核心素養(yǎng)視域下高中化學(xué)跨學(xué)科教學(xué)新探索

廖承軒

關(guān)鍵詞：水的電離；內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)；跨學(xué)科；呼吸性堿中毒

傳統(tǒng)分科教學(xué)模式只傳授單一學(xué)科的知識和經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生難以將知識轉(zhuǎn)化為高階思維以解決實(shí)際問題，并在更廣闊的現(xiàn)實(shí)世界中實(shí)現(xiàn)知識的遷移應(yīng)用。高中化學(xué)新課標(biāo)倡導(dǎo)開展跨學(xué)科綜合實(shí)踐活動(dòng)，幫助學(xué)生拓寬視野[1]?？鐚W(xué)科教學(xué)根本目的是從發(fā)展學(xué)生單一學(xué)科核心素養(yǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)展學(xué)生綜合的科學(xué)素養(yǎng)，通過對真實(shí)情境素材社會(huì)價(jià)值的挖掘，掌握必備知識和關(guān)鍵能力，培養(yǎng)正確的價(jià)值觀和良好的社會(huì)責(zé)任感，進(jìn)一步提升學(xué)生的核心素養(yǎng)[2]。

? 一、跨學(xué)科教學(xué)主題的選擇

“水的電離”是化學(xué)平衡、弱電解質(zhì)電離平衡的應(yīng)用和補(bǔ)充，又是學(xué)習(xí)溶液pH、鹽類水解、離子濃度等知識的基礎(chǔ)。學(xué)好“水的電離”對理解水溶液中電解質(zhì)的行為有舉足輕重的作用。筆者以吵架引起的“呼吸性堿中毒”為情境主題，結(jié)合高中生物“內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)”的知識，將高中化學(xué)“水的電離”的知識融入到學(xué)生熟悉又陌生的情境中，進(jìn)行“水的電離”的跨學(xué)科教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施，學(xué)生通過完成“了解呼吸性堿中毒”“證明水是一種極弱的電解質(zhì)”“探究影響水的電離平衡的因素”“制定呼吸性堿中毒的緊急處理和預(yù)防措施”等四個(gè)項(xiàng)目任務(wù)，從“宏觀、微觀、符號、曲線”等維度理解水的電離，建構(gòu)清晰的“水的電離”結(jié)構(gòu)化知識體系。打破學(xué)科之間的壁壘，培養(yǎng)學(xué)生的跨學(xué)科探究能力和思維能力。

? 二、跨學(xué)科教學(xué)的實(shí)施過程

? （一）了解呼吸性堿中毒

播放“呼吸性堿中毒”的視頻：有位青年女性跟家人吵了兩句后上不來氣，臉麻手麻還抽搐，然后被緊急送往醫(yī)院救治。觀看視頻后讓學(xué)生談感受并提問，為什么會(huì)出現(xiàn)呼吸性堿中毒？結(jié)合生物學(xué)“內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)”的相關(guān)知識進(jìn)行分析。

精神性過度通氣是呼吸性堿中毒最常見原因，人體過量呼出二氧化碳，導(dǎo)致平衡CO2（g）+H2O（l） H2CO3（aq） H+（aq）+HCO3-（aq）左移，使c（H+）減小，破壞了水的電離平衡，導(dǎo)致人體血液的pH值升高且超過正常的范圍，出現(xiàn)中毒的癥狀。

? （二）證明水是一種極弱的電解質(zhì)

首先，通過實(shí)驗(yàn)測定蒸餾水的導(dǎo)電性，觀察到靈敏電流表指針偏轉(zhuǎn)，燈泡不亮的現(xiàn)象，從宏觀和定性的角度證實(shí)了水是弱電解質(zhì)；接著，測量蒸餾水的pH值，測得常溫下純水的pH為7.0，即5.56億個(gè)水分子才電離出1個(gè)氫離子，從微觀和定量的角度進(jìn)一步證明了，水是一種極弱的電解質(zhì)，能發(fā)生微弱的電離；隨后，引導(dǎo)學(xué)生用符號表示水的電離：H2O H++OH-，水的電離平衡與之前所學(xué)的弱電解質(zhì)電離平衡具有相似性，同樣具有“逆、等、動(dòng)、定、變”的特點(diǎn)；最后，依據(jù)弱電解質(zhì)電離平衡的相關(guān)知識，介紹水的離子積常數(shù)Kw，即Kw=c（H+）·c（OH-），Kw只與溫度有關(guān)，且水的電離過程吸熱，因此Kw隨溫度升高而增大。

? （三）探究影響水的電離平衡的因素

首先，利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)技術(shù)測定純水的pH值隨溫度的變化情況，根據(jù)實(shí)驗(yàn)繪制的曲線，探究溫度對水電離平衡的影響；然后，計(jì)算室溫時(shí)不同酸堿度下水電離出的c（H+）或c（OH-），從定量角度更加精準(zhǔn)而深入地理解溶液的酸堿性對水的電離平衡的影響；最后，得出結(jié)論：溫度升高促進(jìn)水的電離、酸或堿抑制水的電離。

? （四）制定呼吸性堿中毒的緊急處理和預(yù)防措施

內(nèi)環(huán)境中的H2CO3/HCO3-緩沖對起著維持人體酸堿平衡的關(guān)鍵作用，激烈爭吵過度呼出二氧化碳，導(dǎo)致平衡CO2（g）+H2O（l） H2CO3（aq） H+（aq）+HCO3-（aq）左移，使c（H+）減小，促使平衡H2O（l） H+（aq）+OH-（aq）右移，導(dǎo)致血液的pH超過7.45，引起器官和系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)失調(diào)，發(fā)生呼吸性堿中毒。

呼吸性堿中毒的緊急處理措施：戴面罩或套袋呼吸，促進(jìn)二氧化碳的重吸收，緩解呼吸性堿中毒的癥狀；安撫患者，緩和情緒，患者呼吸頻率逐漸下降，呼出的二氧化碳就會(huì)逐漸減少，從而減輕呼吸性堿中毒引發(fā)的不良反應(yīng)。呼吸性堿中毒的預(yù)防措施：保持心情舒暢，避免心煩氣躁、呼吸急促；保持室內(nèi)的空氣流通，防止閉塞的環(huán)境導(dǎo)致呼吸不暢、通氣過度等。

? 三、跨學(xué)科教學(xué)反思

跨學(xué)科主題教學(xué)的目的不是為了掌握更多的知識，而是要形成對問題的全局理解，能夠從不同的角度和層次去全面理解遇到的問題，從而接近問題的本質(zhì)，從局部最優(yōu)解走向全局最優(yōu)解。盡管跨學(xué)科主題教學(xué)的落地有不少益處，但目前在實(shí)施上還存在一些障礙，例如學(xué)校沒有跨學(xué)科教學(xué)的頂層設(shè)計(jì)，也不能提供相應(yīng)的教學(xué)裝備支持等。跨學(xué)科教學(xué)的發(fā)展是一項(xiàng)長期的循序漸進(jìn)的工作，需要各方的協(xié)作配合。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）[S].北京：人民教育出版社，2020.

[2]黃滿霞，秦晉，楊燕等.核心素養(yǎng)導(dǎo)向下的“跨學(xué)科-項(xiàng)目式”教學(xué)設(shè)計(jì)——以“我?guī)偷巨r(nóng)選好種”為例[J].化學(xué)教學(xué)，2020（10）：50-55.

（作者單位：內(nèi)蒙古民族大學(xué)化學(xué)與材料學(xué)院）