學科交叉視域下化學教學研究
——以基本營養(yǎng)物質(zhì)“蛋白質(zhì)”為例

李 慧，字 敏

(云南師范大學化學化工學院，云南 昆明 650500)

學科交叉是指研究、融合并建立兩門及兩門以上學科的有關(guān)理論及實踐之間的有效聯(lián)系[1]。學科交叉符合新時代高中化學“素養(yǎng)為本”教學需要，打破關(guān)聯(lián)學科之間隔閡，在項目問題的解決過程中使學生面對真實情境問題能進行綜合思考，進而分析解決問題，將化學學科核心素養(yǎng)落地。

1 當前教學困境

1.1 學科自身邏輯固化思維

當前,普遍采用的分科教學雖能使學生快速獲取系統(tǒng)性的知識，然而學生解決實際問題時通常需要綜合性的知識，往往涵蓋多學科、多視角的知識。自然學科自身獨有的邏輯體系，使得學生思維僵化，將生活與知識完全分割，從而難以整合知識線索，并缺乏全面認識問題的能力。例如，2018年全國卷Ⅰ理綜試題第八題B選項：酶是一類具有高選擇性催化性能的蛋白質(zhì)。出題者判定此選項正確，但從高中生物視角判斷卻是錯誤的，因為生物中酶與蛋白質(zhì)并不等同。固化的學科邏輯弊端可見一斑。

1.2 教師認知偏差

化學選擇性必修教學版塊的出現(xiàn)，在一定程度上拓寬了教師教學的內(nèi)容，加重了教學負擔，因此大部分教師將“學科交叉”停留在紙上談兵階段，尚未付諸行動；而少部分已經(jīng)開始將“學科融合”理念與實踐相結(jié)合的教師，則遭遇“評價危機”[2]。盡管學科交叉的知識層面仍可采取傳統(tǒng)的教學評價，但對于能力評價層面難以形成符合交叉學科特點及發(fā)展規(guī)律的評價體系，無法對學生能力的反饋進行解讀。

2 學科交叉教學策略

2.1 模糊學科界限并組織跨學科大概念

優(yōu)秀學習者應(yīng)當是無顯著分界感地學習知識，并無意識地使用不同來源的知識，使得解決問題的過程就是知識的再創(chuàng)新[3]。教師作為學習者學習的引導者，應(yīng)積極接受在職教育，自覺探索模糊學科界限的可能性，增強自身跨學科素養(yǎng)，引導學生獲得無明顯學科界限的通用方法能力。

學科大概念指的是具有聯(lián)結(jié)性、整合性，以及遷移性特點的，能在多學科中均具有解釋力的各學科共同概念[4]?，F(xiàn)階段大單元教學趨勢下學科大概念尤為重要。為打破學科壁壘，學科交叉教學下的教師需要組織跨學科大概念。

2.2 設(shè)計跨學科評價

有效教學評價，能反作用于教學，促進交叉內(nèi)容的教學向良性方向發(fā)展，但目前權(quán)威評價框架尚未面世，因此傳統(tǒng)紙筆測試的更新變革不可忽視[5]。例如，2021年的廣東高考卷單選題第八題中提到，鳥嘌呤是一種有機弱堿，借此考察鹽的水解及電離平衡。相較于早期的高考卷試題考察，現(xiàn)階段越來越多的試題趨向于將多學科知識進行交叉融合，借此考察學生的能力。

3 學科交叉教學設(shè)計——蛋白質(zhì)專題

3.1 素養(yǎng)分析

蛋白質(zhì)專題需要落實的高中生物及化學學科核心素養(yǎng)見表1

3.2 教材分析

人教版高中生物及化學教材中“蛋白質(zhì)”內(nèi)容交叉見表2。

3.3 學情分析

知識基礎(chǔ)：高中生物必修一第一單元第三節(jié)已掌握蛋白質(zhì)的基本組成單位氨基酸、蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)及部分蛋白質(zhì)的化學性質(zhì)，包括脫水縮合及利用雙縮脲試劑檢測蛋白質(zhì)，但學生缺乏相關(guān)有機化學知識支撐，對蛋白質(zhì)的化學性質(zhì)的學習停留在淺層次。

能力基礎(chǔ)：高二學生已具備一定的邏輯思維能力、自主探究能力，以及小組合作能力。

表1 蛋白質(zhì)版塊需落實的高中生物及化學學科核心素養(yǎng)

表2 人教版高中生物及化學教材中“蛋白質(zhì)”內(nèi)容交叉

3.4 教學及評價目標

3.4.1 教學目標

一是通過探究牛胰島素結(jié)晶的合成過程，建立蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能用途的關(guān)聯(lián)；二是通過檢驗牛胰島素結(jié)晶是否合格，初步形成基于物質(zhì)結(jié)構(gòu)對預測性質(zhì)的認識模型；三是通過工廠擴大蛋白質(zhì)生產(chǎn)的方向設(shè)計，進一步增強社會責任感。

3.4.2 評價目標

一是通過交流和點評牛胰島素結(jié)晶合成過程，診斷并發(fā)展學生認識思路的結(jié)構(gòu)化水平；二是通過對牛胰島素結(jié)晶蛋白質(zhì)的相關(guān)檢測，診斷并發(fā)展學生實驗探究的水平;三是通過對常見蛋白質(zhì)的歸類分析，診斷并發(fā)展學生對化學價值的認識水平。

3.5 教學流程

具體教學流程見圖1。

3.6 教學過程

具體教學過程見表3。

表3 教學過程

表3(續(xù))

4 結(jié)語

1)多學科交叉融合，不限于化學與生物

化學學科作為重要基礎(chǔ)學科，涵蓋大量跨學科知識內(nèi)容，不僅僅局限于生物學科，多類理工科知識均能用于進行學科交叉設(shè)計[6]。如數(shù)學學科是解決理工科問題的重要工具，利用數(shù)學工具優(yōu)化化學重難點知識，能更好培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識，部分化學定義能使用數(shù)學表達式進一步清晰表達其內(nèi)涵及運用。例如，物質(zhì)的量版塊利用數(shù)學表達式能極好地連接宏觀與微觀世界，幫助學生建立化學模型。同時利用立體幾何數(shù)學知識建構(gòu)分子結(jié)構(gòu)，利于學生判斷陌生物質(zhì)結(jié)構(gòu)及原子共面情況。物理學科深刻影響化學學科發(fā)展，通過化學史發(fā)現(xiàn)，眾多物理知識成為化學發(fā)展的基礎(chǔ)。例如，衍射、X射線等為化學學科提供新的研究手段，同時物理中能量守恒定律能用于解釋化學熱力學知識內(nèi)容[7]。

2)開發(fā)學科交叉校本課程

人教版高中化學教學基本安排于高一下學期與高二上學期，但與之相對應(yīng)生物知識卻安排在高一上學期，因此部分化學教師對交叉內(nèi)容陷入兩難的局面：部分認為應(yīng)跳過重復內(nèi)容，避免時間浪費；而部分教師學情分析不全面，難以把握相關(guān)生物學知識的講解難度。因此依靠學校力量，對目前高中化學及高中生物教材知識內(nèi)容順序進行調(diào)整，制定校本教材，開發(fā)跨學科校本教材及課程，實施跨學科教學[1]。