能力点4化学跨学科教学活动设计

能力点4化学跨学科教学活动设计摘要：在探讨化学课程中如何确定跨学科主题的基础上，以“指纹破案”主题为例，从教学分析、教学目标设计、“教、学、评”一体化（包括基于问题分解的教学内容、基于子问题链的学习活动及相应的教学评价）设计、教学资源设计等方面，对化学课程中的跨学科主题教学设计作阐述，以期为中学化学教师提供借鉴与参考。关键词：化学课程;跨学科主题教学;教学设计;指纹破案研究背景跨学科能力（interdisciplinarycompetenee）是指面对无法靠单一学科来解决的真实复杂问题时，综合运用两个或多个学科知识和思维分析情境和解决问题的能力，是21世纪学习的重要高阶思维能力，关乎学生如何应对生活中的复杂议题和日后的非常规工作［1］。因此，跨学科能力的培养受到各国教育的高度重视，跨学科教学（interdisciplinaryteaching）也应运而生。跨学科教学有助于打破学科壁垒、培养学生解决复杂问题的综合能力，有助于学生适应未来复杂情境下的学习、工作和生活，成为适应社会需求的应用型、复合型、创新型人才［2］。在基础教育阶段开展跨学科教学具有重要意义。在学校中开展跨学科教学主要有两种路径：一是开设跨学科综合课程，如将生物、物理、化学、地理组合形成的科学综合课程等;二是在学科课程中开展跨学科教学。鉴于目前我国学校课程体系以分科课程为主，若要在不打破课程体系的情况下，达到跨学科教学的培养目标，在学科课程中开展跨学科教学无疑是可行路径之一。本研究尝试探索化学课程中的跨学科主题教学设计，为中学化学教师提供借鉴与参考。跨学科主题教学是指以一门学科为中心，在这个学科中选取一个中心主题，围绕该中心主题，运用不同学科的知识和方法，开展对所指向的共同问题进行讨论和解决而设计的教学活动［3］。因此，化学课程中的跨学科主题教学将从化学学科出发，选取合适的跨学科教学主题，运用化学及相关学科的知识与方法，通过设计和实施系统化的教学，从而培养学生运用跨学科思维解决问题等能力。跨学科主题的确定跨学科主题的确定是进行跨学科主题教学设计的起点。化学课程中开展跨学科教学强调让学生应用多学科知识解决实际的复杂的问题，以实现跨越学科界限提高学生解决综合问题的能力。因此，跨学科主题应具有以下特征：①跨学科性：所选主题不是仅靠化学学科就能解决的，需要整合其他学科才能更好地解决问题。②情境性、生活化：关注化学在生产生活中的应用，让学生在現实情境下解决真实问题。③具有实践探索空间：所选主题能让学生进行研究性或探究性学习，让学生在实践探索过程中运用高阶思维去分析、解决复杂的跨学科问题，提高跨学科问题解决能力。结合以上特征，可从以下视角在化学教材内容中寻找跨学科主题：（1）与生命（即生物）相关的内容：生物元素的组成及对生命体的影响，即更多涉及生物化学的知识，与人体健康、营养等息息相关的内容，如人体的基本营养物质及对人体的机能影响、食物成分及对个人健康的影响、化学肥料的组成及对植物的影响等;（2）与物理相关的内容，如原电池、电解池、电离等;（3）化学工艺品制作及流程：更多涉及到化学产品或工程问题，如灭火器、净水器、酒精探测器、天气瓶及化妆品的制备等;（4）环境问题：更多表现为化学与地理、生物的联系，如温室效应、石油污染、塑料“白色污染”、水体富营养化等;（5）与化学职业相关的内容：与化学有关的职业不仅仅需要化学学科的内容，还会涉及多学科知识与方法，如食品检测员、环保工作人员、法医等。在上述视角下，对相关内容进行选择、重构及改造，从而形成跨学科教学主题。改造方式有：（1）使零散的知识系统化、逻辑化;（2）将教材中某些现有实验改造成探究性、开放性实验，如探究用量比例、影响因素等;（3）挖掘在生活生产实际应用中可能存在的各种影响因素的内容。例如，水的净化是初、高中化学教材中的重要内容，由于考虑学生的心理特征及知识难易程度等因素，实际生活中“自来水厂净水过程”的内容被分解，初中教材主要介绍如何利用吸附（明矾、活性炭）、过滤和蒸馏等途径使水得到不同程度的净化及“自制简易净水器”等内容;高中教材则侧重运用化学方法除去水中的可溶性离子、氯气可用于自来水的杀菌消毒但生成的有机氯化物可能对人体有害等内容。同时教材偏重于物理和化学方法如何净水，而较少涉及“自来水厂净水过程”需要考虑的地理、生物等学科知识与方法。因此，可在化学课堂中开展“自来水厂净水”的跨学科主题教学，利用自来水厂净水工艺流程组织跨学科教学内容：在第一步（取水口）中，运用地理学科知识如海陆间水循环原理，引导学生思考水循环中的哪一环节（降水、地表径流、地下径流）可成为取水的来源，以及如何确定自来水厂的选址等，由此，可设计水的自然净化探究实验（即沙土、黏土过滤净化能力差异对比实验）;在第二步（加絮凝剂）中，首先设计铝盐和铁盐的净水效果对比探究实验，同时运用化学知识解释净水原理，从生物学的角度引导学生思考明矾净水对人体的潜在危害及其作用机制;最后，可设计从简易净水装置到阶梯式净水装置的实验探究，让学生探究各净水材料的净水速度、净水效果及水通过净化材料的方式和原理，得出净水材料的最佳放置顺序，并利用生活中的可取材料自制阶梯式净水装置。跨学科主题教学设计——以“指纹破案”为例下文将以“指纹破案”主题为例，对化学课程中的跨学科主题教学设计作分析阐述。该主题适合在已学习了“有机化合物”专题的高中年级学生中开展。该主题源于化学教材的核心知识Ag++CI-AgCQ,联系其在日常生活中的应用，经查阅资料发现利用指纹侦查犯罪是法医破案的有用证据，符合跨学科教学主题的特征（跨学科性、情境性、生活化以及具有实践探究空间），进而确定该主题。在“指纹破案”主题中，学生将扮演法医的角色，借助化学、生物学、法医学、技术等多学科知识和方法，重点探究不同化学方法探测指纹（硝酸银法、碘熏法）或探测不同纸质上的潜指纹碘熏等的不同效果，最终在模拟案发现场中利用指纹破案。化学课程中的跨学科主题教学注重培养学生的跨学科能力，而有效地评价该教学目标的达成效果，可遵循课堂教学“教、学、评”一体化的指导理念。“教、学、评”一体化的评价为形成性评价，尤其注重表现性学习评价，因为学生完成的表现性活动能为教学评价提供丰富的信息，利于判断学生“学到了什么、能做什么、做得如何”[6]。在跨学科主题教学中，尤其要关注学生在跨学科学习中的活动表现，如在说、做、写或画等方面的表现。典型方式有观察记录、实验记录、量规评价、作品评价、汇报展示等。依据上述分析，“指纹破案”主题教学的教学评价设计见图1。除图1中所涉及的教学评价设计外，可在教学总结环节中引导学生绘画以“指纹破案”主题所涉及的跨学科知识与方法的思维导图，并在同学中分享与交流，进而依据学生所画的跨学科思维导图作品交流及分享效果，评价学生跨学科思维形成的情况。3.4教学资源设計设计适宜的教学资源要从学生跨学科学习的需要出发，根据解决不同的子问题或子任务的需要选择适当的教学资源。譬如，围绕某子任务的学习需要设计任务单、问题的分析或决策需要借助信息技术手段（如计算机）进行获取网络资源或文献资料、涉及实验探究或工程制造通常需要仪器设备或相关材料等。在“指纹破案”主题中，学生需要从生物学科上解释未学过的“指纹为何能成为破案的有用工具”，因此要设计信息化工具方便学生动手查阅资料;在探究不同化学手段探测指纹的效果，学生需要实验药品和仪器（如硝酸银固体、碘单质、蒸馏水、烧杯、50mL容量瓶）等。此外，考虑指纹的形成过程较为抽象，可借助计算机模拟皮肤中的表皮、真皮及基质层的生长过程，让学生更直观地认识指纹的形成过程。同时，“指纹破案”在公安、法医侦查中具有重要应用，若能邀请专业的公安或法医人员进行分享或演示，更能加深学生对法医、公安等职业的兴趣和了解。教学设计反思本研究从理论上尝试探索化学课程中的跨学科主题教学设计，并以“指纹破案”辅之说明，但该案例对课时长度及资源要求较高，需要根据教师实际教学进行适当的调整，譬如，适当删减跨学科教学内容涵盖的学科数目及相应的活动内容。此外，在落实跨学科主题教学设计时仍然面临一些挑战：一是如何界定跨学