高中化學跨學科實驗教學實踐的內涵與設計邏輯

陸一兵

【摘要】本文提出了跨學科實驗教學實踐的內涵和定義，通過將化學實驗與其他學科相結合，旨在提高學生的核心素養和實踐能力，并將設計邏輯分為實驗內容選擇與整合、實驗內容優化與創新、實驗教學引導與激發、實驗結果分析與處理、實驗教學評價與反思等五個方面進行闡述。通過簡單實踐案例分析，表明跨學科實驗教學有助于學生在實踐中更好地理解和掌握化學知識，培養學生的化學核心素養，同時也提高其他學科的學習能力。

【關鍵詞】高中化學 ?跨學科 ?實驗教學 ?內涵與設計

【基金項目】本文系廣西教育科學“十四五”規劃2023年度專項課題《核心素養視域下跨學科實驗教學的融合創新研究——以高中化學與生物為例》（課題編號：2023ZJY688）的研究成果。

【中圖分類號】G633.8 ?【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2024）04-0181-03

化學是一門應用廣泛的學科，涉及物質的性質、變化和組成等方面的研究。在高中階段，學生通過化學實驗可以更加直觀地理解和掌握化學原理，提高實際動手操作能力。而在實驗教學的過程中，跨學科的實踐可以使學生獲得更加廣泛的知識和技能，提高綜合能力。

一、高中化學跨學科實驗教學的內涵

一是學科整合：跨學科實驗教學是將化學與其他學科進行整合，通過實驗活動來探索學科之間的關聯和共性。這樣做有助于突破學科的邊界，使學生在實踐中能夠綜合運用多個學科的知識、技能和思維方式，加深對不同學科的理解和應用。

二是可視化學習：實驗是一種直觀的學習方式，通過觀察實驗現象和實驗結果，學生可以更加真實地感受和理解抽象的化學概念和原理。跨學科實驗教學能夠將學科內容可視化，使學生能夠通過實際操作和觀察來觸摸和理解化學現象，提高學習的效率。

三是綜合能力培養：跨學科實驗教學注重培養學生的綜合能力。實驗教學中，學生需要綜合運用化學以及其他學科的知識、技能和思維方式，進行實驗設計、數據分析、問題解決等多個環節學習。借助跨學科實驗教學，可以培養學生批判性思維、問題解決能力、團隊合作能力以及創新思維等綜合能力。

二、跨學科實驗教學的定義和特點

（一）定義

跨學科實驗教學是指在教學活動中融合多個學科的知識、技能和思維方式，通過實驗的方式培養學生的綜合能力。它跨越了學科邊界，以跨學科的視野來探索問題和解決現實生活中的挑戰。

（二）跨學科實驗教學的特點：

1.跨越學科邊界：跨學科實驗教學不局限于單一學科的知識與技能，而是積極探索學科之間的關聯與互動。通過融合多個學科的內容，學生可以更加全面地理解和應用知識。

2.融合多個學科的內容和技能：跨學科實驗教學的設計中涉及到多個學科的內容和技能，如，在化學實驗中引入物理學的測量和數據處理技能，生物學的觀察和分析方法等。

3.強調綜合能力的培養：跨學科實驗教學通過解決復雜的問題和任務，培養學生的綜合能力。它包括批判性思維、問題解決能力、科學研究技能、團隊合作能力等。

4.提供實踐與應用的機會：跨學科實驗教學注重將學科知識與實際應用相結合。通過實驗活動，學生可以親自參與實踐，探索真實世界中的問題，并尋找解決方案。

5.激發學生的探索精神和創新意識：跨學科實驗教學鼓勵學生主動探索、思考和創新。通過讓學生參與問題的探究和解決過程，激發學生的好奇心和主動性。

三、高中化學跨學科實驗教學的設計邏輯

（一）實驗教學設計要對教學內容進行選擇與整合，尋找合適的實驗教學內容

1.分析學科要求和教學目標：教師需要深入研究高中化學核心素養、課程標準和學習目標，了解學科的核心知識和技能要求。同時，也需要考慮跨學科的核心素養和實驗教學的目標，如培養學生的綜合能力、拓寬學科思維等，這樣可以為內容的選擇和整合提供指導。比如，化學的科學探究與創新意識這個核心素養，就與生物的科學探究核心素養是有關聯的。

2.確定跨學科的關聯點：教師需要選定與化學相關的其他學科，如物理、生物等，并在這些學科中找到與化學實驗有關的共同點。通過分析不同學科之間的聯系和交叉點，確定可以整合的知識和技能，如，化學必修二實驗活動七《化學反應速率的影響因素》和生物必修一第五章探究·實踐《比較過氧化氫在不同條件下的分解》，這兩個部分均有相同內容：過氧化氫在不同催化劑作用下，催化效率不同，那我們就可以在化學實驗教學中加上生物的肝臟研磨液，設計比較二氧化錳、氯化鐵、肝臟研磨液三種催化劑的催化效率，拓展學生的知識面，讓學生得出生物催化劑有專一性和更高催化效率的結論。

3.整合內容并確定實驗任務：將化學及其他學科的內容進行整合，設計出一個有關跨學科實驗的任務或問題。這個任務或問題能夠涵蓋多個學科的知識與技能，同時又與學生的實際生活相關，這樣能夠激發學生的參與動力。如，“果酒的制備”任務，蘊含了生物中的發酵和化學中葡萄糖的轉化等知識。

4.確定實驗步驟：根據實驗任務或問題，教師可以設計實驗的具體步驟。在確定步驟時，要考慮不同學科的實驗方法和技巧，并進行適當的調整和整合。同時，也要考慮整合其他學科的概念和觀點，如，在化學實驗中涉及到物理學的數據處理方法，生物學的觀察和分析技巧等，這樣可以豐富實驗教學的內涵，幫助學生建立跨學科整合的認識。

（二）實驗教學設計要對實驗進行優化與創新，提高學生核心素養

1.整合不同學科的實驗要素：在實驗設計中，可以嘗試整合不同學科的實驗要素，使學生能夠綜合運用多個學科的知識和技能解決問題。如，可以在化學實驗中引入物理實驗中的測量和數據處理技巧，或者在生物實驗中結合化學的溶液配制和反應原理。

2.引入新穎的實驗技術與設備：為了提高實驗活動的吸引力，可以引入新穎的實驗技術和設備。如，引入先進的化學分析儀器——手持技術（如氧氣傳感器、二氧化碳傳感器等等），使學生能夠親自操作和體驗新技術的應用，將實驗微觀過程可視化。

3.設計開放性的實驗任務：對于跨學科實驗教學，可以設計開放性的實驗任務，鼓勵學生展開自主探究和創新。給予學生一定的自主權和決策權，讓他們自己設計實驗方案、選擇實驗材料與方法，并提出問題解決方案。如，實驗任務“認識防腐劑”，讓學生從身邊零食和飲料入手，引導學生從配料表中找到常見防腐劑，通過自己設計實驗，從化學和生物視角驗證防腐劑的作用，并了解食品添加劑的使用要求，從而讓學生實現從“解題”到“解決問題”的轉變。

4.引入問題導向的實驗設計：在實驗設計中，可以以問題為導向，讓學生思考和解決實際問題。通過引導學生提出問題、闡述假設和設計實驗，能夠激發他們的主動性和創造性思維，培養解決問題的能力。

5.提供多樣化的實驗活動：為了滿足不同學生的需求和興趣，可以設計多樣化的實驗活動。如，課堂教學、實地考察、研究性學習、項目式學習、跨學科主題實踐活動等，讓學生能夠在不同場景和情境中應用化學知識，提高實驗活動的趣味性和實踐性。

（三）實驗教學設計要引導與激發學生的實驗探究欲望和好奇心，培養學生的合作意識

1.引導學生的觀察與思考：在實驗過程中，教師可以引導學生進行觀察和思考，讓他們注意實驗中的細節和現象。通過提問的方式，激發學生思考實驗現象的原因和解釋。教師可以提出問題，引導學生找出問題的答案，并與其他學科的概念和知識進行聯系。如，檢驗葡萄糖的實驗，化學和生物實驗方法是不同的，可以引導學生思考。

2.激發學生的好奇心和探索欲望：教師可以激發學生的好奇心和探索欲望，讓他們主動提出問題和假設，并積極探索解決問題的方法。通過培養學生的主動性和探索精神，可以激發他們對實驗的興趣，提高學習動力。如，學校有生物園，如何在生物園種好蔬菜？可以讓學生從化學和生物兩個角度，去認識和找到種好菜的方法。

3.提供啟發性的實驗任務：設計具有挑戰性和啟發性的實驗任務，鼓勵學生獨立思考和探索。教師可以引導學生設立目標，設計實驗方案，預測實驗結果，并進行實驗操作與數據分析。通過這種方式，激發學生的創新意識和實踐能力。如，“探索皮蛋中的秘密”，通過探究皮蛋的制作和檢驗，其中融合了化學和生物的知識，極大地激發學生探索欲望。

4.培養實驗合作與交流的意識：在實驗教學中，鼓勵學生之間的合作與交流，促進他們共同解決問題和分享實驗心得。教師可以設計小組合作實驗，讓學生合作探究，并提供及時的反饋和指導。

（四）實驗教學設計要注重對學生進行實驗結果的分析與處理，培養學生實驗操作分析能力

1.數據分析與處理：在分析實驗結果時，教師可以引導學生對實驗數據進行分析和處理。學生可以使用統計方法或圖表來展示數據的規律和趨勢，并提取關鍵的信息。通過分析數據，學生可以得出結論，解釋實驗現象并引出相關的學科概念和原理。

2.結果的比較與對比：為了更全面地評價實驗結果，教師可以引導學生將實驗結果與理論預期進行比較和對比。學生可以分析實驗結果與理論值或其他相關實驗結果之間的差異和聯系，以及這些差異的原因和影響。通過比較與對比，學生能夠進一步理解實驗的意義和局限性。同時，教師可以引導學生反思實驗結果的意義，探討對解決實際問題的影響和在其他學科中的應用。

3.錯誤分析與討論：在實驗結果的分析中，教師可以引導學生進行錯誤分析與討論。學生可以查找實驗中可能存在的誤差和不確定性，并討論其對實驗結果的影響。通過分析錯誤，學生能夠提高實驗技巧和數據處理能力，并加深對實驗設計的理解。

4.結論的準確性與合理性評價：在評價實驗結果時，教師可以引導學生考慮結論的準確性和合理性。學生應該根據實驗數據和分析結果，得出具有科學依據的結論，并用科學術語進行表達。同時，學生也需要思考實驗的局限性和可能存在的誤差，以提高結論的可靠性。

（五）實驗教學設計要有學生和教師對跨科實驗教學的評價與反思，以便保證教學的質量和持續改進

1.學生評價：可以通過問卷調查、個案訪談等方式，聽取學生對跨學科實驗教學的反饋和評價。了解學生對實驗教學活動的態度、興趣、理解和滿意度，從而得知他們對實驗教學的感受和改進意見。根據學生的意見和建議，將其作為改進實施的參考。如，通過問卷星設計實驗評價問卷調查表，利用班級QQ群發送，不記名調查，使數據真實有效。

2.教師評價：教師對跨學科實驗教學的評價和反思非常重要。教師可以在教學過程中積極觀察和記錄學生行為和表現，反思教學中存在的問題和不足之處。此外，教師還可以與同行進行交流和討論，分享教學經驗和心得，從中獲得啟發和改進思路。如，教師課后寫教學反思，評價實驗教學和學生實驗情況，歸納成功經驗，找到不足并改進。

3.教學成果評估：跨學科實驗教學的評價還需綜合考慮教學成果和學生的學習表現。可以通過考試成績、作業質量、研究或實踐報告等途徑，對學生的學業成績進行評估。此外，還可以關注學生實際應用能力的發展情況，如解決問題的能力、團隊合作能力、創新能力等。如，教師設置評價量表，讓學生進行自評、互評、師評。

4.實踐改進：根據評價結果和反饋意見，進行教學改進和調整。教師可以及時地針對評估結果中的問題和不足，調整教學策略和方法。可以考慮對實驗內容和設計進行調整、改進教材和實驗設備，或者提供更多的實踐機會和學科整合的活動，以改善學生的學習體驗和效果。

5.經驗分享和專業發展：教師應積極參與學科教研活動，與同行進行經驗分享和專業討論。可以通過參加學術研討會、教研活動、學科群等途徑實現。通過與同行的交流與合作，共同研討教學問題，相互啟發和借鑒，不斷提升跨學科實驗教學的質量和水平。

四、結束語

高中化學跨學科實驗教學的內涵與設計邏輯是為了促進學生的核心素養發展，培養學生的獨立思考和創新精神，提高他們解決實際問題的能力。為了實現這一目標，教師需要充分利用跨學科資源，設計有挑戰性和啟發性的實驗活動，積極引導學生進行實驗結果的分析和評價。通過不斷的實踐與反思，不斷改進教學策略，可以更好地實現高中化學跨學科實驗教學的目標。

參考文獻：

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