促進(jìn)智慧生成的跨學(xué)科交互教學(xué)策略

黃丹青：福建省普通教育教學(xué)研究室教研員、特級教師、正高級教師，教育部首屆基礎(chǔ)教育教學(xué)指導(dǎo)委員會化學(xué)專業(yè)委員會委員，中國教育學(xué)會化學(xué)教育教學(xué)專業(yè)委員會副秘書長，“十四五”中小學(xué)幼兒園教師國家級培訓(xùn)計(jì)劃專家。近年來，承擔(dān)了多項(xiàng)國家級、省級科研課題研究工作，獲得福建省教育教學(xué)成果獎一等獎，同時，深入研究考試評價，參與福建省中高考化學(xué)試卷命題、評價工作。近年在《化學(xué)教育》《中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考》等刊物上發(fā)表論文70余篇。堅(jiān)持成果導(dǎo)向，以學(xué)生為中心，培根鑄魂，立德樹人。從“云端”到“地面”，構(gòu)建教、學(xué)、評設(shè)計(jì)方法，創(chuàng)設(shè)真實(shí)的學(xué)科情境、生活情境和學(xué)術(shù)情境，引發(fā)學(xué)生認(rèn)知沖突，引導(dǎo)學(xué)生在解決問題的過程中建構(gòu)學(xué)科思想方法，提升素養(yǎng)，增長智慧。

教師開展跨學(xué)科實(shí)踐活動需要創(chuàng)新教學(xué)思路與方法，激發(fā)學(xué)生潛能，引領(lǐng)他們增長智慧。在信息技術(shù)的支持下，筆者堅(jiān)持智慧教育理念，構(gòu)建信息技術(shù)和跨學(xué)科實(shí)踐活動相融合的智慧學(xué)習(xí)環(huán)境，突破課堂時空限制，創(chuàng)建新的教學(xué)形態(tài)，探索學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)內(nèi)容、教學(xué)關(guān)系、評價方式和信息技術(shù)的最佳匹配，使教育更具智慧。

一、信息時代跨學(xué)科實(shí)踐與智慧教育相輔相成

跨學(xué)科實(shí)踐活動是學(xué)生在符合認(rèn)知規(guī)律的獨(dú)特而相互聯(lián)系的任務(wù)驅(qū)動下，有效利用資源，貫穿課前、課中和課后，綜合運(yùn)用多學(xué)科知識，為達(dá)成某一主題領(lǐng)域或?qū)崿F(xiàn)一個特定目標(biāo)而參與的學(xué)習(xí)活動。《義務(wù)教育課程方案和課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》規(guī)定義務(wù)教育階段各學(xué)科用不少于學(xué)科總課時的10%開展跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)（實(shí)踐）活動?！读x務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱“新課標(biāo)”）倡導(dǎo)教師創(chuàng)設(shè)條件開展跨學(xué)科實(shí)踐活動，引導(dǎo)學(xué)生利用信息技術(shù)自主學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)“做中學(xué)”“用中學(xué)”“創(chuàng)中學(xué)”。

信息時代，人們處在一個具有無限邊界、無限容量和無限關(guān)聯(lián)的信息場域。教育領(lǐng)域，學(xué)校教學(xué)變革方興未艾，教學(xué)環(huán)境創(chuàng)設(shè)、教學(xué)資源獲取、教學(xué)組織結(jié)構(gòu)和學(xué)生學(xué)習(xí)方式都在轉(zhuǎn)變。如何設(shè)計(jì)跨學(xué)科實(shí)踐活動，構(gòu)建信息技術(shù)和跨學(xué)科實(shí)踐活動相融合的智慧學(xué)習(xí)環(huán)境，拓寬知識獲取渠道，創(chuàng)生新的教學(xué)形態(tài)，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)內(nèi)容、教學(xué)關(guān)系、評價方式和信息技術(shù)的最佳匹配，使不同學(xué)生的認(rèn)知加工視角在“輸入端（學(xué)什么）→加工端（怎么學(xué)）→輸出端（學(xué)得怎么樣）”三個維度中均獲得適切的個性化服務(wù)，讓教育成為充滿智慧的活動，這是教師應(yīng)高度關(guān)注并探索解決的問題。

智慧教育是教育信息化的新境界、新訴求。信息時代，智慧不僅包含心理學(xué)意義上的“聰敏、有見解、有謀略”，而且包含信息技術(shù)層面的“智能化”。教師要破除傳統(tǒng)教學(xué)思維的桎梏，轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，尊重學(xué)生的個體差異，為學(xué)生創(chuàng)造更多的思考機(jī)會和發(fā)展空間，促進(jìn)學(xué)生智慧生成與增長?；瘜W(xué)教師以培養(yǎng)學(xué)生關(guān)鍵能力為導(dǎo)向開展跨學(xué)科教學(xué)，需要智慧還得勇于創(chuàng)新，做好以下三點(diǎn)。一是設(shè)計(jì)智慧教育目標(biāo)，在實(shí)踐過程中滲透變化觀念和平衡思想，凸顯化學(xué)學(xué)科特質(zhì)；開展有意義的、真實(shí)的探究活動，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識；引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考、勇于探索、大膽嘗試，解決人類生存問題和環(huán)境問題，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任感。二是通過技術(shù)創(chuàng)新，為學(xué)生提供具有交互性、關(guān)聯(lián)性和開放性的活動情境，創(chuàng)設(shè)智慧學(xué)習(xí)空間，提高學(xué)生的動手、動腦能力，重構(gòu)認(rèn)知結(jié)構(gòu)。三是借助信息技術(shù)，通過方法創(chuàng)新，綜合運(yùn)用多種教學(xué)策略，構(gòu)建智慧教學(xué)生態(tài)，進(jìn)而提升學(xué)生的科學(xué)思維（如分析性思維、創(chuàng)造性思維、應(yīng)用性思維），造就智慧人才（如圖1）。

二、跨學(xué)科智慧教育的四大交互策略

跨學(xué)科實(shí)踐與生成智慧的交互教學(xué)相生相伴，具體來說有四種交互，包括學(xué)習(xí)觀念交互、學(xué)生與學(xué)習(xí)資源交互、學(xué)生與界面交互，以及協(xié)作共同體之間交互。筆者嘗試對學(xué)生的學(xué)習(xí)行為、學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)評價數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘，設(shè)計(jì)適應(yīng)學(xué)生差異性的個性化教學(xué)方案與策略，因材施教，造就智慧人才。下面以“探討汽車燃料變遷”跨學(xué)科實(shí)踐為例，從科學(xué)方法論和價值觀的視角，關(guān)注學(xué)科間的關(guān)聯(lián)及實(shí)踐中構(gòu)建與運(yùn)用知識的具體過程，形成旨在促進(jìn)學(xué)生智慧生成的教學(xué)策略（如圖2）。

（一）構(gòu)建跨學(xué)科認(rèn)知結(jié)構(gòu)，促進(jìn)觀念交互

智慧教育的真諦是通過構(gòu)建技術(shù)融合的學(xué)習(xí)環(huán)境，讓教師施展高效的教學(xué)方法，讓學(xué)生獲得適宜的個性化學(xué)習(xí)服務(wù)和美好的發(fā)展體驗(yàn)，使其由不能變?yōu)榭赡?，由小能變?yōu)榇竽埽饾u成為具有良好的價值取向、較強(qiáng)的行動能力、較好的思維品質(zhì)、較大的創(chuàng)造潛能的人才。

教學(xué)中，筆者感知學(xué)生對“化學(xué)與能源的利用”這部分內(nèi)容很感興趣，借助搜索軟件，圍繞“汽車燃料變遷”主題，在交互中構(gòu)建跨學(xué)科認(rèn)知結(jié)構(gòu)，形成有關(guān)觀念。筆者引導(dǎo)學(xué)生從交通工具（蒸汽火車、蒸汽輪船、蒸汽飛艇，汽車、飛機(jī)，地鐵、高鐵等）和相應(yīng)的動力源（蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、電動機(jī)等），以及不同時期汽車燃料的使用、能量轉(zhuǎn)化等視角，進(jìn)一步整合物質(zhì)組成和分類、物質(zhì)性質(zhì)和變化、物質(zhì)燃燒及燃燒條件等化學(xué)學(xué)科核心概念，認(rèn)識化學(xué)在解決與資源、能源、材料、環(huán)境、人類健康等相關(guān)問題中的作用，體會化學(xué)是推動人類社會可持續(xù)發(fā)展的重要力量。

從汽車燃料的發(fā)展和變遷說開去，綜合運(yùn)用物理、歷史、地理、工程技術(shù)與信息技術(shù)等課程中的相關(guān)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生理解科學(xué)、技術(shù)、社會、環(huán)境的相互關(guān)系，構(gòu)建跨學(xué)科知識結(jié)構(gòu)。

倡導(dǎo)科學(xué)發(fā)展觀，引導(dǎo)學(xué)生展望新能源發(fā)展前景，了解資源開發(fā)、能源利用和材料使用可能影響生態(tài)環(huán)境，認(rèn)識綜合利用資源的重要性，知道科學(xué)和技術(shù)可用于解決社會問題，初步建立應(yīng)用觀念和方法解決問題的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，樹立綠色化學(xué)的基本觀念、人與自然和諧共生的科學(xué)自然觀，主動踐行節(jié)約資源、環(huán)境友好的生活方式，增強(qiáng)民族自信，弘揚(yáng)愛國主義精神。

從“整合概念獲取知識”到“綜合跨學(xué)科知識，構(gòu)建知識結(jié)構(gòu)”再到“融合觀念，建立認(rèn)知模型”的觀念交互，教師立足學(xué)科知識又超越具體知識，引導(dǎo)學(xué)生逐步實(shí)現(xiàn)核心觀念的結(jié)構(gòu)化。

（二）引導(dǎo)學(xué)生探索未知，驅(qū)動問題交互

課堂內(nèi)外問題紛繁蕪雜，化學(xué)教師不能單純從抽象的理論體系或分析系統(tǒng)中尋覓方法，而要讓學(xué)生學(xué)會與問題交互，去實(shí)踐、體驗(yàn)、感悟和探索未知世界，從而獲得新知。各類實(shí)踐項(xiàng)目在主題設(shè)置和問題交互方面各有千秋：有的項(xiàng)目，教師針對某個化學(xué)主題設(shè)置與現(xiàn)實(shí)相結(jié)合的探究情境，用驅(qū)動性問題串聯(lián)理論、概念和元素化合物知識，建立思維模型和科學(xué)的認(rèn)知方式；有的項(xiàng)目，教師融合多個化學(xué)主題，引導(dǎo)學(xué)生參與體驗(yàn)式活動，運(yùn)用已有知識、觀念和思維方法，以“宏—微—符”三重表征的方式探究物質(zhì)及其變化規(guī)律，嘗試解決生產(chǎn)、生活中的問題；有的項(xiàng)目涉及跨學(xué)科知識，教師從科學(xué)、人文、技術(shù)、社會、環(huán)境視角，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識環(huán)境保護(hù)、食品安全、公共衛(wèi)生等對促進(jìn)人類文明的重要性。筆者綜合分析比選后，確定以“汽車燃料變遷”為主題開展實(shí)踐活動，學(xué)生對此充滿好奇，提問之多出乎意料。筆者利用問題交互策略，引導(dǎo)學(xué)生共同分析、搭建邏輯清晰的問題主框架以驅(qū)動后續(xù)實(shí)踐。

對于“汽車燃料變遷”，筆者設(shè)計(jì)了指向跨學(xué)科知識、化學(xué)學(xué)科知識、社會議題的問題串。

跨學(xué)科問題：蒸汽機(jī)如何為汽車提供動力？第一代、第二代內(nèi)燃機(jī)汽車的燃料有何不同？中國在20世紀(jì)60年代就有煤氣內(nèi)燃機(jī)汽車（布袋汽車），為什么布袋汽車沒有普及？當(dāng)前我國道路上有幾種顏色的車牌？哪些是新能源汽車？

化學(xué)學(xué)科問題：煤油、汽油、柴油從何而來？煤是復(fù)雜的混合物，煤是怎么形成的？什么是煤的干餾？煤干餾后的產(chǎn)物是純凈物還是混合物？從煤含有的主要元素中可推測煤直接燃燒的產(chǎn)物中主要有哪些物質(zhì)？煤燃燒是否對空氣造成污染？什么是石油分餾？石油危機(jī)時期，汽車代用燃料是什么？這些代用燃料各有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？

社會議題：什么是“碳中和”與“碳達(dá)峰”？什么是“低碳行動”？如何落實(shí)“低碳行動”？根據(jù)環(huán)保要求，未來汽車可能用何種能源？等等。

（三）突破課堂時空限制，實(shí)現(xiàn)資源交互

地球上幾乎所有東西（任何物理對象、過程或者系統(tǒng)）都可以被感知化、互聯(lián)化和智慧化。學(xué)生在跨學(xué)科活動中解決相關(guān)社會議題，面臨較大挑戰(zhàn)。例如，在上述活動中，初中生較難理解“煤的干餾”和“石油分餾”的本質(zhì)區(qū)別、內(nèi)燃機(jī)與外燃機(jī)工作原理的異同，以及“碳中和”“碳達(dá)峰”與人們生活有什么必然聯(lián)系，等等。以互聯(lián)網(wǎng)為代表的信息技術(shù)的應(yīng)用促進(jìn)了資源交互和信息互聯(lián)互通，為學(xué)生認(rèn)知能力的發(fā)展提供了有效路徑：首先，教師利用互聯(lián)網(wǎng)查閱相關(guān)信息資源，通過智能推送系統(tǒng)設(shè)計(jì)分層的任務(wù)計(jì)劃，利用電子書包設(shè)置任務(wù)并用云平臺群分享功能快捷地分配任務(wù)，做到目標(biāo)清晰、分工明確；其次，小組成員根據(jù)自身特點(diǎn)承接具體任務(wù)，落實(shí)職責(zé)，共同為實(shí)現(xiàn)目標(biāo)努力；然后，教師根據(jù)學(xué)情調(diào)研情況，讓學(xué)生自主選擇、收集相關(guān)資料，完成學(xué)習(xí)任務(wù)，通過信息平臺反饋效果，借此清晰了解學(xué)生質(zhì)疑、思考、解疑及智慧與經(jīng)驗(yàn)生成的過程；最后，教師利用云筆記和云平臺系統(tǒng)，針對學(xué)生需求適時推送學(xué)習(xí)資源，在交互式電子白板的助力下，讓學(xué)生高效地投入學(xué)習(xí)，最終將小組成果和個人貢獻(xiàn)及總結(jié)表述進(jìn)行可視化呈現(xiàn)。

信息技術(shù)的應(yīng)用和資源的交互使學(xué)生的學(xué)習(xí)事半功倍。學(xué)生觀看蒸汽機(jī)汽車工作視頻，了解世界上第一部汽車（蒸汽機(jī)汽車）所使用的燃料，理解蒸汽機(jī)汽車的工作原理（煤燃燒使水變成水蒸氣，大量水蒸氣推動氣缸活塞做功）及其能量轉(zhuǎn)化原理（化學(xué)能→熱能→機(jī)械能），知曉相關(guān)物質(zhì)的性質(zhì)、類別、轉(zhuǎn)化及應(yīng)用，探究為何瓦特發(fā)明的蒸汽機(jī)汽車最終沒有問世。學(xué)生學(xué)會分析煤及煤的干餾產(chǎn)物、石油的組成及石油分餾產(chǎn)品，從元素守恒角度推斷物質(zhì)的種類，分析其燃燒生成的產(chǎn)物，進(jìn)一步理解物質(zhì)燃燒的條件、物質(zhì)（或能量）轉(zhuǎn)化原理。學(xué)生上網(wǎng)查找世界石油危機(jī)、中國石油工業(yè)發(fā)展史資料，認(rèn)識到燃燒化石燃料會導(dǎo)致環(huán)境污染和資源浪費(fèi)，強(qiáng)化了珍惜資源、保護(hù)環(huán)境觀念。學(xué)生觀看教師推送的“柴油機(jī)與汽油機(jī)的構(gòu)造”視頻，分析汽油機(jī)與柴油機(jī)的點(diǎn)火方式的異同及原因，了解內(nèi)燃機(jī)與外燃機(jī)、汽油機(jī)和柴油機(jī)工作原理，運(yùn)用分類、比較、分析、綜合和歸納等科學(xué)方法，感受物理、化學(xué)、歷史知識在分析問題、解決問題中的作用。學(xué)生研讀中國汽車業(yè)、中國石油工業(yè)發(fā)展歷史，認(rèn)識到科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用要考慮社會和環(huán)境影響，增強(qiáng)了保護(hù)生態(tài)環(huán)境的責(zé)任意識。

（四）創(chuàng)設(shè)思維碰撞情境，優(yōu)化協(xié)作交互

教師開展跨學(xué)科實(shí)踐活動，引導(dǎo)學(xué)生協(xié)作解決問題，有利于學(xué)生在研習(xí)中生成、增長智慧。學(xué)生參與跨學(xué)科交互學(xué)習(xí)活動，離不開信息技術(shù)的支持，離不開學(xué)生間和師生間的協(xié)作與交互。教師搭建腳手架輔助學(xué)生學(xué)習(xí)、思考，實(shí)時使用搜索引擎和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)，記錄、跟進(jìn)學(xué)生的合作學(xué)習(xí)過程，精準(zhǔn)掌握學(xué)情，科學(xué)決策：根據(jù)學(xué)生在實(shí)踐活動中的行為進(jìn)展程度，了解內(nèi)容的難易、資源的類型與品質(zhì)；根據(jù)學(xué)生的行為表現(xiàn)，分析確定學(xué)習(xí)方式是個體建構(gòu)還是群體建構(gòu)，為學(xué)生的智慧生成提供個性化的探究空間；根據(jù)學(xué)生階段性學(xué)習(xí)結(jié)果，界定新任務(wù)、活動場域，實(shí)時發(fā)現(xiàn)問題，進(jìn)行點(diǎn)撥和評價，有效把控實(shí)踐活動的方向和進(jìn)度；根據(jù)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、提問、抉擇、構(gòu)想、分析和歸納的水平和層次，實(shí)時點(diǎn)撥，讓他們基于事實(shí)進(jìn)行證據(jù)推理和模型建構(gòu)。

此外，學(xué)生在交互學(xué)習(xí)過程中思維水平不斷提升。學(xué)生在實(shí)踐活動中提出問題，建立、使用模型，設(shè)計(jì)、實(shí)施調(diào)查研究，分析、解釋數(shù)據(jù)，利用數(shù)學(xué)和計(jì)算思維進(jìn)行建構(gòu)、解釋，基于證據(jù)進(jìn)行論證、評估，交流信息，協(xié)作學(xué)習(xí)逐漸走向縱深。例如，有的小組了解到18世紀(jì)的蒸汽機(jī)（外燃機(jī)）汽車以煤為燃料，有的小組上網(wǎng)搜索資料了解到19世紀(jì)的內(nèi)燃機(jī)汽車以汽油、柴油為燃料，有的小組對20世紀(jì)以甲烷、醇類等為代用燃料的汽車感興趣，有的小組探尋21世紀(jì)低碳、環(huán)保的綠色新能源電動汽車使用何種燃料，并從中提取核心知識，嘗試分析、解析實(shí)際問題。各種思維碰撞、匯聚在一起，就是一幅以汽車燃料發(fā)展時間為主軸的歷史畫卷。

三、智慧教育呼喚新型師生關(guān)系

《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011—2020 年）》指出：“探索現(xiàn)代信息技術(shù)與教育的全面深度融合，以信息化引領(lǐng)教育理念和教育模式的創(chuàng)新，充分發(fā)揮教育信息化在教育改革和發(fā)展中的支撐與引領(lǐng)作用?！敝腔劢逃魡拘滦蛶熒P(guān)系。學(xué)校構(gòu)建和諧共存、互賴互助的師生關(guān)系有利于學(xué)生智慧成長。

從教師教學(xué)層面上說，信息技術(shù)的應(yīng)用使教學(xué)如虎添翼，但“真正好的教學(xué)不能降低到技術(shù)層面，真正好的教學(xué)來自教師的自身認(rèn)同和自身完整”（帕克·帕爾默）。從學(xué)生學(xué)習(xí)層面上說，“理想的學(xué)習(xí)，來自學(xué)習(xí)者能夠識別出他在學(xué)習(xí)情境中必須適應(yīng)的因素，以及他可以根據(jù)自己的志愿加以控制的其他因素”（泰勒）。

傳統(tǒng)的化學(xué)課堂上，教師過于看重知識講授，教師和學(xué)生的關(guān)系只是“授”和“被授”的關(guān)系。在信息技術(shù)支持的跨學(xué)科實(shí)踐活動中，平等合作的課堂氛圍使得教師和學(xué)生的身份差異悄然淡化。一方面，教師利用互聯(lián)網(wǎng)思維和大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)，以觀念、知識、技能、經(jīng)驗(yàn)和方法等為載體，預(yù)設(shè)理論與實(shí)踐結(jié)合的數(shù)字化教學(xué)模式。另一方面，在實(shí)踐活動中，師生共同設(shè)計(jì)方案，解決學(xué)科情境中的科學(xué)問題（即擁有知識）、生活情境中的現(xiàn)實(shí)問題（即運(yùn)用知識）和學(xué)術(shù)情境中的學(xué)術(shù)問題（即創(chuàng)造知識）。學(xué)生在探究中學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)中探究，在內(nèi)化、聚合和聚焦的感悟中不斷提升用化學(xué)解決問題的能力，提高科學(xué)思維能力，在遷移與運(yùn)用知識中提升素養(yǎng)。

總之，信息技術(shù)與教育教學(xué)將深度融合。網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)互動平臺、智能工具的應(yīng)用為學(xué)生開辟了自主合作、交互探究、個性化學(xué)習(xí)的新天地，也為跨學(xué)科實(shí)踐活動的開展帶來了新的機(jī)會和可能。如此，融入智慧生成觀念開展教學(xué)活動，必將培育有智慧的學(xué)生，成就有智慧的教師。

責(zé)任編輯：祝元志