新课标导向下初中化学跨学科教学的解析与策略

林淑惠,黄俊生

(1.汕头经济特区林百欣中学,广东汕头,515041;2.韩山师范学院,广东潮州,521041)

《义务教育课程方案(2022年版)》明确指出,各学科要用不少于本学科总课时的10%开展跨学科主题学习(实践)活动。[1]根据新课程方案的要求,《义务教育化学课程标准(2022年版)》(以下简称2022年版课标)不仅在课程理念、课程目标等方面对初中化学教学开展跨学科实践活动提供了指向性要求,提倡“创设真实问题情境,倡导‘做中学’‘用中学’‘创中学’,开展项目式学习,重视跨学科实践活动”“学生能从跨学科角度初步分析和解决简单的开放性问题,体会系统思维的意义”,还对课程内容结构进行了优化,新增跨学科主题学习活动,正式将“化学与社会·跨学科实践”列为义务教育化学课程五大学习主题之一。[2]随着新课标的推行,教师需要深入探讨初中化学跨学科教学的内涵,明确跨学科教学的功能定位,明晰跨学科教学的内容和要求,探索跨学科教学的实践策略。

一、功能定位

近年来,研究者从不同角度定义跨学科教学。于国文等人认为,跨学科教学是打破学科界限,遵循各学科的内在逻辑的融合教学。[3]杜惠洁等人将跨学科教学定义为以一门学科为中心,从中选取主题,并围绕该主题整合多学科知识进行教学。[4]郭华认为:“跨学科主题学习是在强调学科课程的基础性与逻辑性的前提下,体现义务教育阶段课程应有的综合化和实践化的一种课程设计。跨学科主题学习并不是新鲜事物,研究性学习、项目式学习、学科实践、问题解决等,都必然是跨学科的,是实践的、综合的。在分科设置课程的现实背景下,跨学科主题学习,是实事求是、积极稳妥的一种课程综合化、实践化策略。”[5]纵观众多研究者对跨学科教学的论述,本文将初中化学跨学科教学界定为:围绕某一生活场景或者某一新技术变革,采用跨学科教学模式,引导学生将化学知识与其他学科的知识、方法、视角联系起来,共同解决复杂的问题或者完成综合性的学习任务。跨学科教学模式要求教师积极推动跨界学习,全面关注学生的生活实践,将未来的创新实践活动提前融入教学阶段。

跨学科教学至少具有以下重要功能。一是培养学生的综合素质。跨学科教学有助于学生从多个角度和领域认识世界,了解化学在生活、生产、科技等领域的实际应用,激发学生的创新思维和批判性思维,提高学生解决问题的能力,培养学生正确的世界观、人生观、价值观,厚植学生的民族认同感和使命感。二是提高学生的学习兴趣。跨学科教学可以将化学知识与其他学科知识结合起来,使化学知识变得更加有趣,从而提高学生的学习兴趣。三是拓宽学生的学科视野。跨学科教学有助于打破学科之间的壁垒[6],帮助教师拓宽学生的学科视野,了解各学科的发展动态,使学生在学习化学学科知识的基础上,更好地理解各学科之间的联系,提高学科认知水平和融合能力。四是推动教育改革和创新。跨学科教学要求教师具备多元化的知识背景和教学能力,鼓励教师持续探索新的教学策略和方法,以推动教育创新,为教育改革提供有益的借鉴和启示。通过开展跨学科教学,教师可以不断提升自己的专业素养,提高教学质量。

二、内容和要求

将《义务教育化学课程标准(2011年版)》(以下简称2011年版课标)和2022年版课标学习主题5的二级主题内容进行比较,结果如表1所示。

表1 2011年版课标和2022年版课标学习主题5的二级主题内容

2022年版课标二级主题内容体现了大概念统领的BCMAP(big idea,core knowledge,method,attitude,practice)多维结构,内涵更丰富,涉及范围更广。在具体教学过程中,教师需要帮助学生在“物质的性质与应用”“物质的组成与结构”“物质的化学变化”三个学习主题中建构“化学与可持续发展”的大概念(B)、掌握化学核心知识(C)。“化学与社会·跨学科实践”学习主题侧重从科学探究与实践的维度培养学生利用化学、技术、工程等知识融合解决跨学科实际问题的能力(M),注重科学态度与责任(A)的培养,首次强调了必须培养学生合理应对未来不确定性挑战的意识、勇气和理性思维。在“化学与社会·跨学科实践”学习主题中,围绕学生核心素养的目标要求,推荐了10个跨学科实践活动(P)。[7]这10个跨学科实践活动以真实任务为驱动,以具体任务为抓手,与必做实验紧密关联,目的在于培养学生的综合素质和跨学科思维能力。10个实践活动可分为作品制作类、行动改进类、调查研究类三类。具体如表2所示。

表2 跨学科实践活动的分类及主题

三、关联学科及建议

跨学科实践活动充分发挥整合功能,将“化学与社会·跨学科实践”与其他学习主题的核心知识和必做实验充分结合起来,同时涵盖了其他学科的知识和方法。现从三种活动类型中各选取一个跨学科活动主题,探讨其可能关联的学科知识以及活动实施建议。

(一)作品制作类--基于特定需求设计和制作简易供氧器

1.可能关联的学科知识

化学:涉及氧气的性质、制取和储存等知识。

物理学:涉及流体力学、压力、温度等知识。

工程学:涉及机械设计、材料科学、制造技术等知识。

数学:涉及流量、压力等数学知识的应用。

生物学:涉及氧气对生物体的重要性、缺氧的影响等知识。

环境科学:涉及氧气对环境的影响、供氧器的环保性等知识。

2.实施建议

(1)明确需求:教师在开始设计之前,与学生讨论活动的目标和需求。明确活动的目的是“提供一种简易的供氧方式,用于实验或紧急情况等”。

(2)设计方案:组织学生讨论和制定设计方案,让学生思考不同的供氧方式,例如使用化学反应、压缩气体等,考虑它们的优缺点。

(3)材料准备:根据设计方案,列出所需的材料和工具,例如试管、橡皮管、活性炭等。确保每个学生或小组都有必要的材料和工具。

(4)制作过程:根据设计方案,组织学生进行制作,让学生通过合作和互相帮助,逐步构建供氧器。在制作过程中,提醒学生注意安全事项。

(5)测试和调整:完成制作后,让学生对供氧器进行测试,并记录实验结果;让学生比较供氧器的供氧量、稳定性和安全性等方面的表现,并进行必要的调整和改进。

(6)分享和交流:组织学生分享其设计和实验结果,与其他小组交流和讨论。鼓励学生分享成功和失败的经验,提供必要的支持和指导。

(7)评估和反思:在活动结束时,对学生的学习成果进行评估和反思,让学生总结活动中的收获和不足之处,并提供必要的改进建议。

(二)行动改进类--基于碳中和理念设计低碳行动方案

1.可能关联的学科知识

化学:了解碳排放和碳吸收的路径。了解科学家如何对二氧化碳进行了资源化利用。

地理学:了解地球系统的基本组成和自然循环,包括大气、水、土壤和生物等,以及人类活动对地球系统的影响。

道德与法治:了解全球气候变化和社会发展的关系,包括人口增长、能源消耗和环境保护等方面。

数学:学习计算能源消耗和碳排放的数据,以及如何使用数学工具进行数据分析和预测。

技术和工程:了解各种低碳技术和工程应用的原理和实践,包括节能技术、可再生能源技术和环保工程技术等。

艺术学:通过设计低碳行动方案的视觉形象和宣传材料,培养学生的创造力和环保意识。

2.实施建议

(1)活动准备:教师介绍碳中和理念和低碳行动的意义,让学生了解碳排放对环境的影响,以及低碳生活的重要性。同时,教师提供相关资料和参考文章,引导学生了解低碳行动的背景和相关知识。

(2)确定主题和目标:学生分组,选定低碳行动的主题和目标,比如减少家庭碳排放、推广太阳能、提倡公共交通等。学生要明确行动计划的目标,制定达成这些目标的具体步骤。

(3)研究和分析:学生收集与主题相关的资料,进行研究和数据分析。学生可以采访专家、进行问卷调查、查阅文献等,以了解低碳行动的影响和效果,并提出自己的见解和方案。

(4)设计行动方案:学生根据研究和分析的结果,设计具体的低碳行动方案。方案应包括目标、实施步骤、时间表、所需的资源和预算等。

(5)呈现和讨论:学生以小组形式呈现自己的低碳行动方案,并进行讨论和交流。教师和其他学生通过提问和提出建议,进一步完善方案。

(6)实施行动计划:在得到认可后,学生开始实施自己的低碳行动方案。学生可以向家人、朋友和社区宣传低碳理念,组织相关的活动,监测行动的效果等。

(7)反馈和评估:一段时间后,学生反馈低碳行动方案的效果和问题,进行自我评估。教师可以通过提问、讨论和观察等方式进行评估,引导学生进一步思考和改进。

(三)调查研究类--调查家用燃料的变迁与合理使用

1.可能关联的学科知识

化学:了解不同燃料(如天然气、液化气、煤等)的化学成分和性质,以及燃料使用过程中可能产生的化学反应和污染物。

历史学:了解家用燃料的发展历史,包括不同时期、不同地域的燃料种类和使用方式的变化。

环境科学:研究不同燃料对环境的影响,包括碳排放、空气质量、水资源等。

能源经济学:分析燃料的生产、运输和消费等环节的经济成本和市场需求,以及能源政策对家用燃料选择的影响。

工程学:研究家用燃料的燃烧方式和设备设计,包括炉具、热水器等,以及如何提高能源利用效率和减少环境污染。

社会学:了解家庭和社会对燃料选择和使用的影响,包括文化、经济、社会地位等因素。

地理学:研究地理环境对家用燃料选择的影响,包括资源分布、气候条件等。

2.实施建议

(1)确定主题和目标:学生明确调查家用燃料的变迁与合理使用的主题和目标,例如了解不同时期家庭使用的燃料种类、价格和消耗量等信息,以及如何合理使用燃料以节约能源和减少环境污染。

(2)收集资料:学生可以通过查阅书籍、网上搜索、访谈等方式收集相关资料,了解家用燃料的变迁过程、各种燃料的特点、家庭燃料消耗情况等。

(3)设计调查问卷:学生设计调查问卷,以了解家庭燃料使用情况和态度,例如家庭使用的燃料种类、消耗量、价格、使用时间等,以及家庭对燃料选择的偏好和合理使用的认识。

(4)实施调查:学生通过网上或实地调查的方式,向一定数量的家庭发放调查问卷,并收集数据。

(5)数据分析和处理:学生对收集到的数据进行统计、分析和处理,得出有关家庭燃料使用情况和合理使用意识的结论。

(6)撰写报告:学生撰写调查报告,阐述家用燃料的变迁、家庭燃料使用情况、燃料选择的理由、合理使用的建议等内容。

(7)分享和交流:通过展示报告、分享交流等方式,向同学和社区宣传合理使用燃料的重要性和环保意识。

四、实践策略

一是整合学科知识,构建跨学科教学内容。教师应熟悉各学科的课程标准和教材,寻找可以融合的知识点,将化学知识与物理、生物、地理、数学等其他学科的知识进行整合,为实现跨学科教学提供基础保障。初中化学与初中物理、生物两门学科的知识交叉点具体如表3所示。

表3 初中化学与初中物理、生物两门学科的知识交叉点

跨学科教学并不仅仅是将不同学科的知识简单堆砌在一起,而是要在这些知识之间找到关联。通过以上知识点的交叉,学生可以更好地理解化学与物理、生物学科之间的联系,并将其应用于更广阔的领域,更有效地提高综合能力。

二是创设跨学科的问题情境。教师在化学教学中以其他学科的知识为铺垫,创设跨学科的问题情境,可以激发学生的学习兴趣和探究欲望。如在设计“溶液的浓度”教学活动时,教师可以创设生物学科的情境:了解某农作物生长所需营养素及其最佳浓度,将如何配制无土栽培营养液以促进农作物更好地生长作为问题引入教学。教师引导学生将计算溶液浓度和配制溶液的方法迁移到具体情境中,提高解决问题的能力。

三是提倡跨学科的学习方式。教师鼓励学生采用合作学习、探究学习等多元化的学习方式,促进学生自主学习和创新能力的发展。关于学生的合作学习,教师在学生刚升上九年级时,根据学生自由分组和教师统筹安排两个原则,尽快确定一个学年的合作探究学习小组,培养同组学生之间的默契和合作精神,有利于学生更好地开展各项跨学科探究学习活动。

四是整合多元的评价方式。教师采用多元的评价方式,包括书面测试、实验操作、项目展示等多种形式,全面了解学生的知识掌握和应用情况。

五是结合当地实际情况,因地制宜、就地取材地进行跨学科实践活动。教师结合实际情况,组织学生参与跨学科实践活动,有助于增强学生的跨学科思维、实践能力和解决问题的能力,深化家乡情怀和社会责任感。例如,针对“海洋资源的综合利用与制盐”的实践活动,有条件的学校可以带领学生到盐场进行研学,有效促进学生的深度学习。再如,针对“基于纸芯片的水质检测及自制净水器”的实践活动,教师可以带领学生到附近的自来水处理厂进行研学。如表4所示,学生在“化学与环保”大概念统领下确定学习主题,完成跨学科学习任务。

表4 “基于纸芯片的水质检测及自制净水器”跨学科学习任务

五、结语

初中化学跨学科教学是一种创新的教学方式,可以将化学知识与其他学科进行有效的交叉与融合,让学生在深入理解化学知识的同时,提高其他学科的学习效果,实现促使学生全面发展的教学目标。教师应该充分挖掘课本与生活素材,多层次、多领域地获取知识,拓宽知识面,迅速提升自己的专业水平,设计并推广跨学科实践活动,让学生在学习中实践,实现知行合一。