核心素养视域下高中化学跨学科教学新探索

廖承轩

关键词：水的电离；内环境的稳态；跨学科；呼吸性碱中毒

传统分科教学模式只传授单一学科的知识和经验，学生难以将知识转化为高阶思维以解决实际问题，并在更广阔的现实世界中实现知识的迁移应用。高中化学新课标倡导开展跨学科综合实践活动，帮助学生拓宽视野[1]。跨学科教学根本目的是从发展学生单一学科核心素养转变为发展学生综合的科学素养，通过对真实情境素材社会价值的挖掘，掌握必备知识和关键能力，培养正确的价值观和良好的社会责任感，进一步提升学生的核心素养[2]。

  一、跨学科教学主题的选择

“水的电离”是化学平衡、弱电解质电离平衡的应用和补充，又是学习溶液pH、盐类水解、离子浓度等知识的基础。学好“水的电离”对理解水溶液中电解质的行为有举足轻重的作用。笔者以吵架引起的“呼吸性碱中毒”为情境主题，结合高中生物“内环境的稳态”的知识，将高中化学“水的电离”的知识融入到学生熟悉又陌生的情境中，进行“水的电离”的跨学科教学设计与实施，学生通过完成“了解呼吸性碱中毒”“证明水是一种极弱的电解质”“探究影响水的电离平衡的因素”“制定呼吸性碱中毒的紧急处理和预防措施”等四个项目任务，从“宏观、微观、符号、曲线”等维度理解水的电离，建构清晰的“水的电离”结构化知识体系。打破学科之间的壁垒，培养学生的跨学科探究能力和思维能力。

  二、跨学科教学的实施过程

  （一）了解呼吸性碱中毒

播放“呼吸性碱中毒”的视频：有位青年女性跟家人吵了两句后上不来气，脸麻手麻还抽搐，然后被紧急送往医院救治。观看视频后让学生谈感受并提问，为什么会出现呼吸性碱中毒？结合生物学“内环境的稳态”的相关知识进行分析。

精神性过度通气是呼吸性碱中毒最常见原因，人体过量呼出二氧化碳，导致平衡CO2（g）+H2O（l） H2CO3（aq） H+（aq）+HCO3-（aq）左移，使c（H+）减小，破坏了水的电离平衡，导致人体血液的pH值升高且超过正常的范围，出现中毒的症状。

  （二）证明水是一种极弱的电解质

首先，通过实验测定蒸馏水的导电性，观察到灵敏电流表指针偏转，灯泡不亮的现象，从宏观和定性的角度证实了水是弱电解质；接着，测量蒸馏水的pH值，测得常温下纯水的pH为7.0，即5.56亿个水分子才电离出1个氢离子，从微观和定量的角度进一步证明了，水是一种极弱的电解质，能发生微弱的电离；随后，引导学生用符号表示水的电离：H2O H++OH-，水的电离平衡与之前所学的弱电解质电离平衡具有相似性，同样具有“逆、等、动、定、变”的特点；最后，依据弱电解质电离平衡的相关知识，介绍水的离子积常数Kw，即Kw=c（H+）·c（OH-），Kw只与温度有关，且水的电离过程吸热，因此Kw随温度升高而增大。

  （三）探究影响水的电离平衡的因素

首先，利用数字化实验技术测定纯水的pH值随温度的变化情况，根据实验绘制的曲线，探究温度对水电离平衡的影响；然后，计算室温时不同酸碱度下水电离出的c（H+）或c（OH-），从定量角度更加精准而深入地理解溶液的酸碱性对水的电离平衡的影响；最后，得出结论：温度升高促进水的电离、酸或碱抑制水的电离。

  （四）制定呼吸性碱中毒的紧急处理和预防措施

内环境中的H2CO3/HCO3-缓冲对起着维持人体酸碱平衡的关键作用，激烈争吵过度呼出二氧化碳，导致平衡CO2（g）+H2O（l） H2CO3（aq） H+（aq）+HCO3-（aq）左移，使c（H+）减小，促使平衡H2O（l） H+（aq）+OH-（aq）右移，导致血液的pH超过7.45，引起器官和系统的稳态失调，发生呼吸性碱中毒。

呼吸性碱中毒的紧急处理措施：戴面罩或套袋呼吸，促进二氧化碳的重吸收，缓解呼吸性碱中毒的症状；安抚患者，缓和情绪，患者呼吸频率逐渐下降，呼出的二氧化碳就会逐渐减少，从而减轻呼吸性碱中毒引发的不良反应。呼吸性碱中毒的预防措施：保持心情舒畅，避免心烦气躁、呼吸急促；保持室内的空气流通，防止闭塞的环境导致呼吸不畅、通气过度等。

  三、跨学科教学反思

跨学科主题教学的目的不是为了掌握更多的知识，而是要形成对问题的全局理解，能够从不同的角度和层次去全面理解遇到的问题，从而接近问题的本质，从局部最优解走向全局最优解。尽管跨学科主题教学的落地有不少益处，但目前在实施上还存在一些障碍，例如学校没有跨学科教学的顶层设计，也不能提供相应的教学装备支持等。跨学科教学的发展是一项长期的循序渐进的工作，需要各方的协作配合。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版2020年修訂）[S].北京：人民教育出版社，2020.

[2]黄满霞，秦晋，杨燕等.核心素养导向下的“跨学科-项目式”教学设计——以“我帮稻农选好种”为例[J].化学教学，2020（10）：50-55.

（作者单位：内蒙古民族大学化学与材料学院）