高中化學與物理的交叉融合能夠使得學生的知識基礎更加穩(wěn)固，課堂教學模式多元化，進而增強學生學習積極性。在此種教育趨勢下，教師就應當積極探究如何推動學科之間的融合，通過對化學知識與物理知識的整理，推動交叉融合教學的開展，以此幫助學生了解相關知識點，提高學生學科成績，培養(yǎng)學生學科素養(yǎng)。在化學教學中融入物理知識，不僅能夠使得課堂分類更加優(yōu)越，同時也能夠幫助學生深層了解物理與化學概念，滿足學生在學習過程中的各項需求，培養(yǎng)學生的綜合素質(zhì)與核心素養(yǎng)。

1.學科交叉融合教學概述

學科交叉也就是指跨學科，早在20世紀30年代就被提出，在當前教育教學活動中的應用十分頻繁，隨著對化學學科教學的深入探究，跨學科教學逐漸衍生出跨學科關系、跨學科理論等多項專門術語。通過跨學科教學能夠?qū)崿F(xiàn)突破學科之間的界限，通過教學活動的開展，實現(xiàn)兩門學科的交叉融合。在專業(yè)化學科教學時，兩門學科應統(tǒng)一中心題目，而后應用不同的學科知識開展教學，通過來自不同學科的思維模式探討增強教學效果，培養(yǎng)學生學科素養(yǎng)[1]。學科教程在此種教學模式下應運而生，通過與其他學科的聯(lián)系，技能與思維模式的整合，實現(xiàn)教學活動的高效開展?；瘜W與物理學科之間存在著密切的關系，將與化學相關的物理知識進入到化學課堂中，不僅幫助學生突破化學基本概念的學習難點，同時也能夠?qū)崿F(xiàn)對學生知識面的有效拓寬，加強學生對科學知識的掌握。

就物理學科與化學學科而言，在課程標準中，兩門學科的課程性質(zhì)與學科素養(yǎng)之間都存在一定的交叉，在課程性質(zhì)上，兩門學科都源于自然科學的觀察實驗與科學理論推導，物理學對化學學科的發(fā)展產(chǎn)生重要影響。化學學科與物理學科都離不開實驗、材料、信息，推動了社會的發(fā)展與進步。而在義務教育的基礎上，對高中化學學科與物理學科的深入探究，不僅能夠落實教書育人的教育任務，也能夠培養(yǎng)學生的學科素養(yǎng)，為學生終身發(fā)展提供幫助。而在教學理念上，化學學科與物理學科的教學目的都是在于對學科核心素養(yǎng)的培育，通過設置基礎教學內(nèi)容滿足學生多元化發(fā)展的教學需求，倡導在學科素養(yǎng)的基礎下實現(xiàn)對學科內(nèi)容的全面完善。化學學科、物理學科的核心素養(yǎng)在于培養(yǎng)學生的科學思維、嚴謹?shù)目茖W態(tài)度與責任。而在課程教學目標上，化學學科與物理學科都離不開實驗的支持，在運動能量、證據(jù)、創(chuàng)新、探究、態(tài)度、環(huán)境等多個要素中都有所相同之處。而在高中課程內(nèi)容選擇上，高中化學與高中物理之間存在著密切的關聯(lián)，如固液氣、靜電場、能源、熱力學、原子核等等，而交叉的內(nèi)容也包括方法、思維與責任等多類教學內(nèi)容。

2.高中化學與物理學科之間的交叉整理

2.1 發(fā)展歷程。人類的發(fā)展經(jīng)歷千年的發(fā)展與探索，無論是鉆木取火，還是當今的人工智能都經(jīng)歷了漫長的研究與探索。在遠古時代，人們就在探究自然中的萬物，從思維角度出發(fā)，思考著物質(zhì)的含義，因此在最初階段的自然學科中，也實現(xiàn)了與哲學的融合。到了16世紀著名物理學家伽利略發(fā)現(xiàn)了慣性定律，并逐步推理了物質(zhì)運動，標志著物理學科的發(fā)展。通過對前人研究結果的整合，牛頓又研究了運動定律以及萬有引力定律，物理學科在此基礎上實現(xiàn)了新的發(fā)展。到了17世紀以后，英國科學家針對化學元素進行定義，使得化學成為自然學科中的內(nèi)容，被人們所認知。隨后第一本現(xiàn)代化學教科書問世，質(zhì)量守恒定律被解釋出來，而道爾頓也闡述了原子理論以及化學現(xiàn)象中的原子運動化學成為一門學科。阿伏加德羅也講述了原子分子假說，門捷列夫也制作了元素周期表，在這一知識的指導下，原子結構認知也在發(fā)生了改變，并形成唯物主義思想觀念[2]。到了20世紀之后，物理學科快速發(fā)展，化學理論更加完整，各項實驗、材料實現(xiàn)了研究與探索。隨著物理學科與化學學科的快速發(fā)展，物理化學結構體系更加完善，人們更了解物質(zhì)的變化規(guī)律，用科學的手段去了解物質(zhì)的本質(zhì)。

2.2 課程標準。通過對高中化學課程標準與物理課程標準相對比可以發(fā)現(xiàn)，當前學科交叉滲透的內(nèi)容，包括課程性質(zhì)與基本理念、學科素養(yǎng)與課程結構?；瘜W與物理學科是現(xiàn)代科學快速發(fā)展的基石，對自然科學內(nèi)容的發(fā)展產(chǎn)生巨大影響并作出了巨大貢獻，實現(xiàn)了人類文明的進一步發(fā)展。高中化學與物理課程在教學過程中應當培養(yǎng)學生的學科素養(yǎng)、科學素質(zhì)，創(chuàng)新學生的思維模式，弘揚科學發(fā)展觀念，并形成正確的學習態(tài)度，將學生培養(yǎng)為綜合素質(zhì)強硬的人才。就兩個學科的基本概念來看，主要目的在于培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)，發(fā)揮出科學精神在教學中的作用，為學生未來生活與工作做好準備。在教學過程中，兩門學科都要求與時代的發(fā)展特性相融合，不僅要教授學生學會基本的化學原理與物理原理，同時也應當為學生探究各高層次的科學問題與社會問題奠定基礎，強化學生的社會責任感。在教學過程中也應當應用多元化的教學方法，滿足學生多元化的發(fā)展需求，拓展學生學習思維，從多個角度了解學生的學習需求，在此基礎上強化學生探究能力。

化學學科素養(yǎng)培育的主要內(nèi)容，包括證據(jù)推理、科學創(chuàng)新、宏觀辨識、科學態(tài)度、微觀探析、社會責任等等；物理學科核心素養(yǎng)培育的主要內(nèi)容，包括物質(zhì)觀念、科學態(tài)度、科學思維以及科學探究。其中科學思維包括學生對科學論證與質(zhì)疑、科學推理與創(chuàng)新等多個要素，而科學探究則包括問題求證、交流與解釋等多個要素，與化學學科核心素養(yǎng)之間有著密切關聯(lián)，可見，無論是物理學科還是化學學科，都立足于學生學習過程，注重對學生價值觀念的培養(yǎng)，將能力、知識與責任融為一體[3]?；瘜W學科與物理學科之間在課程結構上也大致相同，目前都需要完成教書育人的基本任務，踐行素質(zhì)教育基本觀念，同時在制定各種教學方案時，應當尊重學生的發(fā)展特點及學生個性化教學內(nèi)容，通過對不同層次課程結構的合理設計，滿足學生的發(fā)展需求。同時課程教學也應當結合時代的發(fā)展特點，科學設計課堂教學內(nèi)容與教學形式，注重教學知識的一體性，融合教學經(jīng)驗與教學成果，使得課程教學的開展更加靈活。

2.3 學科知識。通過對魯教版高中化學知識與物理學科知識內(nèi)容探究可以發(fā)現(xiàn)，二者之間的學科知識也存在一定關聯(lián)。比如在化學教材中講述物質(zhì)的分類時，描述了膠體之間的介穩(wěn)性，并闡述其原因是由于膠體離子會攜帶電荷，而膠體離子之間會發(fā)生布朗運動，使得質(zhì)量較大的顆粒沉淀。而在物理學科中講解布朗運動時將其稱為懸浮顆粒進行無規(guī)則運動的模式。可見，高中化學學科與物理學科之間的知識點只有相同之處，在教學過程中應當對其進行交叉滲透。

2.1 化學計量單位。物質(zhì)的量是化學學科中的基本單位，也是學生學習化學學科的基礎，在初中及高中階段都對物質(zhì)的量有所闡述。在初中階段，學生已經(jīng)基本掌握了分子的性質(zhì)，并了解到分子是難以通過肉眼觀看到的微小顆粒。而在物理教材中，在估計分子大小時，采用了油膜法通過粗略的估算描述分子的數(shù)量級別，但是在現(xiàn)實中卻難以識別，因此使用物質(zhì)的量來表示粒子的集合體。單位為摩爾，1mol所包含的粒子的數(shù)稱為阿伏加德羅常數(shù)，為了確保阿伏加德的常數(shù)計算的準確性，人們在測量時采取了多種方法，并利用X射線，最終認為阿伏加德的常數(shù)為NA=6.0221367×1023mol-1，這一常數(shù)在物理化學中都具有重要意義，能夠?qū)⒛栿w積、摩爾質(zhì)量與粒子質(zhì)量等多個兩相連接[4]。

在學習完基底摩爾體積后，阿伏加德羅的推論是重點教學知識點，老師可以氣體狀態(tài)方程對其加以講述。在物理學科中，主要根據(jù)氣體的等溫、等壓變化等多項內(nèi)容來推導理想氣體的狀態(tài)，而老師在講述阿伏加德羅對論時也可以分別向?qū)W生展示三類圖像，學生在掌握正反比例函數(shù)的基礎上，能夠分別從圖像中探究其中的關系，了解氣體狀態(tài)方程的來源，學生也能夠認識到壓強、體積與氣體、溫度之間的關系。而后老師可以再次講述阿伏加德羅推論，通過詳細的說明以及等式的合并，加強了學生對知識的理解，讓學生能夠?qū)Π⒎拥铝_定律有一個更深層次的理解。

2.2 無機非金屬知識?；瘜W與物理是現(xiàn)代科技發(fā)展的基礎，在學習化學知識，要能結合實際生活內(nèi)容開展教學，比如硅作為非金屬，不僅僅需要學習其性質(zhì)特點，也要學習其用途。硅屬于良好的半導體材料，在信息技術的發(fā)展中具有關鍵作用，同時在構建集成電路時，也需要應用到高純度硅，硅晶片屬于集成電路中的IC，應用1克硅能夠生產(chǎn)大約20億個晶體管，因此的集成電路具有體積小與重量輕的優(yōu)點。在學習本節(jié)內(nèi)容時，老師就可以適當拓展教學內(nèi)容，向?qū)W生講解高科技產(chǎn)品，實現(xiàn)對學生視野的有效拓展，利用科學技術激發(fā)學生的探索欲望。

而在學習二氧化硅時，學生已經(jīng)對晶體也有了初步的了解，也能夠結合熔點來區(qū)分晶體與非晶體之間的區(qū)別。晶體的物理性狀存在一定差距，在不同物質(zhì)條件下能夠生成不同晶體，因此二氧化硅有許多晶體表現(xiàn)不出的性質(zhì)，而非晶體沒有確定性狀。在講解晶體與非晶體之間的物理性質(zhì)差異時，老師就可以結合物理教材向?qū)W生講述晶體的微觀結構，讓學生能夠了解重物質(zhì)之間，既可能是晶體，也可能是非晶體，比如天然水晶的主要成分為二氧化硅屬于晶體，但在溶化后凝固成的水晶是非晶體。在探究二氧化硅的性質(zhì)時，就可以結合晶體結構的簡單內(nèi)容，幫助學生了解結構決定性質(zhì)、性質(zhì)決定及用途的基本物理原則。

2.3 化學反應能量。在高中化學學習中，化學能與熱能是其重要學習內(nèi)容，化學能與人能之間會相互轉(zhuǎn)化，逐步幫助學生理解與學習能量變化中的吸熱與放熱。老師在教授這節(jié)內(nèi)容時，需要向?qū)W生傳遞能量守恒的定理，經(jīng)過對化學反應的研究可以發(fā)現(xiàn)，無論是哪種化學反應，分幾步完成，最終釋放的總熱量相同，這也就是能量守恒定律的基礎。能量守恒定律之間的能量形成相互轉(zhuǎn)換，燃料在燃燒過程中也會形成熱量，化學能逐步轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而在吸熱過程中，內(nèi)能則會轉(zhuǎn)化為化學能力。

在講解電動勢時，主要是講解化學能轉(zhuǎn)化為電能，學生需對電池原理進行更深一步探討。在掌握原電池的基本運行原理后，學生需要掌握電池構成的基本條件。在外部電路運行中，正電荷會從正極電源流向負極電源，確保電源的穩(wěn)定性，使電源內(nèi)部能夠正常產(chǎn)生氧化還原反應，而電池內(nèi)部也會發(fā)生化學反應，負電機則會向外部電路提供電子。在一次性電池內(nèi)部，電極需要浸入到電解質(zhì)之中，內(nèi)部電路則會根據(jù)正負離子取向形成運動。在講解原電池的化學能轉(zhuǎn)化為電能內(nèi)容時，可以與物理知識中的電流流向相結合，幫助學生掌握電源知識，并讓學生在腦中能夠區(qū)分電路中的電子流向，強化知識的記憶。

在學習生活中的電池時，本節(jié)內(nèi)容的主要重點在于讓學生能夠了解化學與生活之間的關系，知道化學來源于生活并回歸于生活[5]?；瘜W電源主要分為電池與充電電池，充電電池最早是以鉛蓄電池為主，那么老師就可以將其延伸到汽車應用之中，由于汽車內(nèi)阻較小，在充放電次數(shù)超過一定數(shù)額后才會報廢，而汽車在啟動過程中間距電池為驅(qū)動內(nèi)燃機與電動機旋轉(zhuǎn)，而后在運行過程中，內(nèi)燃機會驅(qū)動發(fā)電機完成鉛蓄電池充電，加深學生對鉛蓄電池應用的了解，拓寬學生視野。

2.4 離子反應。物質(zhì)導電性的判斷是教學中的重點內(nèi)容，也是離子反應中的重點內(nèi)容，學生已經(jīng)初步了解金屬與非金屬具有導電性，金屬能夠在水溶液中導電，這主要是由于在金屬導體中含有移動電荷。同時也包含著正離子與負離子，在酸堿等溶液中能夠?qū)崿F(xiàn)移動。如果導體中并不存在電壓，自由電荷則會形成不規(guī)則運動，而在不同方向上所含有的移動自由電荷數(shù)量相同；如果導體上存在電壓自由電荷，則會在一個方向內(nèi)進行移動。

在電荷守恒定律學習中，電離方程式與離子方程式的書寫規(guī)則是重點學習內(nèi)容，在教學過程中，學生在學習本節(jié)內(nèi)容時，只知道應用電荷守恒定律將兩邊的電荷數(shù)保持一致，但對電荷守恒的真正含義了解卻不夠清晰，電荷守恒意味著電荷不再被破壞，只能從一個物體轉(zhuǎn)移向另一個物體，但在轉(zhuǎn)移過程中，電荷量并不會發(fā)生改變。在新課程標準下，化學教學除了要教授學生基本的學習知識內(nèi)容以外，也要讓學生了解化學原理，也要強化對化學學科的理解，那么老師在教學過程中就可以結合電荷守恒定律，幫助學生了解確保兩邊兩個數(shù)相等的原因，逐步幫助學生形成正確的學科核心素養(yǎng)。

2.5 物質(zhì)結構。原子核主要由質(zhì)子和電子組成，原子的質(zhì)量則主要集中于原子核。老師在教學過程中，就可以針對原子質(zhì)量以及問題向?qū)W生介紹質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)過程，通過對居里夫人案例的描述，幫助學生了解質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)過程與質(zhì)量，進而引出質(zhì)量數(shù)的概念。在這種學習模式下，老師能夠潛移默化地向?qū)W生傳遞學習概念，學生在此基礎上，能夠了解其質(zhì)量數(shù)與合作之間的關系，讓學生能夠形成基本的框架模型。

或者在學習同位素與核素時，由于這兩個知識內(nèi)容較為混亂，而同位素在物理學科中只是講述了質(zhì)子、中子與電子之間的質(zhì)量比較。相同的元素具有相同的質(zhì)子數(shù)量與核外電子，化學性質(zhì)基本相同，但中子數(shù)不同。而具有相同質(zhì)子數(shù)與不同種子數(shù)的原子核在元素周期表中的位置相同。但同位素的應用交互為廣泛，在對惡性腫瘤采取放射性治療時就會用到同位素[6]。

總之在物理教材中包含著許多與化學學科相關的知識內(nèi)容，化學學科在教學過程中，不僅要精細講解化學教材中的知識內(nèi)容，同時也要與物理知識相融合，開展整體化教學，進而幫助學生深層次的掌握與理解化學知識，清晰了解相應的學習內(nèi)容，使得碎片化的知識能夠系統(tǒng)化。與此同時也要培養(yǎng)學生科學與辯證的思維，鼓勵學生學習科學精神，不斷培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)。而老師在教學設計時也應當適當?shù)耐卣菇虒W內(nèi)容，在具體教學過程中可以通過巧妙的提問方式，逐步引導學生進行思考，幫助學生深層次理解化學知識。

3.高中化學與物理教學的交叉融合案例

3.1 二氧化硅教學案例。二氧化硅是魯教版化學教學中的重點內(nèi)容，屬于元素化合物知識的教學，與生活之間的內(nèi)容息息相關。在教學過程中，學生既能夠了解到二氧化硅與現(xiàn)代科學技術之間的關系，也能夠形成學生正確的科學態(tài)度，培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)。本節(jié)課程化學教學的目標是讓學生了解元素組成的不同物質(zhì)以及物質(zhì)的性質(zhì)及分類。同時也要讓學生掌握在一定條件下，物質(zhì)可以實現(xiàn)相互轉(zhuǎn)換以及元素中的不同價態(tài)，實現(xiàn)對學生化學知識能力的有效鞏固。在教學過程中，老師可以通過創(chuàng)設情景引出歸元素在自然界中的存在，以及歸元素為什么會通過氧化物的形式存在，如何制作硅酸等多個問題，讓學生能夠?qū)Ρ竟?jié)課程產(chǎn)生探究欲望，通過小組合作的方式幫助學生掌握規(guī)律。在對化學與物理學科進行交叉融合時，老師可以引出物理教學內(nèi)容，讓學生回憶晶體與非晶體之間的區(qū)別，并通過對晶體結構的簡單介紹，加強學生對二氧化硅結構性質(zhì)的了解，激發(fā)學生的學習興趣。

3.2 化學能與熱能教學案例。本節(jié)課中化學學習的目標是要讓學生認識到物質(zhì)的能量了解吸熱反應與放熱反應，并掌握化學反應體系能量改變與化學鍵斷裂之間的關系[7]。物理教學目標則是要讓學生強化了解能量守恒定律，解釋自然中的現(xiàn)象。首先在教學過程中，老師可以創(chuàng)設天然氣燃燒的問題情景，讓學生根據(jù)化學反應去探究其中的能量變化，通過生活化的問題吸引學生的注意力，將抽象的問題盡量以簡單化的模式展現(xiàn)出來。隨后老師可以用多媒體向?qū)W生展示化學反應中的吸熱和放熱，鼓勵學生聯(lián)系生活實際,掌握化學反應與能量之間的變化，在逐步操作過程中，構建正確的能量觀。而在交叉教學過程中，老師可以引出能量守恒定律，讓學生能夠?qū)⒒瘜W能與熱能之間進行相互轉(zhuǎn)化，通過對定律概念的講解，讓學生能夠再次驗證科學知識，培養(yǎng)創(chuàng)造性思維。

結束語

綜上所述，隨著現(xiàn)代技術的快速發(fā)展，如果憑借單一學科開展教學，難以提高教學效率，那么就要實現(xiàn)跨學科教學，通過高中化學與物理學科的交叉融合，滿足學生的多元化發(fā)展，培養(yǎng)學生的學科素養(yǎng)。