学科交叉视域下化学教学研究——以基本营养物质“蛋白质”为例

李 慧，字 敏

(云南师范大学化学化工学院，云南 昆明 650500)

学科交叉是指研究、融合并建立两门及两门以上学科的有关理论及实践之间的有效联系[1]。学科交叉符合新时代高中化学“素养为本”教学需要，打破关联学科之间隔阂，在项目问题的解决过程中使学生面对真实情境问题能进行综合思考，进而分析解决问题，将化学学科核心素养落地。

1 当前教学困境

1.1 学科自身逻辑固化思维

当前,普遍采用的分科教学虽能使学生快速获取系统性的知识，然而学生解决实际问题时通常需要综合性的知识，往往涵盖多学科、多视角的知识。自然学科自身独有的逻辑体系，使得学生思维僵化，将生活与知识完全分割，从而难以整合知识线索，并缺乏全面认识问题的能力。例如，2018年全国卷Ⅰ理综试题第八题B选项：酶是一类具有高选择性催化性能的蛋白质。出题者判定此选项正确，但从高中生物视角判断却是错误的，因为生物中酶与蛋白质并不等同。固化的学科逻辑弊端可见一斑。

1.2 教师认知偏差

化学选择性必修教学版块的出现，在一定程度上拓宽了教师教学的内容，加重了教学负担，因此大部分教师将“学科交叉”停留在纸上谈兵阶段，尚未付诸行动；而少部分已经开始将“学科融合”理念与实践相结合的教师，则遭遇“评价危机”[2]。尽管学科交叉的知识层面仍可采取传统的教学评价，但对于能力评价层面难以形成符合交叉学科特点及发展规律的评价体系，无法对学生能力的反馈进行解读。

2 学科交叉教学策略

2.1 模糊学科界限并组织跨学科大概念

优秀学习者应当是无显著分界感地学习知识，并无意识地使用不同来源的知识，使得解决问题的过程就是知识的再创新[3]。教师作为学习者学习的引导者，应积极接受在职教育，自觉探索模糊学科界限的可能性，增强自身跨学科素养，引导学生获得无明显学科界限的通用方法能力。

学科大概念指的是具有联结性、整合性，以及迁移性特点的，能在多学科中均具有解释力的各学科共同概念[4]。现阶段大单元教学趋势下学科大概念尤为重要。为打破学科壁垒，学科交叉教学下的教师需要组织跨学科大概念。

2.2 设计跨学科评价

有效教学评价，能反作用于教学，促进交叉内容的教学向良性方向发展，但目前权威评价框架尚未面世，因此传统纸笔测试的更新变革不可忽视[5]。例如，2021年的广东高考卷单选题第八题中提到，鸟嘌呤是一种有机弱碱，借此考察盐的水解及电离平衡。相较于早期的高考卷试题考察，现阶段越来越多的试题趋向于将多学科知识进行交叉融合，借此考察学生的能力。

3 学科交叉教学设计——蛋白质专题

3.1 素养分析

蛋白质专题需要落实的高中生物及化学学科核心素养见表1

3.2 教材分析

人教版高中生物及化学教材中“蛋白质”内容交叉见表2。

3.3 学情分析

知识基础：高中生物必修一第一单元第三节已掌握蛋白质的基本组成单位氨基酸、蛋白质三维结构及部分蛋白质的化学性质，包括脱水缩合及利用双缩脲试剂检测蛋白质，但学生缺乏相关有机化学知识支撑，对蛋白质的化学性质的学习停留在浅层次。

能力基础：高二学生已具备一定的逻辑思维能力、自主探究能力，以及小组合作能力。

表1 蛋白质版块需落实的高中生物及化学学科核心素养

表2 人教版高中生物及化学教材中“蛋白质”内容交叉

3.4 教学及评价目标

3.4.1 教学目标

一是通过探究牛胰岛素结晶的合成过程，建立蛋白质的结构与功能用途的关联；二是通过检验牛胰岛素结晶是否合格，初步形成基于物质结构对预测性质的认识模型；三是通过工厂扩大蛋白质生产的方向设计，进一步增强社会责任感。

3.4.2 评价目标

一是通过交流和点评牛胰岛素结晶合成过程，诊断并发展学生认识思路的结构化水平；二是通过对牛胰岛素结晶蛋白质的相关检测，诊断并发展学生实验探究的水平;三是通过对常见蛋白质的归类分析，诊断并发展学生对化学价值的认识水平。

3.5 教学流程

具体教学流程见图1。

3.6 教学过程

具体教学过程见表3。

表3 教学过程

表3(续)

4 结语

1)多学科交叉融合，不限于化学与生物

化学学科作为重要基础学科，涵盖大量跨学科知识内容，不仅仅局限于生物学科，多类理工科知识均能用于进行学科交叉设计[6]。如数学学科是解决理工科问题的重要工具，利用数学工具优化化学重难点知识，能更好培养学生创新意识，部分化学定义能使用数学表达式进一步清晰表达其内涵及运用。例如，物质的量版块利用数学表达式能极好地连接宏观与微观世界，帮助学生建立化学模型。同时利用立体几何数学知识建构分子结构，利于学生判断陌生物质结构及原子共面情况。物理学科深刻影响化学学科发展，通过化学史发现，众多物理知识成为化学发展的基础。例如，衍射、X射线等为化学学科提供新的研究手段，同时物理中能量守恒定律能用于解释化学热力学知识内容[7]。

2)开发学科交叉校本课程

人教版高中化学教学基本安排于高一下学期与高二上学期，但与之相对应生物知识却安排在高一上学期，因此部分化学教师对交叉内容陷入两难的局面：部分认为应跳过重复内容，避免时间浪费；而部分教师学情分析不全面，难以把握相关生物学知识的讲解难度。因此依靠学校力量，对目前高中化学及高中生物教材知识内容顺序进行调整，制定校本教材，开发跨学科校本教材及课程，实施跨学科教学[1]。