義務教育化學“跨學科實踐”:內涵解讀與實踐進路

胡巢生

(宿遷市蘇州外國語學校, 江蘇 宿遷 223800)

一、問題的提出

《義務教育化學課程標準(2022年版)》(以下簡稱“2022 版課標”)核心素養內涵中包含“科學探究與實踐”。“化學與社會·跨學科實踐”主題設計了10個跨學科實踐活動,與前四個主題的核心知識密切結合,“跨入”日常生活、工程技術、社會發展領域,考慮了化學與資源、能源、材料、環境、健康等實際問題領域,體現了以化學、技術、工程融合取向的跨學科學習特征。使得科學探究、學生必做實驗、學科實踐和跨學科實踐成為其具體表征,共同構成了2022 版課標對化學學習過程中學生活動、經驗、過程與方法的要求,呼喚“源于實踐、通過實踐、為了實踐”的真正的學科探究。

根據跨學科實踐的主要活動形式,胡久華等將其分為產品制作、行動改進、調查研究、模型建構4個類型[1]。王雨等將其分為調查、設計、探究、服務4個類型,涉及調查、方案設計、實物制作、論文寫作、職業體驗等多種形式[2]。筆者借鑒不同學者的分類標準和思路,嘗試融合學生必做實驗,將其分為產品創新設計、行動改進、實驗探究、調查研究、模型構建、職業體驗等活動類型,兼顧了多樣性與分類、系統與模型、結構與功能、相互作用與轉化、比例與定量等跨學科大概念的構建與發展,承載了生物、地理、物理、道德與法治等學科內容,綜合應用技術與工程的方法和思想,有意識地應用化學核心知識,提升問題解決能力和創造能力[3](如表1所示)。

表1 跨學科實踐活動、學生必做實驗、活動類型與大概念

二、跨學科實踐的內涵解讀

任學寶認為跨學科學習是堅持學科立場,打破學科界限,以主題為媒介,通過問題導向的整體性設計與實施,促進學生在意義建構中實現全面發展的教學理念與實踐[4]。伍紅林等認為跨學科學習以某一學科為依托,基于主題建構學習任務,進行學科整合,形成以培養跨學科素養為目標的主題單元網絡,以完整的問題解決過程或任務完成過程貫穿始終[5]。2022版物理課標指出,跨學科主題學習活動“具有跨學科性和實踐性特點,與日常生活、工程實踐及社會熱點問題密切相關;旨在發展學生跨學科運用知識的能力、分析和解決問題的綜合能力、動手操作的實踐能力,培養學生積極認真的學習態度和樂于實踐、敢于創新的精神”。

筆者認為義務教育化學跨學科實踐應以化學學科為圓心,以“跨學科”知識與技能為半徑,拓展育人“面積”。在2022版課標和教材的引領下,聯系學情和主題的素養導向,圍繞具有真實意義、探究和實踐性質的研究問題或現實任務,以化學觀念或主要概念為基點,將化學知識、技能、原理、概念和方法作為生長點,發揮對課程內容和教學實施的整合功能,融合科學、技術、社會、環境等社會熱點,“跨出”本學科知識的視野,依據循證掌控學科跨度邊界、考量學科資源,運用多樣化的學習方法和路徑,將化學核心知識與工程技術、設計制作和直觀模型等資源有機集合,推進不同學科知識和方法的碰撞、交流、轉換和結構化“聯結”,使學生能在實踐中運用跨學科知識和技能發現日常生活、工程實踐、能源開發、新材料等社會發展中與化學有關的問題,提出假設、找尋證據、解決問題并以“做”的方式形成物化的實踐成果。

三、跨學科實踐能力培養的實踐進路

陳丹等認為要堅持學科與實踐的辯證立場,遵循“實踐目標—實踐主題—實踐內容—實踐活動”的設計邏輯[6]。詹澤慧等構建了以“概念群→問題鏈→目標層→任務簇→證據集”為核心的“C-POTE”模型[7]。張玉華基于“學科整合”,提出跨學科學習的“三度”水平分析框架[8]。2022版課標從項目育人價值、內容結構、活動設計及實施建議四個方面為活動設計提供思路指引。筆者認為不同類型的跨學科主題來源、認識視角和組織方式,可以形成不同主題學習類型和解決思路,使得學習途徑更加多樣化。

教師對跨學科實踐活動的素養表現、學科邏輯、內容承載、學習路徑和學業質量的整體規劃教學設計是跨學科實踐活動發生的保障,目標要注重頂層設計和實踐育人的素養指向,強調學生在探究實踐和創新創造過程中運用多學科知識創造性地解決劣構問題和復雜性任務。在此過程中,深刻理解化學觀念、核心概念、反應原理、科學思維方法等是基礎和前提,是跨學科實踐活動知識生長的邏輯起點。情境的結構化處理取向及路徑,有利于運用層次化、邏輯化、結構化思考。分析大任務和大問題,將其分解為小任務和小問題,將高階思維降維至低階思維;有利于構建系統化的知識網絡和認知框架,在學科間、主題間、單元間、活動間、小組間等網絡中獲得整體意識。從而,將問題鏈條、主題任務和知識圖譜置于跨學科學習的整個流程,建構問題解決的圖式,包括有哪些基本要素、該如何合理決策這些要素、還需要考慮哪些特殊因素等,通過適應社會、分析多元觀點等引領學生體驗評判、抉擇和以“做”的方式解決問題,以培養學生跨學科創新能力(如圖1所示)。

圖1 2022版課標中跨學科學習的設置邏輯圖

(一)以跨學科實踐活動為載體,構建跨學科知識的多維立體關系

化學學科知識是化學學科核心素養的載體,教學中應根據跨學科實踐活動目標、核心內容需求和問題解決需要,確定相關學科知識、思想和方法的整合,并將其嵌入時代、文化和個人知識結構中,構建跨學科知識的多維立體關系,使之形成一個有機整體。

碳達峰、碳中和、低碳行動既是全球、全社會的行動,又是一個跨學科、跨學段的社會性科學議題。六、七年級地理教材提及溫室效應;七至九年級科學課程“人類活動與環境”主題關注化石燃料。道德與法治課程標準“國情教育”主題以“建設美麗中國”“新夢想、新征程”兩個議題認識碳中和、碳達峰;物理課程標準從“能量守恒、能量的轉化和轉移”的視角,結合能量守恒和能量轉化和轉移具有一定方向性,分析、踐行低碳生活;生物學課程標準在“生物與環境、植物的生活”主題,從生態系統自我調節能力和光合作用的角度認識碳中和與碳達峰的意義,該目標的實現離不開化學的支持。

2022版課標基于“物質的性質與用途”主題,利用二氧化碳、燃料等知識內容討論低碳行動。“基于碳中和理念設計低碳行動方案”案例的大概念統領的內容結構,以化學與環境問題的解決思路作為整體框架,圍繞核心素養目標確定了元素觀和變化觀并鋪設了有邏輯結構、序列化的問題驅動和學習活動,搭建碳循環模型,體現在從直接應用二氧化碳的性質提升至尋找吸收和轉化二氧化碳的具體措施并綜合考慮其效果、成本和對環境的影響。使學生認識碳中和基本原理、內涵及其意義,理解碳中和方案蘊含著天地萬物各得其所、各遂其生的思想,理解人與自然和諧相處的生態自然觀(如圖2所示)。

圖2 “碳中和”跨學科實踐體現的學科整合特征

(二)以素養導向目標為依托,促進深度學習于過程中

跨學科學習倡導素養導向的綜合性深度學習,旨在基于論證的科學實踐融合批判性思維和創新性思維,唯有將跨學科主題、學科觀念、學科思維建立起深刻聯系,使學生在探究過程中以體現學科本質的方式處理課堂問題,得出自己的見解才是跨學科學習的初衷和使命。

基于特定需求設計和制作簡易供氧器、微型空氣質量“檢測站”的組裝與使用、水質檢測及自制凈水器三個產品制作類跨學科實踐,需要符合工程問題解決的思路。圍繞“研究對象和載體是什么?”“體現哪些主題大概念及核心知識內容?”“涉及哪些跨學科內容?”“解決問題的思路和方法是什么……”讓學生經歷界定任務、建構模型、制作作品、發布作品四大核心活動,有意識地應用相關化學核心知識和多個學科的相關知識,應用技術與工程的方法綜合分析和具體解決真實的問題。

以“基于特定需求設計和制作簡易供氧器”為例,素養導向目標應著眼于學科間關聯性強的內容、技能和方法,關照社會特定需求,促進學習內容結構化,讓學生從科學、社會和個人等多元視角觀點與價值觀中論述自己的觀點,明確任務和限定條件,確定供氧器的使用環境和對象,創造新產品。讓學生學會以理性、綜合、創新思維解決問題,發展批判性思維和做出價值判斷的決策能力(如表2所示)。

表2 “基于特定需求設計和制作簡易供氧器”素養導向目標

(三)以實踐問題解決為導向,融合核心知識和學生必做實驗

問題解決能力是學生在復雜的現實世界中得以生存與發展的重要能力。引入實際生活情境問題,融合核心知識和學生必做實驗,鼓勵開展適切的活動式、探究式、開放式為導向的多種教學策略,引導學生主動對跨學科素材進行自主分析,與同伴合作交流,發現問題、理解問題,關注學生問題解決過程。通過有目的的行動、交流和反思,使學生在動手制作、創意設計、調研訪談、展示表達、方案評價、反思改進等多樣化活動中進行嚴謹的化學學科思維與表達,積累豐富、積極的跨學科學習活動經驗,實現問題解決過程與核心知識獲得,以促進學生批判性思維和跨學科思維的發展,形成新的跨學科理解。

以“基于碳中和理念設計低碳行動方案”為例,融合學生必做實驗,設計實驗研究CO2的性質,吸收試劑及效果,感受CO2的產生、捕捉、循環與封存(如圖3所示)。

圖3 跨學科實踐活動與學生實驗活動的結合

設計驅動問題與核心活動,引導學生在調查探究、設計制作、模型建構、創新創造的過程中綜合運用跨學科知識,通過面對面交流,分享低碳行動方案、改進思路和跨學科實踐收獲,利用CO2的性質對其進行應用或借助自然界的力量促進其轉化,將人為過多排放的CO2再通過人為的方式吸收、轉化,引導學生融合多學科知識,培養學生分析、綜合、創新、批判等思維和認識能力(如表3所示)。

表3 驅動問題與活動任務

展示人類活動的溫室氣體排放量占比圖[9](參見圖4)和2019—2050年全球能源結構的變化趨勢圖[10](參見圖5)。展示二氧化碳的產生途徑。介紹李燦院士團隊攻克全球首套千噸級“液態太陽燃料合成示范項目”,馬延團隊在人工合成淀粉方面取得重大突破,綜合探討我國達到碳中和目標的方案措施,達到碳循環的自然方式與人為方式的雙重動態平衡,不斷提升學生的問題解決能力和實踐創新能力,培養學生的民族自豪感和家國情懷。

圖4 源于人類活動的溫室氣體排放量占比

圖5 2019—2050年全球能源結構的變化趨勢

(四)以真實表現為評價依據,促進學生跨學科思維發展

跨學科實踐活動應將評價持續且實時地鑲嵌于過程和結果之中,以各種正式與非正式的方法搜集關于學生理解與表現的證據,用來判斷學習任務與活動是否在為達成目標服務、達到目標的程度如何及如何最有效地實現目標等[11]。結合活動表現,從跨學科創新思維、跨學科創新能力、社會責任感、文化自信和行為物化等表現制定評價標準,充分展現學生問題解決過程中的跨學科思維過程和跨學科理解程度。

以“基于碳中和理念設計低碳行動方案”為例,依據制定的目標開展多元評價標準,探討實現碳中和的途徑——體驗搜集證據、證據有效性識別、論證與推理、決策制定等一系列科學技能和方法,理解科學知識、實踐和社會責任(如表4所示)。

表4 評價標準

四、結語

跨學科實踐活動是一種融知識綜合與問題解決為一體的深度學習方式,是素養時代課程整合的重要實施途徑[12],凸顯學科育人價值。這對教師的教學能力提出很高的要求,既需要發揮教師的多學科整合、規劃、設計和協調能力,又需要發揮教師跨學科實踐設計者和支持者的作用;既需要掌握精通的專業知識、專業技能,又需要掌握跨學科實踐知識和現代教育技術;既需要很好地駕馭跨學科實踐課堂,又需要培養學生的主體合作意識、問題解決能力[13];既需要制定完善教學評價體系,又需要養成跨學科實踐反思能力,全面審視與省思實踐內容設計、教學方法選擇、教學行為表現和教學結果反饋等,以提升跨學科教學素養能力。尊重并彰顯化學學科的獨特性,體現化學學科的精氣神,有待我們在教學實踐中不斷研究。▲