學科融合在促進學生深度學習中的實踐*
——以《氮及其化合物》為例

鄧中亞 楊春月 馬 超

(1.合肥市第六中學 安徽合肥 230061)(2.合肥市第四十五中學橡樹灣校區 安徽合肥 230041)

一、問題的提出

《普通高中化學課程標準(2017年版)》提出了化學學科核心素養，強調以學科大概念為核心，通過主題式、結構式和情境式的大單元教學的引領，促進教學內容的進一步整合優化，推進學科核心素養的落實。如何開展以“素養為本”的大單元教學，促進學生的深度學習成為一線教師亟待解決的問題。

大單元教學的構建離不開真實問題情境的創設，將學科知識與生活情境、社會情境、學術情境等有機結合至關重要，而這些真實問題情境往往又比較復雜，在實際問題的解決過程中，不同學科的交叉、滲透不可避免。因此，研究如何進行科學合理的設計，在解決問題的過程中將不同學科進行合理有效的融合，促進學生從不同的學科視角更加全面地認知、理解、解決問題勢在必行。

二、概念界定

學科融合不是各學科的簡單點綴，更不是胡亂堆砌的“大鍋飯”，而是在一個大情境下，以一門學科為主導，有主次、有目的地整合其他相關的學科資源，從而更加全面地認知事物、解決問題，在探究中滲透學科核心素養，在實踐中體現學科價值。

深度學習是相對于淺層學習提出的。淺層學習是指學生對陳述性知識不加思考地機械記憶；而深度學習是更加注重理解的學習，強調學習者自身的主動性、批判性和創造性，以信息整合、知識建構為主干，側重真實問題的解決。

深度學習和學科融合都離不開真實情境，也都強調各類信息或者資源的整合、理解和運用，以真實問題的解決為目的，促進學科知識與生活、社會等的有機聯系，這也正是新課程的核心理念。

三、學科融合的具體實踐與思考

下面筆者結合促進學生深度學習的《氮及其化合物》單元活動設計與實施過程，談談學科融合在一線教學中的具體實踐與思考。

(一)教學現狀

課題核心知識來源于人教版必修第二冊第五章第二節《氮及其化合物》，主要涉及含氮物質(氮氣、氨氣、銨鹽和硝酸等)的性質、制備、轉化等知識。

學生已學習了氯、硫及其化合物，具備基于“化合價”和“物質類別”的視角來認知元素化合物的基礎和一定的實驗探究能力。但大部分學生認為元素化合物模塊知識點零散、記憶負擔重，難以實現前后聯系，經常是學了后面的忘了前面的，顧此失彼，且很難做到遷移與應用。

教師對元素化合物的知識體系很熟悉，但思維有些固化，很難跳脫以知識講授為核心的教學方式。教學中與生活、社會情境聯系不是很緊密，重結構到性質的教學，輕性質到用途的拓展。

(二)教學設計

基于以上教學現狀，我們著重于“氮肥的生產、使用和保存”這一真實情境的充分挖掘，嘗試在有關“氮肥”的一系列探討活動中，構建氮及其化合物的知識體系，培養學生在復雜情境下解決分析問題的能力，嘗試多學科融合的大單元教學，探索元素化合物教學的新模式和深度學習的有效途徑。

1.單元教學整體規劃

本單元的教學整體規劃如下：

2.學科融合的具體實踐

在第一課時教學中，以“銨態氮肥的制備”為核心任務。先從生物學科的視角出發，提出問題：豆科植物為什么長勢相對較好？植物葉片顏色的差異是由什么引起的？由此引出根瘤菌的介紹：根瘤菌和豆科植物實際上是共生關系，根瘤菌可以從豆科植物根部獲取自身繁殖所需要的養分，同時可以吸收大氣中的游離態的N2并轉化為氮肥供給植物吸收。這就是生物固氮的過程。大豆和根瘤菌的共生體系每年固氮約為1.64×107t，除了被植物吸收，還有一部分有機氮分散到土壤中，加之植物死后，根瘤菌也會脫落分解落入土壤中，因此，種植過豆類植物的土壤，肥力也會有所提高。

通過根瘤菌的介紹，學生能更加全面地認知生物固氮，同時進一步理解氮元素在植物生長過程中的重要性，思考其他非豆科植物氮肥的來源，對比展開自然固氮(雷雨發莊稼)和人工固氮(合成氨工業)的學習。

在“氮肥”的制備環節，以化學史為切入點，從化學和生物多學科視角探討早期我國以氨水作為化肥的弊端，進而過渡到銨態氮肥的合成設計。如從化學學科視角，通過分析氨水的不穩定性，引出不易保存問題；從生物學科視角，理解空氣中一定的氨濃度可以促進植物葉片中含氮量和蛋白質含量的提高，但是氨濃度過大會對植物的葉片造成損害，甚至導致葉肉組織壞死、葉綠素解體等。通過氨氣濃度對農作物影響的討論，培養學生的思辨能力，同時為解決后續課時的施肥問題埋下伏筆。

在“小小化學家”這一環節中，先通過課堂的理論推理，設計由氨氣制備氮肥的合成路線，再對比實際工業生產氮肥的真實情境，在不斷優化方案的過程中，梳理建構含氮物質的轉化關系，培養學生知識遷移應用的能力，體現化學學科價值，真正使化學學科素養培養落到實處。

以下是第一課時的具體教學流程：

在第二課時的教學中，以“銨態氮肥的保存和使用”為核心問題情境。先以銨態氮肥的發展史為切入點，了解氮肥對農業生產的重要性，增強學生的社會責任感。緊接著融合化學、生物、地理等學科知識展開銨態氮肥的保存和使用方法的探究。

先從真實的銨態氮肥的包裝袋出發構建情境，討論分析袋子上印有的防潮、避光的標識和不宜與堿性的肥料混合使用的注意事項，以此引出對銨鹽的性質的猜想與探討。展開一系列化學實驗探究活動，促進學生對銨鹽性質的深度理解，總結梳理出銨態氮肥的保存條件，如通風、密封干燥、陰涼處、避免與堿性物質接觸等，為后續探討如何正確施銨態氮肥做好知識鋪墊。

然后以真實施肥情境為核心、問題為驅動，探討銨態氮肥的使用，如：一天的什么時間段施肥效果比較好？銨態氮肥一般用于水田還是旱地？長期大量施用單一的化肥(特別是硫酸銨)會造成土壤肥效降低甚至板結的原因是什么？大量施用氯化銨肥料可導致土壤pH下降甚至趨于酸化的原因是什么？在一系列真實問題的解決過程中，學生體會學科知識在生活、生產中的遷移運用，促進學科知識體系的結構化，真正實現深度理解、深度學習，體現學科價值，落實學科素養培養。

具體如在長期大量施用單一的化肥(特別是硫酸銨)會造成土壤肥效降低甚至板結的原因探究中，先介紹土壤團粒結構：帶負電的土壤膠粒及腐殖質通過陽離子(如Ca2+)鍵橋形式將土壤微粒連接成大顆粒。土壤的團粒結構是土壤肥力的一個重要保障。進而引導學生從化學和生物兩個角度思考，總結硫酸鈣的生成和腐殖質被過多消耗造成土壤肥效降低乃至土壤板結，為后續探討如何科學施肥做好鋪墊。

最后結合地理學科的知識，探討我國不同地域、不同天氣、不同土壤條件等因素下氮肥的選擇，進而對比不同肥料的特點，使學生對科學施肥有一個更加全面的認知。

以下是第二課時的具體教學流程：

在第三課時的教學中，先以“氮肥的過量使用對環境的影響”為切入點，如前文提到的空氣中氨氣濃度過大的危害和土壤板結、酸化問題，“燒苗”現象和水體氮污染等，進而引出自然界中的氮循環。據統計，全球每年通過人類活動新增的“活性”氮量約為165 Tg，大約是自然生態系統生物固氮量(每年約為90 Tg氮)的2倍，導致全球氮循環嚴重失衡。

最后遷移應用，嘗試利用所學知識解決一些實際問題，比如如何處理水體氮污染等，探討修復和維持氮循環良性運轉的科學方法，激發學生的社會責任感，培養學生正確的學科價值觀。驚喜的是，學生不僅能夠結合價類二維圖，提出添加次氯酸鈉等氧化劑將銨根離子轉化為氮氣的方案，還提出了添加反硝化細菌將硝酸根離子轉化為氮氣的設想。可見，在解決問題的過程中，學生已經形成學科融合的思想。

(三)教學反思

筆者在進行此次大單元設計之初，對于“氮肥的制備、保存和使用”的了解只是化學視角的性質、轉化，在不斷尋找真實問題情境、探討解決方案的過程中，發現僅僅依靠化學學科的知識遠遠不夠。

從最終的教學實施效果來看，學科融合有助于學生對問題的整體認知、理解和解決。當然不能為了融合而將不同學科知識進行堆砌，具體設計時要注重學科間的內在關聯，不能沒有主次之分，要緊緊圍繞真實問題的解決，不能被知識點拖著走。只有將學科知識當作工具，才能引導學生利用知識解決問題，進而體現出學科知識的核心價值，促進學生的深度學習。

沒有一門學科是孤立存在的，也沒有一個真實問題是單一知識能解決的。學科融合恰如一座橋梁，使得各個學科間有效交織、相互滲透，在拓寬學生視野的同時，讓學生能更加深刻地認知事物和問題的全貌與本質。正如在“氮肥的生產、保存和使用”這一大情境中，雖以化學知識為主導，但在生物固氮、土壤酸化、科學施肥等實際問題的探討中，生物和地理知識的融入，讓學生對氮肥、植物和環境有了更加深入的理解。

隨著新課程改革的不斷深入，大單元、大情境、大概念教學的不斷推進，學科間的界限將會變得逐漸模糊。如何合理有效地進行學科融合，將是教者后續不斷探討的問題。