學科交叉視域下化學教學研究
——以基本營養物質“蛋白質”為例

李 慧，字 敏

(云南師范大學化學化工學院，云南 昆明 650500)

學科交叉是指研究、融合并建立兩門及兩門以上學科的有關理論及實踐之間的有效聯系[1]。學科交叉符合新時代高中化學“素養為本”教學需要，打破關聯學科之間隔閡，在項目問題的解決過程中使學生面對真實情境問題能進行綜合思考，進而分析解決問題，將化學學科核心素養落地。

1 當前教學困境

1.1 學科自身邏輯固化思維

當前,普遍采用的分科教學雖能使學生快速獲取系統性的知識，然而學生解決實際問題時通常需要綜合性的知識，往往涵蓋多學科、多視角的知識。自然學科自身獨有的邏輯體系，使得學生思維僵化，將生活與知識完全分割，從而難以整合知識線索，并缺乏全面認識問題的能力。例如，2018年全國卷Ⅰ理綜試題第八題B選項：酶是一類具有高選擇性催化性能的蛋白質。出題者判定此選項正確，但從高中生物視角判斷卻是錯誤的，因為生物中酶與蛋白質并不等同。固化的學科邏輯弊端可見一斑。

1.2 教師認知偏差

化學選擇性必修教學版塊的出現，在一定程度上拓寬了教師教學的內容，加重了教學負擔，因此大部分教師將“學科交叉”停留在紙上談兵階段，尚未付諸行動；而少部分已經開始將“學科融合”理念與實踐相結合的教師，則遭遇“評價危機”[2]。盡管學科交叉的知識層面仍可采取傳統的教學評價，但對于能力評價層面難以形成符合交叉學科特點及發展規律的評價體系，無法對學生能力的反饋進行解讀。

2 學科交叉教學策略

2.1 模糊學科界限并組織跨學科大概念

優秀學習者應當是無顯著分界感地學習知識，并無意識地使用不同來源的知識，使得解決問題的過程就是知識的再創新[3]。教師作為學習者學習的引導者，應積極接受在職教育，自覺探索模糊學科界限的可能性，增強自身跨學科素養，引導學生獲得無明顯學科界限的通用方法能力。

學科大概念指的是具有聯結性、整合性，以及遷移性特點的，能在多學科中均具有解釋力的各學科共同概念[4]。現階段大單元教學趨勢下學科大概念尤為重要。為打破學科壁壘，學科交叉教學下的教師需要組織跨學科大概念。

2.2 設計跨學科評價

有效教學評價，能反作用于教學，促進交叉內容的教學向良性方向發展，但目前權威評價框架尚未面世，因此傳統紙筆測試的更新變革不可忽視[5]。例如，2021年的廣東高考卷單選題第八題中提到，鳥嘌呤是一種有機弱堿，借此考察鹽的水解及電離平衡。相較于早期的高考卷試題考察，現階段越來越多的試題趨向于將多學科知識進行交叉融合，借此考察學生的能力。

3 學科交叉教學設計——蛋白質專題

3.1 素養分析

蛋白質專題需要落實的高中生物及化學學科核心素養見表1

3.2 教材分析

人教版高中生物及化學教材中“蛋白質”內容交叉見表2。

3.3 學情分析

知識基礎：高中生物必修一第一單元第三節已掌握蛋白質的基本組成單位氨基酸、蛋白質三維結構及部分蛋白質的化學性質，包括脫水縮合及利用雙縮脲試劑檢測蛋白質，但學生缺乏相關有機化學知識支撐，對蛋白質的化學性質的學習停留在淺層次。

能力基礎：高二學生已具備一定的邏輯思維能力、自主探究能力，以及小組合作能力。

表1 蛋白質版塊需落實的高中生物及化學學科核心素養

表2 人教版高中生物及化學教材中“蛋白質”內容交叉

3.4 教學及評價目標

3.4.1 教學目標

一是通過探究牛胰島素結晶的合成過程，建立蛋白質的結構與功能用途的關聯；二是通過檢驗牛胰島素結晶是否合格，初步形成基于物質結構對預測性質的認識模型；三是通過工廠擴大蛋白質生產的方向設計，進一步增強社會責任感。

3.4.2 評價目標

一是通過交流和點評牛胰島素結晶合成過程，診斷并發展學生認識思路的結構化水平；二是通過對牛胰島素結晶蛋白質的相關檢測，診斷并發展學生實驗探究的水平;三是通過對常見蛋白質的歸類分析，診斷并發展學生對化學價值的認識水平。

3.5 教學流程

具體教學流程見圖1。

3.6 教學過程

具體教學過程見表3。

表3 教學過程

表3(續)

4 結語

1)多學科交叉融合，不限于化學與生物

化學學科作為重要基礎學科，涵蓋大量跨學科知識內容，不僅僅局限于生物學科，多類理工科知識均能用于進行學科交叉設計[6]。如數學學科是解決理工科問題的重要工具，利用數學工具優化化學重難點知識，能更好培養學生創新意識，部分化學定義能使用數學表達式進一步清晰表達其內涵及運用。例如，物質的量版塊利用數學表達式能極好地連接宏觀與微觀世界，幫助學生建立化學模型。同時利用立體幾何數學知識建構分子結構，利于學生判斷陌生物質結構及原子共面情況。物理學科深刻影響化學學科發展，通過化學史發現，眾多物理知識成為化學發展的基礎。例如，衍射、X射線等為化學學科提供新的研究手段，同時物理中能量守恒定律能用于解釋化學熱力學知識內容[7]。

2)開發學科交叉校本課程

人教版高中化學教學基本安排于高一下學期與高二上學期，但與之相對應生物知識卻安排在高一上學期，因此部分化學教師對交叉內容陷入兩難的局面：部分認為應跳過重復內容，避免時間浪費；而部分教師學情分析不全面，難以把握相關生物學知識的講解難度。因此依靠學校力量，對目前高中化學及高中生物教材知識內容順序進行調整，制定校本教材，開發跨學科校本教材及課程，實施跨學科教學[1]。