跨學(xué)科融合理念下的高中化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)

摘 要：跨學(xué)科學(xué)習(xí)是新課改的必然趨勢(shì)，也是國家培養(yǎng)復(fù)合型人才的迫切要求。在高中化學(xué)課堂中開展跨學(xué)科學(xué)習(xí)可以融合其他學(xué)科的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，幫助學(xué)生更好地理解和吸收化學(xué)知識(shí)，提高學(xué)習(xí)效率。因此，教師要將化學(xué)與其他學(xué)科有機(jī)結(jié)合，突出學(xué)科知識(shí)之間交叉融合的特性，促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的深度理解和融會(huì)貫通。從融合信息技術(shù)、生物學(xué)、地理、歷史、思想政治等學(xué)科出發(fā)，結(jié)合具體案例探討跨學(xué)科融合理念下的高中化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：高中化學(xué)；跨學(xué)科學(xué)習(xí)；教學(xué)策略

作者簡(jiǎn)介：張淑玲（1980—），女，江蘇省淮陰中學(xué)。

跨學(xué)科教學(xué)是一種以主題或議題為載體，融合兩門及以上學(xué)科的知識(shí)、方法等，以問題解決為導(dǎo)向的教學(xué)活動(dòng)［1］。高中化學(xué)與其他學(xué)科之間有著廣泛的交叉融合領(lǐng)域，具有開展跨學(xué)科教學(xué)的有利條件?？鐚W(xué)科教學(xué)一方面可以促進(jìn)學(xué)生對(duì)化學(xué)知識(shí)的深度理解，另一方面可以拓寬學(xué)生的視野，豐富學(xué)生學(xué)習(xí)體驗(yàn)，使學(xué)生掌握多種探究策略和方法，提高解決問題的能力。在高中化學(xué)教學(xué)中，教師要立足化學(xué)與其他學(xué)科的融合點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生綜合運(yùn)用各個(gè)學(xué)科的知識(shí)與技能，通過多元的思維方式和策略來探究和解決化學(xué)問題，從而充分發(fā)揮課程協(xié)同育人的作用，為國家培養(yǎng)復(fù)合型高素質(zhì)人才貢獻(xiàn)力量。

一、融合信息技術(shù)，創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境

用情境輔助跨學(xué)科教學(xué)，有助于學(xué)生快速進(jìn)入學(xué)科融合境界，打破學(xué)科壁壘，深度思考化學(xué)知識(shí)，形成和發(fā)展化學(xué)核心素養(yǎng)［2］。教師可以將化學(xué)與信息技術(shù)融合，利用視頻、圖片、動(dòng)畫等手段為學(xué)生創(chuàng)設(shè)生動(dòng)情境，演示化學(xué)原理，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激活學(xué)生的高階思維，同時(shí)營造愉悅的課堂氛圍，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

例如，在教學(xué)蘇教版高中化學(xué)必修第一冊(cè)專題3第一單元“氯氣及氯的化合物”時(shí)，教師利用視頻、動(dòng)畫，生動(dòng)、直觀地呈現(xiàn)了氧化還原反應(yīng)，不僅方便學(xué)生理解，又激發(fā)了學(xué)生的興趣，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)效率。教學(xué)過程中，教師首先通過視頻展示了一組實(shí)驗(yàn)：將銅片放入稀硫酸中，但未發(fā)生任何反應(yīng)。隨后，教師引導(dǎo)學(xué)生回顧金屬活動(dòng)性順序，說明銅因排在氫后面，不夠活潑，所以與氫不發(fā)生反應(yīng)。接著，教師繼續(xù)播放視頻，展示鋅片放入稀硫酸中后，鋅片表面迅速產(chǎn)生大量氣泡。教師通過此現(xiàn)象向?qū)W生解釋，因?yàn)殇\比氫更為活潑，所以二者發(fā)生反應(yīng)并生成氫氣。將銅片放置在鋅片上方，另一端浸入溶液中，銅片表面也開始產(chǎn)生氣泡，而當(dāng)銅片單獨(dú)放入溶液中時(shí)，反應(yīng)立即停止。這個(gè)現(xiàn)象瞬間吸引了學(xué)生的注意，教師便引導(dǎo)他們探討原因。有的學(xué)生認(rèn)為鋅片充當(dāng)了導(dǎo)體的作用，使銅片與稀硫酸反應(yīng)；有的學(xué)生認(rèn)為是鋅片上的粒子“跑”到了銅片上，促使銅片發(fā)生反應(yīng)。就著學(xué)生的討論結(jié)果，教師用多媒體展示鋅原子和氫離子外層電子的排布，并通過動(dòng)畫演示了電子轉(zhuǎn)移的過程：鋅原子有四層電子，氫離子沒有電子，當(dāng)二者在溶液中相遇時(shí)，鋅原子傾向于失去最外層的兩個(gè)電子以達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，而氫離子則想要獲得這兩個(gè)電子。于是雙方一拍即合，一個(gè)鋅原子失去最外層的兩個(gè)電子變成鋅離子，同時(shí)兩個(gè)氫離子接受電子形成氫原子，進(jìn)而組合成氫分子，大量的氫氣便產(chǎn)生了。銅片之所以冒泡，是因?yàn)殇\提供的電子通過銅片傳遞到另一端，與溶液中的氫離子反應(yīng)。通過這樣生動(dòng)而直觀的演示，學(xué)生很快就明白了氧化還原反應(yīng)的內(nèi)涵，并通過電子轉(zhuǎn)移現(xiàn)象學(xué)習(xí)了守恒定律，了解了化合價(jià)的變化。

綜上，化學(xué)與信息技術(shù)學(xué)科的融合，能夠有效降低學(xué)習(xí)難度，使化學(xué)知識(shí)易于理解和掌握，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，營造生動(dòng)活潑的課堂氛圍。

二、融合生物學(xué)科，深化認(rèn)知理解

生物學(xué)與化學(xué)學(xué)科之間存在著緊密的關(guān)聯(lián)，尤其是在生命科學(xué)領(lǐng)域，二者相輔相成、相互促進(jìn)。教師在化學(xué)教學(xué)中融合生物學(xué)知識(shí)，可以引導(dǎo)學(xué)生將生物體的結(jié)構(gòu)、組成、功能、運(yùn)動(dòng)規(guī)律等與化學(xué)原理結(jié)合起來，深化對(duì)化學(xué)知識(shí)的理解。

例如，在教學(xué)蘇教版高中化學(xué)選擇性必修3專題6第二單元“蛋白質(zhì)”時(shí)，教師融入了生物學(xué)知識(shí)，讓學(xué)生深入了解蛋白質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、化學(xué)性質(zhì)和主要用途等內(nèi)容。在高中生物課程中，學(xué)生接觸了蛋白質(zhì)的相關(guān)知識(shí)，知道蛋白質(zhì)是一種生物大分子，是構(gòu)成生命的主要基礎(chǔ)性物質(zhì)。在此基礎(chǔ)上，教師引導(dǎo)學(xué)生回顧蛋白質(zhì)對(duì)于生物體的重要作用，思考蛋白質(zhì)究竟是什么，它由哪些元素構(gòu)成，由此激發(fā)學(xué)生的探究欲望，讓學(xué)生主動(dòng)了解蛋白質(zhì)的相關(guān)知識(shí)。接著，教師從牛奶、豆?jié){、雞蛋、豆腐等富含蛋白質(zhì)的食物的水解過程出發(fā)，引入氨基酸的概念，結(jié)合化學(xué)教材中的氨基酸結(jié)構(gòu)圖，讓學(xué)生識(shí)別氨基酸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：每種氨基酸分子至少都含有一個(gè)氨基（—NH2）和一個(gè)羧基（—COOH），并且都有一個(gè)氨基和一個(gè)羧基連接在同一個(gè)碳原子上。學(xué)生深入了解了氨基酸的通式——R基，認(rèn)識(shí)到不同氨基酸之間的差異主要源于R基的不同，并學(xué)習(xí)了如何通過分子結(jié)構(gòu)來區(qū)分不同的氨基酸。

在生物學(xué)課程中，學(xué)生了解到氨基酸共有20種，其中8種是必需氨基酸，12種是非必需氨基酸，若人體攝入的氨基酸不均衡會(huì)導(dǎo)致營養(yǎng)不良。那么氨基酸究竟是怎么變成蛋白質(zhì)的呢？教師鼓勵(lì)學(xué)生針對(duì)這個(gè)問題展開探究。通過小組合作、交流討論等方式，學(xué)生最終明白氨基酸形成蛋白質(zhì)的方式是脫水縮合反應(yīng)，即一個(gè)氨基酸的氨基與另一個(gè)氨基酸的羧基相連接，同時(shí)脫去一個(gè)水分子形成肽鍵的有機(jī)化學(xué)反應(yīng)。因此，決定蛋白質(zhì)多樣性的因素包括氨基酸的種類、數(shù)量、排列順序以及蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)等。最后，教師結(jié)合生物學(xué)知識(shí)，幫助學(xué)生梳理了蛋白質(zhì)的功能，如催化作用、運(yùn)輸作用、調(diào)節(jié)作用和免疫作用等。在這樣的跨學(xué)科融合教學(xué)中，學(xué)生的生物和化學(xué)核心素養(yǎng)獲得了協(xié)同提升。

三、融合地理知識(shí)，培養(yǎng)探究能力

化學(xué)與地理學(xué)科之間存在著密切的聯(lián)系，尤其在環(huán)境保護(hù)和資源利用方面［3］。教師在化學(xué)教學(xué)中可以有機(jī)結(jié)合地理知識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生從地理學(xué)科視角探究化學(xué)元素的利與弊，分析其對(duì)人類社會(huì)的影響，探討環(huán)境保護(hù)和資源利用的方法，培養(yǎng)學(xué)生的探究能力和解決實(shí)際問題的能力。

例如，在教學(xué)蘇教版高中化學(xué)必修第一冊(cè)專題4第三單元“防治二氧化硫?qū)Νh(huán)境的污染”時(shí)，教師通過融合地理學(xué)科的相關(guān)知識(shí)，讓學(xué)生從二氧化硫在自然界的循環(huán)入手，了解二氧化硫的危害，培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)。教學(xué)中，教師重點(diǎn)引導(dǎo)學(xué)生用實(shí)驗(yàn)探究酸雨形成的原因及其危害。具體實(shí)驗(yàn)步驟如下：首先，將硫粉放入燃燒匙中，用酒精燈點(diǎn)燃后，將其倒入裝有氧氣的集氣瓶?jī)?nèi)，并向瓶中噴入少量水；接著，分別將新鮮的樹葉、鎂條、大理石樣本投入瓶中，觀察并分析現(xiàn)象；一段時(shí)間后，取出樣品，發(fā)現(xiàn)樹葉被腐蝕，鎂條和大理石上均有氣泡產(chǎn)生。這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明酸雨不僅會(huì)破壞植物的生長(zhǎng)，還會(huì)對(duì)金屬、建筑物等產(chǎn)生腐蝕作用，給地球環(huán)境帶來巨大危害。

隨后，教師要求學(xué)生結(jié)合地理學(xué)科的相關(guān)知識(shí)，分析酸雨的形成過程。經(jīng)過自主探究，學(xué)生發(fā)現(xiàn)人類活動(dòng)，特別是化石燃料的燃燒會(huì)產(chǎn)生大量二氧化硫氣體，這些氣體在排放到空氣中后，與其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成亞硫酸、硝酸等酸性物質(zhì)。這些酸性物質(zhì)會(huì)溶解于雨水中，最終形成酸雨降落到地面。最后，教師鼓勵(lì)學(xué)生根據(jù)酸雨的形成原因，探討預(yù)防和治理酸雨的策略。學(xué)生提出，減少二氧化硫等有害物質(zhì)的排放是防治酸雨的關(guān)鍵，例如減少煤炭等化石燃料的使用，積極發(fā)展清潔型能源；大力植樹造林，增加植被覆蓋，利用植物光合作用凈化空氣；盡量乘坐公共交通，減少汽車尾氣排放；等等。

在教學(xué)過程中，教師融合地理知識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用相關(guān)概念來解釋酸雨的形成過程，理解酸雨的成因，同時(shí)用化學(xué)實(shí)驗(yàn)讓他們深入認(rèn)識(shí)了酸雨的危害。最終，師生共同探索出有效的防治酸雨的方法。這種跨學(xué)科的教學(xué)方式顯著提升了化學(xué)教學(xué)的實(shí)效性。

四、融合歷史學(xué)科，培養(yǎng)科學(xué)精神

以史為鑒，可以知興替。歷史學(xué)科與化學(xué)的融合，主要體現(xiàn)在對(duì)化學(xué)發(fā)展歷史、科研故事和化學(xué)知識(shí)演變的探討上。教師在教學(xué)時(shí)，可以指導(dǎo)學(xué)生用歷史的眼光看待化學(xué)問題，梳理化學(xué)發(fā)展的脈絡(luò)，挖掘科學(xué)家的研究故事，培養(yǎng)學(xué)生敢于質(zhì)疑、求真務(wù)實(shí)的科學(xué)精神。

例如，在教學(xué)蘇教版高中化學(xué)選擇性必修3專題1第一單元“有機(jī)化學(xué)的發(fā)展與應(yīng)用”時(shí)，教師可以結(jié)合歷史研究的思維與方法，引導(dǎo)學(xué)生梳理和探討有機(jī)化學(xué)的發(fā)展歷程，深化學(xué)生對(duì)有機(jī)化學(xué)史的理解。本單元分為三個(gè)部分：有機(jī)化合物的概念和分類、有機(jī)化學(xué)的發(fā)展和有機(jī)化學(xué)的應(yīng)用。教學(xué)中，教師首先引導(dǎo)學(xué)生思考“有機(jī)物”和“無機(jī)物”的定義，以及為什么說“有機(jī)物”的概念已經(jīng)失去了原本的意義。學(xué)生總結(jié)出有機(jī)物是指含碳化合物，無機(jī)物是不含碳的化合物，而之所以說“有機(jī)物”的概念失去了原來的意義，是因?yàn)樵扔袡C(jī)物只能通過生物方法產(chǎn)生，但隨著有機(jī)化學(xué)的發(fā)展，有機(jī)物也可以通過化學(xué)方法合成。

接著，教師將有機(jī)化學(xué)的發(fā)展歷程分為兩個(gè)階段——萌發(fā)和形成階段、發(fā)展和走向輝煌階段，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用歷史研究的方法，分析、梳理、提煉和總結(jié)教材內(nèi)容，根據(jù)時(shí)間順序描述有機(jī)化學(xué)的發(fā)展歷程。學(xué)生首先對(duì)我國早期有機(jī)化學(xué)的發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行了梳理。例如，早在原始社會(huì)末期，古人就已利用谷物釀酒、制醋；到了周代，人們開始使用靛藍(lán)、茜草等天然染料染布；公元前1世紀(jì)，人們開始使用天然氣井并發(fā)展出本草醫(yī)學(xué)；進(jìn)入西漢時(shí)期，我國發(fā)明了造紙術(shù)。隨后，學(xué)生繼續(xù)探討17至19世紀(jì)有機(jī)化學(xué)的發(fā)展。隨著瑞典化學(xué)家貝采利烏斯首次提出了“有機(jī)化學(xué)”概念，有機(jī)化學(xué)逐漸發(fā)展成為化學(xué)的一個(gè)重要分支。后來，德國化學(xué)家維勒首次人工合成有機(jī)化合物，開創(chuàng)了人工合成有機(jī)物的新時(shí)代，為有機(jī)化學(xué)成為獨(dú)立的分支學(xué)科奠定了重要基礎(chǔ)。進(jìn)入20世紀(jì)，有機(jī)化學(xué)開始走向輝煌，取得了矚目的成就，中國的結(jié)晶牛胰島素研究就是其中的典范。

學(xué)生運(yùn)用歷史學(xué)科的知識(shí)與技能，成功總結(jié)了有機(jī)化學(xué)的發(fā)展歷程，繪制了時(shí)間線，并劃分出不同的發(fā)展階段，從而深化了對(duì)有機(jī)化學(xué)知識(shí)的理解。此過程不僅提高了學(xué)生分析和處理信息的能力，還培養(yǎng)了他們的自主探究精神。

五、融合思想政治，落實(shí)育人功能

思想政治課程是培養(yǎng)學(xué)生思想道德素質(zhì)的主陣地，而化學(xué)教學(xué)同樣承擔(dān)著學(xué)科育人的重要任務(wù)。二者在這一目標(biāo)上有著高度的一致性，為學(xué)科融合提供了有利條件。在化學(xué)教學(xué)中，教師可以融合思想政治課程，幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)到化學(xué)科技的多面性，明確人類社會(huì)的發(fā)展不能以犧牲環(huán)境為代價(jià)，從而形成“綠色化學(xué)”理念，落實(shí)學(xué)科的育人功能。

科學(xué)發(fā)展觀是高中思想政治課程的重要內(nèi)容，將其與化學(xué)教學(xué)相融合，既能讓學(xué)生理解化學(xué)學(xué)科的價(jià)值與意義，又能發(fā)揮化學(xué)學(xué)科的育人功能，促進(jìn)學(xué)生思想道德素質(zhì)的提升。例如，在蘇教版高中化學(xué)必修第一冊(cè)專題4“硫與環(huán)境保護(hù)”的教學(xué)中，教師可以引入可持續(xù)發(fā)展的概念，讓學(xué)生了解人類活動(dòng)對(duì)環(huán)境的巨大影響，增強(qiáng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感。在蘇教版高中化學(xué)必修第二冊(cè)專題7“氮與社會(huì)可持續(xù)發(fā)展”的教學(xué)中，教師可以讓學(xué)生學(xué)習(xí)氮的地球化學(xué)循環(huán)，分析人類活動(dòng)對(duì)氮循環(huán)的影響，了解科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)和環(huán)境之間的相互關(guān)系，以滲透學(xué)科發(fā)展觀，培養(yǎng)學(xué)生尊重自然、保護(hù)環(huán)境的意識(shí)，使其明白人與自然和諧共生的重要性。再如，在教授“物質(zhì)的性質(zhì)與變化”時(shí)，教師可以引導(dǎo)學(xué)生分析二氧化碳的利弊，從“碳中和”的角度探討二氧化碳的轉(zhuǎn)化路徑，從類別、價(jià)態(tài)、化學(xué)鍵三個(gè)方面，建立物質(zhì)轉(zhuǎn)化的視角，理解“碳中和”“碳達(dá)峰”“碳排放”等概念。通過這一過程，學(xué)生可明白化學(xué)是一把“雙刃劍”，在推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步的同時(shí)，也可能帶來一些危害，因此在推動(dòng)科技發(fā)展的過程中，必須重視環(huán)境保護(hù)，培養(yǎng)公民意識(shí)和環(huán)保責(zé)任感。

將思想政治學(xué)科與化學(xué)相融合，滲透科學(xué)發(fā)展觀，能讓學(xué)生看到化學(xué)的兩面性，在鉆研化學(xué)的同時(shí)關(guān)注環(huán)境保護(hù)，從而提升學(xué)生的思想道德素養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)化學(xué)教學(xué)的育人目標(biāo)。

結(jié)語

總而言之，跨學(xué)科融合理念下的化學(xué)教學(xué)，不僅具有豐富的教學(xué)內(nèi)容與形式，能充分發(fā)揮其他學(xué)科的特性和優(yōu)勢(shì)，還可以培養(yǎng)學(xué)生的多元思維，提高學(xué)生解決問題的能力。教師要積極探索化學(xué)與其他學(xué)科融合的可能性，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用跨科學(xué)的知識(shí)、技能、思維方法開展學(xué)習(xí)活動(dòng)，深化知識(shí)理解和應(yīng)用，發(fā)展綜合能力。

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