义务教育化学“跨学科实践”:内涵解读与实践进路

胡巢生

(宿迁市苏州外国语学校, 江苏 宿迁 223800)

一、问题的提出

《义务教育化学课程标准(2022年版)》(以下简称“2022 版课标”)核心素养内涵中包含“科学探究与实践”。“化学与社会·跨学科实践”主题设计了10个跨学科实践活动,与前四个主题的核心知识密切结合,“跨入”日常生活、工程技术、社会发展领域,考虑了化学与资源、能源、材料、环境、健康等实际问题领域,体现了以化学、技术、工程融合取向的跨学科学习特征。使得科学探究、学生必做实验、学科实践和跨学科实践成为其具体表征,共同构成了2022 版课标对化学学习过程中学生活动、经验、过程与方法的要求,呼唤“源于实践、通过实践、为了实践”的真正的学科探究。

根据跨学科实践的主要活动形式,胡久华等将其分为产品制作、行动改进、调查研究、模型建构4个类型[1]。王雨等将其分为调查、设计、探究、服务4个类型,涉及调查、方案设计、实物制作、论文写作、职业体验等多种形式[2]。笔者借鉴不同学者的分类标准和思路,尝试融合学生必做实验,将其分为产品创新设计、行动改进、实验探究、调查研究、模型构建、职业体验等活动类型,兼顾了多样性与分类、系统与模型、结构与功能、相互作用与转化、比例与定量等跨学科大概念的构建与发展,承载了生物、地理、物理、道德与法治等学科内容,综合应用技术与工程的方法和思想,有意识地应用化学核心知识,提升问题解决能力和创造能力[3](如表1所示)。

表1 跨学科实践活动、学生必做实验、活动类型与大概念

二、跨学科实践的内涵解读

任学宝认为跨学科学习是坚持学科立场,打破学科界限,以主题为媒介,通过问题导向的整体性设计与实施,促进学生在意义建构中实现全面发展的教学理念与实践[4]。伍红林等认为跨学科学习以某一学科为依托,基于主题建构学习任务,进行学科整合,形成以培养跨学科素养为目标的主题单元网络,以完整的问题解决过程或任务完成过程贯穿始终[5]。2022版物理课标指出,跨学科主题学习活动“具有跨学科性和实践性特点,与日常生活、工程实践及社会热点问题密切相关;旨在发展学生跨学科运用知识的能力、分析和解决问题的综合能力、动手操作的实践能力,培养学生积极认真的学习态度和乐于实践、敢于创新的精神”。

笔者认为义务教育化学跨学科实践应以化学学科为圆心,以“跨学科”知识与技能为半径,拓展育人“面积”。在2022版课标和教材的引领下,联系学情和主题的素养导向,围绕具有真实意义、探究和实践性质的研究问题或现实任务,以化学观念或主要概念为基点,将化学知识、技能、原理、概念和方法作为生长点,发挥对课程内容和教学实施的整合功能,融合科学、技术、社会、环境等社会热点,“跨出”本学科知识的视野,依据循证掌控学科跨度边界、考量学科资源,运用多样化的学习方法和路径,将化学核心知识与工程技术、设计制作和直观模型等资源有机集合,推进不同学科知识和方法的碰撞、交流、转换和结构化“联结”,使学生能在实践中运用跨学科知识和技能发现日常生活、工程实践、能源开发、新材料等社会发展中与化学有关的问题,提出假设、找寻证据、解决问题并以“做”的方式形成物化的实践成果。

三、跨学科实践能力培养的实践进路

陈丹等认为要坚持学科与实践的辩证立场,遵循“实践目标—实践主题—实践内容—实践活动”的设计逻辑[6]。詹泽慧等构建了以“概念群→问题链→目标层→任务簇→证据集”为核心的“C-POTE”模型[7]。张玉华基于“学科整合”,提出跨学科学习的“三度”水平分析框架[8]。2022版课标从项目育人价值、内容结构、活动设计及实施建议四个方面为活动设计提供思路指引。笔者认为不同类型的跨学科主题来源、认识视角和组织方式,可以形成不同主题学习类型和解决思路,使得学习途径更加多样化。

教师对跨学科实践活动的素养表现、学科逻辑、内容承载、学习路径和学业质量的整体规划教学设计是跨学科实践活动发生的保障,目标要注重顶层设计和实践育人的素养指向,强调学生在探究实践和创新创造过程中运用多学科知识创造性地解决劣构问题和复杂性任务。在此过程中,深刻理解化学观念、核心概念、反应原理、科学思维方法等是基础和前提,是跨学科实践活动知识生长的逻辑起点。情境的结构化处理取向及路径,有利于运用层次化、逻辑化、结构化思考。分析大任务和大问题,将其分解为小任务和小问题,将高阶思维降维至低阶思维;有利于构建系统化的知识网络和认知框架,在学科间、主题间、单元间、活动间、小组间等网络中获得整体意识。从而,将问题链条、主题任务和知识图谱置于跨学科学习的整个流程,建构问题解决的图式,包括有哪些基本要素、该如何合理决策这些要素、还需要考虑哪些特殊因素等,通过适应社会、分析多元观点等引领学生体验评判、抉择和以“做”的方式解决问题,以培养学生跨学科创新能力(如图1所示)。

图1 2022版课标中跨学科学习的设置逻辑图

(一)以跨学科实践活动为载体,构建跨学科知识的多维立体关系

化学学科知识是化学学科核心素养的载体,教学中应根据跨学科实践活动目标、核心内容需求和问题解决需要,确定相关学科知识、思想和方法的整合,并将其嵌入时代、文化和个人知识结构中,构建跨学科知识的多维立体关系,使之形成一个有机整体。

碳达峰、碳中和、低碳行动既是全球、全社会的行动,又是一个跨学科、跨学段的社会性科学议题。六、七年级地理教材提及温室效应;七至九年级科学课程“人类活动与环境”主题关注化石燃料。道德与法治课程标准“国情教育”主题以“建设美丽中国”“新梦想、新征程”两个议题认识碳中和、碳达峰;物理课程标准从“能量守恒、能量的转化和转移”的视角,结合能量守恒和能量转化和转移具有一定方向性,分析、践行低碳生活;生物学课程标准在“生物与环境、植物的生活”主题,从生态系统自我调节能力和光合作用的角度认识碳中和与碳达峰的意义,该目标的实现离不开化学的支持。

2022版课标基于“物质的性质与用途”主题,利用二氧化碳、燃料等知识内容讨论低碳行动。“基于碳中和理念设计低碳行动方案”案例的大概念统领的内容结构,以化学与环境问题的解决思路作为整体框架,围绕核心素养目标确定了元素观和变化观并铺设了有逻辑结构、序列化的问题驱动和学习活动,搭建碳循环模型,体现在从直接应用二氧化碳的性质提升至寻找吸收和转化二氧化碳的具体措施并综合考虑其效果、成本和对环境的影响。使学生认识碳中和基本原理、内涵及其意义,理解碳中和方案蕴含着天地万物各得其所、各遂其生的思想,理解人与自然和谐相处的生态自然观(如图2所示)。

图2 “碳中和”跨学科实践体现的学科整合特征

(二)以素养导向目标为依托,促进深度学习于过程中

跨学科学习倡导素养导向的综合性深度学习,旨在基于论证的科学实践融合批判性思维和创新性思维,唯有将跨学科主题、学科观念、学科思维建立起深刻联系,使学生在探究过程中以体现学科本质的方式处理课堂问题,得出自己的见解才是跨学科学习的初衷和使命。

基于特定需求设计和制作简易供氧器、微型空气质量“检测站”的组装与使用、水质检测及自制净水器三个产品制作类跨学科实践,需要符合工程问题解决的思路。围绕“研究对象和载体是什么?”“体现哪些主题大概念及核心知识内容?”“涉及哪些跨学科内容?”“解决问题的思路和方法是什么……”让学生经历界定任务、建构模型、制作作品、发布作品四大核心活动,有意识地应用相关化学核心知识和多个学科的相关知识,应用技术与工程的方法综合分析和具体解决真实的问题。

以“基于特定需求设计和制作简易供氧器”为例,素养导向目标应着眼于学科间关联性强的内容、技能和方法,关照社会特定需求,促进学习内容结构化,让学生从科学、社会和个人等多元视角观点与价值观中论述自己的观点,明确任务和限定条件,确定供氧器的使用环境和对象,创造新产品。让学生学会以理性、综合、创新思维解决问题,发展批判性思维和做出价值判断的决策能力(如表2所示)。

表2 “基于特定需求设计和制作简易供氧器”素养导向目标

(三)以实践问题解决为导向,融合核心知识和学生必做实验

问题解决能力是学生在复杂的现实世界中得以生存与发展的重要能力。引入实际生活情境问题,融合核心知识和学生必做实验,鼓励开展适切的活动式、探究式、开放式为导向的多种教学策略,引导学生主动对跨学科素材进行自主分析,与同伴合作交流,发现问题、理解问题,关注学生问题解决过程。通过有目的的行动、交流和反思,使学生在动手制作、创意设计、调研访谈、展示表达、方案评价、反思改进等多样化活动中进行严谨的化学学科思维与表达,积累丰富、积极的跨学科学习活动经验,实现问题解决过程与核心知识获得,以促进学生批判性思维和跨学科思维的发展,形成新的跨学科理解。

以“基于碳中和理念设计低碳行动方案”为例,融合学生必做实验,设计实验研究CO2的性质,吸收试剂及效果,感受CO2的产生、捕捉、循环与封存(如图3所示)。

图3 跨学科实践活动与学生实验活动的结合

设计驱动问题与核心活动,引导学生在调查探究、设计制作、模型建构、创新创造的过程中综合运用跨学科知识,通过面对面交流,分享低碳行动方案、改进思路和跨学科实践收获,利用CO2的性质对其进行应用或借助自然界的力量促进其转化,将人为过多排放的CO2再通过人为的方式吸收、转化,引导学生融合多学科知识,培养学生分析、综合、创新、批判等思维和认识能力(如表3所示)。

表3 驱动问题与活动任务

展示人类活动的温室气体排放量占比图[9](参见图4)和2019—2050年全球能源结构的变化趋势图[10](参见图5)。展示二氧化碳的产生途径。介绍李灿院士团队攻克全球首套千吨级“液态太阳燃料合成示范项目”,马延团队在人工合成淀粉方面取得重大突破,综合探讨我国达到碳中和目标的方案措施,达到碳循环的自然方式与人为方式的双重动态平衡,不断提升学生的问题解决能力和实践创新能力,培养学生的民族自豪感和家国情怀。

图4 源于人类活动的温室气体排放量占比

图5 2019—2050年全球能源结构的变化趋势

(四)以真实表现为评价依据,促进学生跨学科思维发展

跨学科实践活动应将评价持续且实时地镶嵌于过程和结果之中,以各种正式与非正式的方法搜集关于学生理解与表现的证据,用来判断学习任务与活动是否在为达成目标服务、达到目标的程度如何及如何最有效地实现目标等[11]。结合活动表现,从跨学科创新思维、跨学科创新能力、社会责任感、文化自信和行为物化等表现制定评价标准,充分展现学生问题解决过程中的跨学科思维过程和跨学科理解程度。

以“基于碳中和理念设计低碳行动方案”为例,依据制定的目标开展多元评价标准,探讨实现碳中和的途径——体验搜集证据、证据有效性识别、论证与推理、决策制定等一系列科学技能和方法,理解科学知识、实践和社会责任(如表4所示)。

表4 评价标准

四、结语

跨学科实践活动是一种融知识综合与问题解决为一体的深度学习方式,是素养时代课程整合的重要实施途径[12],凸显学科育人价值。这对教师的教学能力提出很高的要求,既需要发挥教师的多学科整合、规划、设计和协调能力,又需要发挥教师跨学科实践设计者和支持者的作用;既需要掌握精通的专业知识、专业技能,又需要掌握跨学科实践知识和现代教育技术;既需要很好地驾驭跨学科实践课堂,又需要培养学生的主体合作意识、问题解决能力[13];既需要制定完善教学评价体系,又需要养成跨学科实践反思能力,全面审视与省思实践内容设计、教学方法选择、教学行为表现和教学结果反馈等,以提升跨学科教学素养能力。尊重并彰显化学学科的独特性,体现化学学科的精气神,有待我们在教学实践中不断研究。▲