發展化學教師核心素養：實驗創新與跨學科素養
——以《化學能轉化為電能》為例

許俊杰

（江蘇省常州市第一中學，江蘇 常州）

20世紀以來的一個重要發展趨勢是科學、技術與社會的相互滲透，這使科學更加變成了一項社會綜合事業和工程，甚至不通過跨學科研究的方式，就不會有真正的科學突破。人們常說的STS（科學、技術與社會）研究就是對這一新興領域和研究方式的集中概括。2014年教育部印發《關于全面深化課程改革落實立德樹人根本任務的意見》，明確提出學生發展核心素養主要是指學生應具備的能夠適應終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力。高中化學學科核心素養是學生發展核心素養的重要組成部分，誠然發展學生核心素養的前提是發展化學教師的核心素養。

高中化學核心素養五大維度第四點是科學探究與創新意識，化學是一門以實驗為基礎的學科，因此實驗探究成為高中化學學習過程中必不可少的重要環節，其中有些實驗就需要教師具備跨學科素養。蘇教版化學必修二專題二第三單元化學能與電能的轉化中的實驗探究“原電池的構成條件”，可以與物理學科相結合，本節的教學內容中就有物理電學中的相關概念，如正負極、電流方向等概念的理解就需要借助物理學科的支持。筆者在《化學能轉化為電能》一節公開課上播放了一段優酷網上用2380片橙子給蘋果手機充電的視頻后對實驗創新與跨學科產生更深層次的理解，與物理學科老師合作制作“水果時鐘”，以此為基礎開展了一系列的實驗探究，作為校本課程的組成部分，豐富了學生的課外學習生活。以下為水果時鐘的實驗設計方案：

一、實驗裝置設計圖和電路圖

二、實驗操作步驟與測量結果

1.選擇新鮮多汁的水果，以檸檬效果最佳。

2.以銅絲為正極、鎂條為負極，將兩電極插入水果內。

3.紅色導線鱷魚夾夾住銅絲，黑色導線鱷魚夾夾住鎂條。

4.觀察石英鐘的走動，打開數顯電壓表開關，讀取電壓表數值。

實驗結果：檸檬、番茄、蘋果等都可以作為水果電池使用，其中以檸檬效果最佳。水果個體差異（水果品質、新鮮程度等）很大，對實驗結果影響較大。大多數情況，單個水果就能使石英鐘正常工作；少數情況，水果不夠新鮮、水分減少，或電極插入位置不夠理想，造成工作電壓過低（小于1V），石英鐘無法正常工作，此時將兩個或多個水果串聯，即可以達到理想效果。在本次實驗中，以檸檬為水果，銅絲（φ1mm×60mm）為正極、鎂條（4mm×60mm）為負極，電極插入深度35mm、電極間距5mm。石英鐘起始時間8:00、起始電壓1.08V，工作電壓基本穩定在1V，并逐漸緩慢衰減，比較石英鐘與計時器的走時，兩小時誤差小于1秒，最終停止于時間11:50、電壓0.87V。水果電池在2小時內工作狀態良好，電壓基本穩定，走時誤差小于1S，可以滿足課堂實驗的需求，實驗效果理想。

三、創新之處

1.實驗裝置操作簡便，結果可視化，更有生活的趣味性，結合校本課程動手實踐效果更佳。

2.實驗裝置可以繼續圍繞不同的電極材料、電極間距、電極深度等因素進行探究，同時也可以對單液電池和雙液電池的實際效果有直觀的體驗。

3.結合物理學科電學的相關儀器，與化學原電池的工作原理相結合，進行跨學科的技術融合，給學生更深刻的印象，化學是真實的、有用的學科。

發展教師實驗創新與跨學科素養，才能確保教師成為學生發展核心素養形成和發展的有力的引導者、輔導者、咨詢者與合作者，最終實現師生核心素養的共同提升。《基礎教育課程改革綱要（試行）》指出新課程結構重視了學科知識、社會生活和學生經驗的整合，加強了學科之間的相互滲透，從而改變了現行課程過分強調學科本位的現象。化學與物理、生物等學科進行學科間融合，培養學生在復雜環境中提取有用信息的能力，創設真實的貼近生活的情境，嘗試從多學科的角度來分析和解決問題。同時，實驗創新和跨學科素養對教師專業發展提出了新的要求，給學生一杯水，教師自己要有一桶水，學無止境，教學相長。