化学跨学科项目实践活动的设计与实施

摘要：针对当前义务教育阶段开展跨学科实践教学的需求，以化学课程为例，对跨学科主题教学进行探索。通过概述和分析化学跨学科项目实践活动的内涵特征以及价值指向，构建跨学科项目实践活动的设计思路与方法，并探讨实施策略。以“自制净水器”为例，阐释设计思路与实施策略的有效性与可行性。以问题导向和情境体验为基础，整合多学科视角，引导学生通过亲历实践、具身体验，深入地理解复杂的化学问题，从而为深化化学跨学科项目实践活动的理论与实践提供有益的见解，为未来的教育实践和研究工作提供参考。

关键词：跨学科教学；项目式教学；化学课程；核心素养

2022年4月，教育部印发了《义务教育课程方案（2022年版）》（以下简称《课程方案》），强化了课程的育人导向，优化了课程内容结构。《课程方案》提出“设立跨学科主题学习活动，加强学科之间的相互关联，推动课程综合化实施”，要求各门课程使用不少于10%的课时开展跨学科主题学习活动。

《义务教育化学课程标准（2022年版）》（以下简称《化学课程标准》）设置了“微型空气质量‘检测站’的组装与使用”“制作简易供氧器”“自制净水器”等10个跨学科实践项目供教师选择使用，并鼓励教师自主研发跨学科项目并开展实践活动。跨学科教育通过打通不同学科之间的知识壁垒，实现多学科知识的交叉与融合，从而更好地提高学生综合运用知识能力和解决复杂问题的能力，是培养创新型人才的重要手段。然而，目前部分教师在设计跨学科项目实践活动时仍然存有一些疑问。鉴于此，本研究试图明确化学跨学科项目实践活动的内涵和价值指向、探索化学跨学科项目实践活动设计的思路与方法，并探讨化学跨学科项目实践活动的实施途径与策略。

一、化学跨学科项目实践活动的内涵及价值

（一）内涵特质

化学跨学科项目实践活动是从学生的基础、体验和兴趣出发，围绕特定的研究项目，以化学课程内容为主干，运用并整合其他学科知识和方法，指向化学核心素养养成的一种综合教学方式。化学跨学科项目实践活动具有以下几个方面的特征：一是立足学科基础，以化学知识为主要内容，确保对化学观念和思维方法的系统性学习；二是关注知识整合，综合运用其他学科知识和方法为化学课程服务，拓宽化学学科视野，强化跨学科研究能力；三是以具身体验为着眼点，通过情境化的项目实践推动化学观念养成、科学思维建立、科学探究能力提升、科学精神培育，使化学核心素养通过具体经验转化为内在能力；四是以物化的学习产品（如实施方案、模型、产品等）为基本学习成果，通过项目研究、设计、制作等活动，实现对化学知识的内化运用与外化呈现。

（二）价值指向

化学跨学科项目实践活动具有综合性和实践性的特点：一方面，它弥补了义务教育阶段实践性课程的缺失，通过让学生运用所掌握的化学知识和技能进行实践操作，促进学生对化学知识和概念的深入理解；另一方面，它将化学知识与生物学地理等其他学科内容结合，在解决实际问题的过程中实现学科有效融合，让学生以更加宏观和全面的视角掌握化学规律，实现单一学科教学难以达成的教育目标。

1.掌握丰富的化学知识

化学跨学科项目实践活动通过设计真实的情境，使抽象的化学知识具体化和场景化，加深学生的理解。在整个探究实践过程中，学生整合、运用化学知识解决实际生活中的真实问题，使化学知识的应用价值最大化。同时，学生主动思考，形成对化学关键概念和原理的深度理解，掌握化学的思考方式，从而形成更加丰富、立体的化学知识体系。

2.经历参与性的亲身体验

化学跨学科项目实践活动通过设计问题情境，让学生亲身参与化学探究活动，形成直接的学习经验。在实际操作中，学生利用所学的化学知识和技能进行仪器操作、数据收集、实验设计等，在教师的指导下探究研究问题。这种“做中学”的过程使抽象的化学知识具体化，学生通过观察、比较、实验等方式，加深对化学规律的理解与认识。同时，化学作品的制作也会激发学生主动探究化学知识的兴趣，培育其科学探究精神。

3.批判性的化学思维

化学跨学科项目实践活动需要学生运用所掌握的化学知识和方法，结合其他学科视角，主动分析和解决与实际生活相关的复杂问题。在问题解决的过程中，学生提出问题，并对复杂问题进行分解，构思解决方案。在获取和处理信息、评估方案可行性、最终选择并检验解决方案的每个步骤里，学生都要发挥批判性思维。学生需要不断质疑已有结论，以寻找更好的解释，并在整合多学科视角的基础上，形成系统的分析和创新性解决方案。这样的学习过程能培养学生独立思考和解决复杂问题的关键能力。

4.指向学生化学核心素养的培育

化学跨学科项目实践活动的最终目标是让学生在解决与化学知识相关的现实问题时，综合运用所学的化学知识，提高化学核心素养。这些素养主要包括：掌握化学基本概念原理作为分析问题和推理的基础，运用科学的思维模式设计解决方案，融合多学科视角拓宽化学视野，完成具有创新意义的研究工作，在整个过程中体现科学精神，并提出有效的解决方案等。这些都是评价学生化学学习效果的重要指标。因此，跨学科项目实践活动为培养学生的化学核心素养提供了理想的实践条件和应用场景。

二、化学跨学科项目实践活动的设计思路与方法

在跨学科项目教学中，教师以任务驱动、学科融合、学生参与、持续探究、产品导向和评价引领为基本要素，提出化学跨学科项目实践活动设计思路，如下页图1所示。本研究以“自制净水器”项目为例，从实践层面检验化学跨学科项目实践活动设计框架的可行性。该项目综合运用地理、生物学、物理等多学科的知识视角，对水污染及水体净化这一重要的环境和化学问题进行研究，培养学生的环境保护意识和环保行动能力，同时通过实践探究提高学生对化学反应、物质构成与性质变化等基本知识的理解与运用。

（一）聚焦任务群大概念，生成跨学科项目

大概念是学科课程的核心，能够精练和结构化纷繁的课程内容。《化学课程标准》设置了“物质组成与结构”“物质性质与应用”“化学反应与能量”等大概念，教师可基于这些大概念设计融合多学科知识的项目实践主题。例如，以“物质的变化”为大概念，生成“自制净水器”跨学科实践项目。该项目既包含化学反应原理等知识，也涉及材料科学、环境科学等学科，实现化学与其他学科的有效融合。通过聚焦任务群大概念，教师可以确保项目主题和内容系统化，为后续的目标确定、情境创设、活动设计等奠定基础。

（二）依据项目内容，确定教学目标

教学目标的制定要紧扣项目内容，明确反映学生经过项目实施后在化学观念、科学思维、探究精神等方面的变化。首先，教师需要分析项目所涉及的化学知识点，如在“自制净水器”项目中需要掌握元素、化合物、混合物、化学反应等知识。随后，教师需要确定学生应掌握的技能，如设备操作、数据收集、材料加工等。最后，教师需要明确学生的能力，如问题定义、方案设计、动手制作、团队协作、勤奋严谨等。在此基础上，教师制定系统的知识目标、过程方法目标和情感态度目标，且目标的确定要兼顾化学与其他学科知识，并关注知识、技能和素养的有机统一。

（三）创设实践场域，提供学习支架

化学跨学科项目实践活动需要在特定的教育环境中开展，教师要提前规划和创设适宜的实践场域，根据项目内容选择实验室、工厂等场所，既能满足任务探究的需要，也能确保学习环境的安全性。例如，在开展“自制净水器”实践活动时，教师可以选择学校实验室或者净水设备工厂等场所，既能满足学生动手制作和测试的需要，也能确保学习环境安全。面对新的环境，学生可能会不知所措，教师应提供必要的学习支架。比如，学生在制作和测试过程中遇到技术问题时，教师应给出适度提示，避免学生陷入迷茫状态。

（四）关注真实问题，创设问题情境

化学跨学科项目实践活动需要关注真实问题，创设相关的情境，使教学内容与学生生活经验产生有效联结。教师要选择与学生生活密切相关的主题。在“自制净水器”项目实践活动中，教师可以设置生活中存在的水源污染等问题情境引发学生思考。这种真实复杂的环境问题，既能激发学生的学习兴趣，也能检验他们运用化学知识解决问题的能力。然后，在项目实践中，学生可以调查收集水质检测数据，运用所学的化学知识分析结果，并动手制作简易净水装置。

（五）序列化实践活动，提炼制作方法

化学跨学科项目实践活动需要设计序列化的实践过程，使学生按照科学探究的步骤开展活动，通常包括提出问题、制定方案、实施方案、总结反思等环节。在“自制净水器”项目实践中，首先，学生提出净水器的设计方案，选择设备和材料，考虑变量控制和结果检测。在教师的指导下，学生组装装置，进行实验操作与收集数据。其次，学生对数据进行分析处理、解释结果、检验假说，通过总结提出改进措施。这样的序列化活动既训练了学生的科学探究能力，也检查了他们对化学知识的理解和运用水平。最后，教师通过总结与反思，促进学生提高科学探究能力。

（六）开展表现性评价，发挥评价功能

表现性评价通过对外在表现的直接观察，实现对内在能力的间接推测，有助于对内隐的和复杂的能力素养进行评价。表现性评价符合化学学习的应用性特点，使评价成为检验和提高学生科学探究素养的有效途径。表现性评价注重学生在真实情境中的表现，如在“自制净水器”项目实践中，教师可以评价学生的方案设计、操作示范、水质检测、效果比较等活动过程。教师需要设计具体的评价维度，判断学生对化学反应变化和材料选择原则的理解及运用程度。这种过程性评价不仅可以判断学生的学习效果，更能促进学生提升知识运用和改进方案的能力。

三、化学跨学科项目实践活动的实施途径与实施策略

（一）实施途径

1.在化学知识教学后开展项目实践活动

教师在化学知识教学之后安排项目实践活动，可以让学生巩固并运用所学知识。以“自制净水器”项目为例，教师在教学有关水的基本性质、水的净化技术等核心化学知识后，开展净水器制作实践，引导学生运用所学知识解决实际问题。首先，教师引导学生思考并讨论当地水质问题或特定环境中的水污染问题。其次，教师构思解决方案，引导学生设计净水器制作方案。教师提供必要的指导，帮助学生理解项目的目标和要求。学生在掌握化学知识的基础上制作净水器，经历运用所学知识解决实际问题的过程。最后，教师开展反思与总结，引导学生讨论他们在实践中遇到的问题、解决方法以及项目对于加深化学知识的理解有何帮助。教师将项目实践活动安排在核心内容教学之后，能促进学生在实际项目中应用和巩固所学的化学知识，提升学生的问题解决能力。

2.将化学知识融入项目实践中

教师将实践项目作为一个独立的学习单元，将核心知识融入项目实践中，替代传统的教学方式。这一教学策略突破了传统的课堂教学模式，将学科知识变成完成实践任务的手段和工具，为学生创设更具体、真实的学习情境。围绕“自制净水器”这一实践项目，首先，教师通过创设真实问题情境，让学生直接面对和解决真实生活中的水质问题，激发学生对化学和环境科学的兴趣，使他们积极主动地投入学习。其次，学生在实践中的努力和成果将直接影响问题解决的实际效果，从而增加其学习的真实感和成就感。最后，教师通过让学生亲身体验净水器的制作过程，使其感受理论知识在实际中的应用价值，从而加深对水的性质和净化技术的理解。教师采用项目实践替代新课教学，不仅加深了学生对水质相关知识的理解深度，还提升了学生的问题解决能力和跨学科思维能力。

3.多学科教师合作，开展跨学科实践活动

教师之间的合作可以为学生提供更广阔的视野，让他们认识到各学科知识不是孤立存在的，而是相互联系的。跨学科合作不仅能够丰富学生的知识，还有助于培养其跨学科思维，使学生在未来能更好地解决其所面临的复杂问题。例如，在“自制净水器”项目中，物理教师可以教学有关水的物理性质、解释过滤和净化的基本原理，以及相关的物理现象等知识；生物学教师则可以教学有关水质和微生物学的知识，帮助学生了解水中微生物对水质的影响，并指导他们在净水器设计中考虑这些因素；在涉及浓度计算和数据分析方面，数学教师可以为学生提供必要的数学支持。

（二）实施策略

1.全面系统设计活动目标，提升问题解决能力

化学跨学科实践项目所蕴含的活动目标不仅涉及化学知识的应用，还涵盖诸如环境科学、物理、数学等其他学科领域的知识，以确保活动目标的全面性和综合性。通过设定跨学科活动目标，让学生明确此次项目实践不仅仅是为了制作一个作品，而是要以此为载体，助推他们以多学科融合的视角思考问题，促进其全面发展。跨学科实践活动的目标不仅要关注知识传递，更要注重学生跨学科素养和综合实践能力的发展。通过打破学科之间的壁垒，学生能够更好地理解和应用各学科知识，更好地理解知识的联系，以提高解决问题的能力，并在未来的学习和工作中更为灵活地运用所掌握的知识。

2.基于问题解决逻辑组织活动，实现跨学科融合

在设计项目任务和序列活动时，教师要遵循问题解决的内在逻辑，重点在于引导学生经历解决实际问题的全过程。在这个动态过程中，学生获得相关知识、发展能力素养与增强解决实际问题的能力。这种基于问题的设计，可以自然地实现学科融合，不会出现多学科的生硬拼凑。为实现这一转变，教师需要从以内容传授为逻辑驱动的教学模式转变为以问题解决为逻辑驱动的活动方式。教师要透彻理解问题本身，熟练自如地运用学科理念和方法解决问题，全面了解学生在每个阶段的素养目标。例如，在“自制净水器”项目中，教师需要关注问题解决的逻辑，将问题解决线、知识逻辑线和素养发展线有机结合。具体来说，教师要围绕这个复杂任务，设计一系列步骤明确的活动，这些活动要让学生经历净水器的制作过程。在这个过程中，学生完成数据收集、器材选择、制作测试等任务，最终制成净水器。这种基于真实问题解决的活动设计，可以自然地实现跨学科知识的融合。

3.指向问题解决能力提升的项目实施过程

化学跨学科项目实践活动的实施要考虑两个要素：一是任务的挑战性，教师设置难度适中的问题情境，既能够让学生灵活运用化学知识和方法，又能够发展学生的系统性和综合性思维。二是过程的开放性，要给予学生充分的自主权，让学生在发现问题、解决问题和总结反思的过程中经历真实的问题情境，深刻体验问题解决过程，实现素养的真正提高。例如，在“净水器的制作”项目中，教师通过设计难度适中的任务，引导学生真实且完整地经历问题的发现、分析、解决和反思的全过程，从而提高其解决实际复杂问题的综合能力。

本研究针对当前化学教学改革的热点问题，提出了一套跨学科项目实践活动的设计思路与实施策略。研究结果显示，化学跨学科项目实践教学不仅能促进学科知识的整合、拓宽学生的知识视野，还能为学生提供深入理解复杂化学问题的机会。然而，化学跨学科项目实践活动的设计与实施需要因校制宜，根据不同项目内容特点进行适度调整。未来可以在更多学校进行实证研究，进一步丰富和完善项目设计策略与实施流程。同时，有关部门可以编写和开发适宜的教材和课程资源，制定配套的教学评估方案，建立持续反馈机制。总体而言，本研究为推进化学教学改革、落实化学核心素养的教育目标提供了有益的路径选择和方法支撑。

参考文献：

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（责任编辑：赵春艳）