广东省中山市实验中学(528400) 曹梅姣

1 跨学科主题教学意义

长期以来,学校教育一直实行分科教学模式。分科教学模式不仅能给教材编写带来方便,也有利于学生科学、系统地掌握某一学科知识,从而形成认识世界的特有视角和思维方式。然而,各学科的独立教学割断了学科间、学科与生活实际的联系,破坏了知识世界的蓝图[1],不利于学生正确价值观、必备品格和关键能力的培养。随着科学技术的发展,社会越来越需要一流创新型人才,这样的人才不仅要有解决实际复杂问题的综合能力还要有创新意识和创造力,而创新往往发生在学科边界。学生关键能力和创新意识的培养,需要整合差异化的学科资源,打破学科间的壁垒,进行多学科交叉互补[2]。

《义务教育化学课程标准(2022年版)》(以下简称《新课标》)提出要重视跨学科实践活动,倡导在进行教学设计时要重视内容的选取和组织,加强化学与其他学科的联系,引导学生在更广泛的背景下综合运用各学科知识分析和解决实际问题[3]。跨学科主题教学的开展既有利于帮助学生厘清概念,也有助于扩展学生认识世界的视角,促进学生知、情、意、行的统一,是落实课程核心素养目标的重要途径之一。基于此,本文围绕二氧化碳的性质、用途、制法等,具体说明如何设计“低碳行动”跨学科主题教学。

2 跨学科主题教学设计

2.1 教学分析

CO2的性质、用途、制法等是人教版9年级化学上册第6单元的知识。《新课标》对CO2主题的学业要求是能够通过探究认识CO2的性质、用途和制法,形成研究物质性质的一般思路;能够以碳循环为例,引导学生认识物质的转化关系以及对人类生活和生态平衡的影响[3]。

(1)CO2含量过多导致温室效应,会对环境、气候和人类健康等造成严重影响。减碳方案的提出,需要学生从CO2的组成、构成、来源(制备)、吸收或转化(性质)、用途等角度进行思考。

(2)CO2的来源十分广泛。不同领域的来源可以通过不同的减碳措施助力低碳行动,开阔学生思考问题的视野。

(3)CO2的吸收或转化要突破学科界限,促使学生综合利用化学、生物、地理等学科知识助力低碳行动,从而落实我国双碳政策目标。

(4)CO2的用途学习既是“性质决定用途,用途反映性质”观念的渗透过程,也是防止学生受CO2危害影响而片面认为CO2有害的有力证据,从而引导学生辩证地看待物质,形成科学的物质观。

初中生物已经学习过碳循环,知道光合作用在维持碳循环生态平衡中发挥着重要作用,也知道CO2含量过多会导致很多环境、气候问题的出现。经过前期的学习,学生已经初步形成了研究物质的视角,但是距离构建物质的认识模型还有一定的距离。在助力低碳行动方面学生已经有一定的经验,但是不能有序地融合各学科知识提出减碳方案,因此在教学过程中需要通过对CO2的结构化学习培养学生的高阶思维,促进可持续发展观念的形成。

2.2 教学目标

(1)在助力低碳行动过程中,能够进行CO2的结构化学习,从而形成物质的认识模型。

(2)能够基于学科融合视角,提出助力低碳行动的方案,树立责任担当意识,促进可持续发展大概念的形成。

(3)从CO2含量过多造成的影响到其广泛用途的认识过程中,能够辩证看待物质,形成科学的物质观。

2.3 教学设计思路

本课教学设计思想如图1所示。

图1 “低碳行动”教学设计思路

图2 生态模拟CO2的捕捉和转化

2.4 教学过程

本节内容围绕“助力低碳行动”,引导学生从二氧化碳的组成、构成、制备、性质和用途等方面认识二氧化碳,进而形成认识物质的思维模型。在跨学科大概念统领下,引导学生综合运用化学、生物、地理等学科知识助力低碳行动,促进可持续发展观念的形成,落实化学课程核心素养培养任务。

环节一:宏观微观,识二氧化碳

情境线:温室气体猛增,造成气候的异常变化、全球变暖、对生命系统形成威胁。基于此,我国于2020年9月22日提出要在2030年实现碳达峰,2060年实现碳中和目标。

问题线:(1)碳达峰、碳中和中的“碳”指什么?

(2)从宏观和微观视角说出CO2的组成和构成。

(3)我国为什么要实行双碳政策?

(4)如何助力低碳行动?

学生活动线:(1)回顾CO2的组成和构成,形成研究物质的初始路径。

(2)结合化学、生物和地理等学科知识分析我国实行双碳政策的原因。

设计意图:将国家重要战略政策引入课堂,激发学生学习兴趣和探究欲望。通过分析二氧化碳的组成和构成,明确双碳中碳的含义,并以此建立双碳政策与化学学科的联系。通过分析我国实行双碳政策的原因,引发学生学会从多学科视角看待问题、解决问题,发展学生的科学思维和社会责任,并为后续提出减少大气中CO2含量的方案提供思路支架。

环节二:学科融合,减二氧化碳(见表1)

表1 环节二--学科融合,减二氧化碳

设计意图:利用碳中和含义和CO2生态循环系统图,引导学生从CO2的排放和吸收两个角度助力低碳行动。通过分析不同领域CO2来源,打破学生仅从本学科角度思考问题的思维定势,为从各个层面提出减碳方案拓宽思路。自主实验探究的开展,既是复习和归纳CO2性质,也是学生实践感受CO2被吸收的过程。这个过程仅是单一利用化学学科知识解决CO2吸收问题,然而在助力低碳行动过程中,依靠单一学科不足以实现双碳目标。通过模拟生态系统吸收CO2,引导学生理解植物、海洋、岩石等在减少CO2含量方面发挥的重要作用,感受大自然的神奇,认识到可持续发展对人类社会的重大意义。角色扮演中的角色意识能够引导学生有目的地思考问题,进一步强化学生从CO2的排放和吸收两个角度助力低碳行动的科学思维。如生物学家会从减少CO2排放量(减少排放)、加大污染治理力度和植树造林(增加吸收)等角度呼吁人类助力低碳行动;科技工作者会从开发新能源、新材料(减少排放)等角度助力低碳行动。通过融合不同角色的减碳方案,培养学生运用跨学科视角综合解决实际问题的意识,促进学生核心素养的形成。

环节三:绿色循环,用二氧化碳(见表2)

表2 环节三--绿色循环,用二氧化碳

设计意图:“那些你不知道的CO2用途”视频既是学生对CO2的再认识,也是减碳的一条有效途径,同时表明了科学技术在推动人类社会发展方面发挥的重要作用。通过展示CO2的多种用途可以避免学生单一片面地认为CO2无用、有害,能够引导学生辩证看待物质,树立科学的物质观。对CO2的排放、吸收和利用的结构化学习,不仅体现了化学学科研究物质的意义,还能辐射于其他学科,为其他学科提供解决问题的思路。

3 跨学科主题教学反思

跨学科主题教学不是简单的各学科知识的堆砌,而是在跨学科大概念统领下为解决某一挑战性任务或某一实际问题或某一项目整合各学科内容。在这个过程中既是化学学科核心知识和思维方式的体现也是综合运用其他学科思维进行问题解决的表现。因此,在进行跨学科主题教学设计时,应该注重内容的选取和组织、问题的设计和问题解决过程中支架的搭建。

3.1 选取内容时,整合差异化学科资源

整合何种内容进行跨学科主题教学需要研究课标。先明确各学科主题内容的大概念,然后在大概念的统摄下,找到各学科的跨学科大概念,并确定跨学科大概念下的主题内容,最后分析主题,找到与主题相关的各学科内容,聚焦核心内容与思路方法,实现学科内的纵向联系和学科间的横向关联。本文在可持续发展跨学科大概念的统领下,融合生物光合作用、碳循环等知识,地理中由温室效应引起的地理环境、气候的改变等知识,向学生具体、系统地说明了CO2含量过多造成的影响和原因,进而引导学生从生物、地理等学科视角全方位地提出减碳方案。

3.2 设计问题时,注重情境、知识与素养的融合

《新课标》要求,在设计跨学科实践活动时,注重将情境、知识和素养深度融合,让学生在问题解决过程中实现核心知识的获得、能力(素养)的培养自然融合[3]。这要求问题的设计具有情境性、驱动性和生成性。本文以落实双碳政策为目标,设计驱动性问题“如何减少大气中CO2的含量”进行CO2制备、性质和用途的学习,在获得CO2的认识模型过程中引导学生基于学科融合视角从排放和吸收两个角度提出减碳方案,促进学生化学观念、科学思维和社会责任等核心素养的发展。

3.3 解决问题时,充分发挥学生主动性

探究性、开放性的学习环境,有助于学生主动性的充分发挥。在问题解决过程中要尽量避免提出事实性问题。问题的解决要能引发学生思考,调动学生思维,尽可能设计一些小组讨论、辩论交流和实验探究等学习活动。学生“手、眼、脑”的综合运用,决定了其是否在“做中学”“用中学”和“创中学”。本文通过小组讨论--从源头上提出减碳方案、实验探究--感受CO2的吸收和转化、角色扮演--学科融合视角提出减碳方案等活动,积极为学生营造研究性、开放性和包容性学习环境,充分调动学生的主观能动性,提高学生沟通交流协作能力。