基于學科融合理念的教學探究

王嬡華

摘要：綜合運用化學和其他學科的知識分析解決復雜問題，發(fā)展學生的科學素養(yǎng)是當前化學課程改革的重要目標之一。以五色土為探究情境，通過“認識五色土——探究五色土——轉換土色——觀土色解決土壤問題”四個環(huán)節(jié)，引導學生自主探究土壤中“鐵及其化合物的轉化”，綜合運用化學、地理、生物等知識來解釋自然及生活環(huán)境中的現(xiàn)象，并嘗試利用所學知識去解決實際問題，促進學生化學學科核心素養(yǎng)的提升。

關鍵詞：學科融合;五色土;鐵及其化合物的轉化

文章編號：1008-0546（ 2021）08-0033-03

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B

doi： 10.3969/j.issn. 1008-0546.2021.08.009

一、背景

現(xiàn)實生活中任何有意義的問題都具有綜合性和復雜性，單一的學科知識不能充分解釋或解決這些問題，這要求在分科教學的背景下實施學科融合教學。在教育部頒布的《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》[1]中，也明確提出教師應適當融合跨學科知識，拓寬學生知識視野，豐富教學情境，讓學生切身感受化學與科學、技術、社會和環(huán)境的密切聯(lián)系，以及學習化學的意義，發(fā)展學生解決綜合問題的能力。

二、教材分析

新教材蘇教版化學必修第二冊中，“探究鐵及其化合物的轉化”一節(jié)，以鐵及其化合物為例，探究物質間的轉化模型，篩選出物質制備時最優(yōu)反應路線[2]。土壤，其顏色主要由含鐵化合物的價態(tài)以及氣候、生物化學過程等決定，顏色的變化與含鐵化合物的價態(tài)變化密切相關。土壤中含三價鐵較多時，土壤顏色偏紅;含二價鐵較多時，土壤顏色偏青。因此，土壤顏色及其顏色變化機理可以用于“探究鐵及其化合物的轉化”教學。不同顏色的土壤還代表不同地方，常用“五色土”象征五方和國土，在我國古代，帝王有祭祀五色土的傳統(tǒng)。以不同顏色的土壤為主題研究對象，可以將化學、生物、地理、歷史知識很好地融合在一起，開拓學生視野，引導學生綜合利用所學知識解決實際問題，并在學習過程中構建物質轉化模型。

三、教學目標

1.在探究過程巾掌握Fe3+與Fe2+的檢驗方法;

2.能運用變量控制的方法設計物質轉化的實驗方案，能根據(jù)實驗現(xiàn)象進行合理推斷;

3.能將鐵元素的價態(tài)轉化知識和Fe3+與Fe2+的特征檢驗知識遷移運用到生活環(huán)境中。

四、設計思路

本節(jié)課內容擬分為四個環(huán)節(jié)，逐步引導學生探究鐵元素的價態(tài)轉化規(guī)律，運用轉化規(guī)律及檢測知識去解決生產生活中的問題。

環(huán)節(jié)一：認識五色土（表1）

設計意圖：將歷史和地理題材引入化學課堂，激發(fā)學生學習興趣和探究欲望，引導學生從多學科角度去分析五色土的象征意義及其形成原因，重點關注鐵的價態(tài)在土壤顏色形成中的重要作用。

環(huán)節(jié)二：探究五色土（表2）

設計意圖：向學生介紹不同價態(tài)鐵元素的定性檢測方法，讓學生現(xiàn)場利用所學的知識去檢測土壤，學以致用，引入一些定量檢測的知識，架起課內知識與實際應用之間的橋梁。在檢測方法方面，考慮到土壤溶液的復雜性，在這個環(huán)節(jié)只介紹了硫氰化鉀檢測Fe3+和硫氰化鐵檢測Fe2+。土壤中除了Fe2+具有還原性以外，還有其他的還原性物質，缺氧環(huán)境中還原性物質較多。高錳酸鉀具有強氧化性，與還原性物質反應會褪色，引入這一實驗是為了加深學生對氧化還原的理解。

環(huán)節(jié)三：轉換土色（表4）

設計意圖：本環(huán)節(jié)通過幾組對比圖片，引導學生從鐵的轉化角度分析土色的變化，從中總結出元素價態(tài)降低需要提供還原劑（如CO、H2），元素價態(tài)升高需要提供氧化劑（如02），從而建立一個物質轉化關系模型。學生還可以從分析中發(fā)現(xiàn)，不僅化學物質，氧化還原環(huán)境的改變也可以調控鐵元素的價態(tài)轉化，物質的轉化與反應條件密切相關。在理論鋪墊的基礎上，再給學生提供各種還原劑和氧化劑，讓學生自主設計多種實驗方案，實現(xiàn)鐵的價態(tài)轉化。利用開放型實驗提高學生設計和優(yōu)化實驗方案的能力，引導學生對實驗中的“異常”現(xiàn)象進行反思、質疑，并提出新的實驗設想，且付諸實施。在實驗探索中將知識內化。

環(huán)節(jié)四：觀土色解決土壤問題（表5）

設計意圖：引導學生將所學的鐵元素價態(tài)轉化規(guī)律以及檢測知識運用到實際生產中，結合化學、生物學科知識，分析并解決水稻亞鐵中毒的問題。不僅可以檢驗學生本節(jié)課知識的掌握及運用的情況，還可以促進學生嘗試對復雜化學問題情境中的關鍵要素進行分析，并建構相應的模型來綜合解釋或解決復雜的化學問題。

五、總結反思

在當前新課標、新教材、新高考的背景下，有必要讓學生多去接觸一些生產生活中的案例，去認真解讀一些習以為常的現(xiàn)象，培養(yǎng)學生的信息篩選處理能力、邏輯思辨能力、綜合運用知識處理復雜情境下問題的能力。土壤顏色存在差異是一個真實存在的現(xiàn)象，高一的地理教材已經從氣候角度進行過解釋，學生平常在旅游或看新聞、看書的過程巾也會經?？吹讲煌伾耐寥?，但很難想起與學過的各學科知識有什么關聯(lián)。在本案例中，以“五色土的顏色”為主要情境線，去探究“五色土是什么”“五色土的顏色與什么有關”“如何改變土壤顏色”“如何利用土壤顏色中的知識解決土壤巾的實際問題”，層層遞進，將“鐵的檢驗及轉化”的知識蘊含其中，引導學生從多學科角度重新認識土壤顏色，幫助學生體驗實驗探究的思維方法以及構建化學知識模型。

具有學科融合特點的主題可激起學生合作討論的熱情，不論擅長哪個學科，都能說出自己的見解。在研究性、開放性、包容性的學習環(huán)境中可有效促進學生化學學科核心素養(yǎng)的提高與落實。在學科融合思想指導下開展教學，最終目的是為了提升主體學科的教學效果，拓寬學生的視角，發(fā)散其思維，培養(yǎng)學生用聯(lián)系的觀點，多維度發(fā)現(xiàn)、解決問題的能力，從而促使其綜合運用知識的能力獲得提升。在尋找具有學科融合性質的情境素材時，教師可以先嘗試從自己擅長或感興趣的學科出發(fā)，這樣可以有效減輕教學負擔，提升教學效果[5]。對與主體學科密切相關的學科知識點及其結構要把握到位，把可以契合的點和面有機的整合在一起，運用到課堂中來，但不可脫離主體學科教學的主題。

參考文獻

[l]中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）[S].北京：人民教育出版社，2018：83，88

[2]王祖浩.普通高中教科書·化學必修第二冊[M].南京：江蘇教育出版社，2020：100-105

[3]魯如坤.土壤農業(yè)化學分析方法[M].北京：中國農業(yè)科技出版社，2000：65.81，82

[4]趙盼青.鐵離子含量測定方法研究[J].生物化工，2017，3（3）：70-73

[5]莊妍.STEM教學案例研究——跨學科素養(yǎng)培育的視角[D].上海：華東師范大學，2019：126本文系教育部“十三五”規(guī)劃重點課題“指向核心素養(yǎng)的學科融合教育的實踐研究”（課題批準號：DHA180413）的階段性成果。