促進智慧生成的跨學科交互教學策略

黃丹青：福建省普通教育教學研究室教研員、特級教師、正高級教師，教育部首屆基礎教育教學指導委員會化學專業委員會委員，中國教育學會化學教育教學專業委員會副秘書長，“十四五”中小學幼兒園教師國家級培訓計劃專家。近年來，承擔了多項國家級、省級科研課題研究工作，獲得福建省教育教學成果獎一等獎，同時，深入研究考試評價，參與福建省中高考化學試卷命題、評價工作。近年在《化學教育》《中學化學教學參考》等刊物上發表論文70余篇。堅持成果導向，以學生為中心，培根鑄魂，立德樹人。從“云端”到“地面”，構建教、學、評設計方法，創設真實的學科情境、生活情境和學術情境，引發學生認知沖突，引導學生在解決問題的過程中建構學科思想方法，提升素養，增長智慧。

教師開展跨學科實踐活動需要創新教學思路與方法，激發學生潛能，引領他們增長智慧。在信息技術的支持下，筆者堅持智慧教育理念，構建信息技術和跨學科實踐活動相融合的智慧學習環境，突破課堂時空限制，創建新的教學形態，探索學習目標、學習內容、教學關系、評價方式和信息技術的最佳匹配，使教育更具智慧。

一、信息時代跨學科實踐與智慧教育相輔相成

跨學科實踐活動是學生在符合認知規律的獨特而相互聯系的任務驅動下，有效利用資源，貫穿課前、課中和課后，綜合運用多學科知識，為達成某一主題領域或實現一個特定目標而參與的學習活動。《義務教育課程方案和課程標準（2022年版）》規定義務教育階段各學科用不少于學科總課時的10%開展跨學科主題學習（實踐）活動。《義務教育化學課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”）倡導教師創設條件開展跨學科實踐活動，引導學生利用信息技術自主學習，實現“做中學”“用中學”“創中學”。

信息時代，人們處在一個具有無限邊界、無限容量和無限關聯的信息場域。教育領域，學校教學變革方興未艾，教學環境創設、教學資源獲取、教學組織結構和學生學習方式都在轉變。如何設計跨學科實踐活動，構建信息技術和跨學科實踐活動相融合的智慧學習環境，拓寬知識獲取渠道，創生新的教學形態，實現學習目標、學習內容、教學關系、評價方式和信息技術的最佳匹配，使不同學生的認知加工視角在“輸入端（學什么）→加工端（怎么學）→輸出端（學得怎么樣）”三個維度中均獲得適切的個性化服務，讓教育成為充滿智慧的活動，這是教師應高度關注并探索解決的問題。

智慧教育是教育信息化的新境界、新訴求。信息時代，智慧不僅包含心理學意義上的“聰敏、有見解、有謀略”，而且包含信息技術層面的“智能化”。教師要破除傳統教學思維的桎梏，轉變教學觀念，尊重學生的個體差異，為學生創造更多的思考機會和發展空間，促進學生智慧生成與增長。化學教師以培養學生關鍵能力為導向開展跨學科教學，需要智慧還得勇于創新，做好以下三點。一是設計智慧教育目標，在實踐過程中滲透變化觀念和平衡思想，凸顯化學學科特質；開展有意義的、真實的探究活動，培養學生的創新意識；引導學生獨立思考、勇于探索、大膽嘗試，解決人類生存問題和環境問題，培養學生的科學態度與社會責任感。二是通過技術創新，為學生提供具有交互性、關聯性和開放性的活動情境，創設智慧學習空間，提高學生的動手、動腦能力，重構認知結構。三是借助信息技術，通過方法創新，綜合運用多種教學策略，構建智慧教學生態，進而提升學生的科學思維（如分析性思維、創造性思維、應用性思維），造就智慧人才（如圖1）。

二、跨學科智慧教育的四大交互策略

跨學科實踐與生成智慧的交互教學相生相伴，具體來說有四種交互，包括學習觀念交互、學生與學習資源交互、學生與界面交互，以及協作共同體之間交互。筆者嘗試對學生的學習行為、學習過程和學習評價數據進行深度挖掘，設計適應學生差異性的個性化教學方案與策略，因材施教，造就智慧人才。下面以“探討汽車燃料變遷”跨學科實踐為例，從科學方法論和價值觀的視角，關注學科間的關聯及實踐中構建與運用知識的具體過程，形成旨在促進學生智慧生成的教學策略（如圖2）。

（一）構建跨學科認知結構，促進觀念交互

智慧教育的真諦是通過構建技術融合的學習環境，讓教師施展高效的教學方法，讓學生獲得適宜的個性化學習服務和美好的發展體驗，使其由不能變為可能，由小能變為大能，逐漸成為具有良好的價值取向、較強的行動能力、較好的思維品質、較大的創造潛能的人才。

教學中，筆者感知學生對“化學與能源的利用”這部分內容很感興趣，借助搜索軟件，圍繞“汽車燃料變遷”主題，在交互中構建跨學科認知結構，形成有關觀念。筆者引導學生從交通工具（蒸汽火車、蒸汽輪船、蒸汽飛艇，汽車、飛機，地鐵、高鐵等）和相應的動力源（蒸汽機、內燃機、電動機等），以及不同時期汽車燃料的使用、能量轉化等視角，進一步整合物質組成和分類、物質性質和變化、物質燃燒及燃燒條件等化學學科核心概念，認識化學在解決與資源、能源、材料、環境、人類健康等相關問題中的作用，體會化學是推動人類社會可持續發展的重要力量。

從汽車燃料的發展和變遷說開去，綜合運用物理、歷史、地理、工程技術與信息技術等課程中的相關內容，引導學生理解科學、技術、社會、環境的相互關系，構建跨學科知識結構。

倡導科學發展觀，引導學生展望新能源發展前景，了解資源開發、能源利用和材料使用可能影響生態環境，認識綜合利用資源的重要性，知道科學和技術可用于解決社會問題，初步建立應用觀念和方法解決問題的認知結構，樹立綠色化學的基本觀念、人與自然和諧共生的科學自然觀，主動踐行節約資源、環境友好的生活方式，增強民族自信，弘揚愛國主義精神。

從“整合概念獲取知識”到“綜合跨學科知識，構建知識結構”再到“融合觀念，建立認知模型”的觀念交互，教師立足學科知識又超越具體知識，引導學生逐步實現核心觀念的結構化。

（二）引導學生探索未知，驅動問題交互

課堂內外問題紛繁蕪雜，化學教師不能單純從抽象的理論體系或分析系統中尋覓方法，而要讓學生學會與問題交互，去實踐、體驗、感悟和探索未知世界，從而獲得新知。各類實踐項目在主題設置和問題交互方面各有千秋：有的項目，教師針對某個化學主題設置與現實相結合的探究情境，用驅動性問題串聯理論、概念和元素化合物知識，建立思維模型和科學的認知方式；有的項目，教師融合多個化學主題，引導學生參與體驗式活動，運用已有知識、觀念和思維方法，以“宏—微—符”三重表征的方式探究物質及其變化規律，嘗試解決生產、生活中的問題；有的項目涉及跨學科知識，教師從科學、人文、技術、社會、環境視角，引導學生認識環境保護、食品安全、公共衛生等對促進人類文明的重要性。筆者綜合分析比選后，確定以“汽車燃料變遷”為主題開展實踐活動，學生對此充滿好奇，提問之多出乎意料。筆者利用問題交互策略，引導學生共同分析、搭建邏輯清晰的問題主框架以驅動后續實踐。

對于“汽車燃料變遷”，筆者設計了指向跨學科知識、化學學科知識、社會議題的問題串。

跨學科問題：蒸汽機如何為汽車提供動力？第一代、第二代內燃機汽車的燃料有何不同？中國在20世紀60年代就有煤氣內燃機汽車（布袋汽車），為什么布袋汽車沒有普及？當前我國道路上有幾種顏色的車牌？哪些是新能源汽車？

化學學科問題：煤油、汽油、柴油從何而來？煤是復雜的混合物，煤是怎么形成的？什么是煤的干餾？煤干餾后的產物是純凈物還是混合物？從煤含有的主要元素中可推測煤直接燃燒的產物中主要有哪些物質？煤燃燒是否對空氣造成污染？什么是石油分餾？石油危機時期，汽車代用燃料是什么？這些代用燃料各有哪些優缺點？

社會議題：什么是“碳中和”與“碳達峰”？什么是“低碳行動”？如何落實“低碳行動”？根據環保要求，未來汽車可能用何種能源？等等。

（三）突破課堂時空限制，實現資源交互

地球上幾乎所有東西（任何物理對象、過程或者系統）都可以被感知化、互聯化和智慧化。學生在跨學科活動中解決相關社會議題，面臨較大挑戰。例如，在上述活動中，初中生較難理解“煤的干餾”和“石油分餾”的本質區別、內燃機與外燃機工作原理的異同，以及“碳中和”“碳達峰”與人們生活有什么必然聯系，等等。以互聯網為代表的信息技術的應用促進了資源交互和信息互聯互通，為學生認知能力的發展提供了有效路徑：首先，教師利用互聯網查閱相關信息資源，通過智能推送系統設計分層的任務計劃，利用電子書包設置任務并用云平臺群分享功能快捷地分配任務，做到目標清晰、分工明確；其次，小組成員根據自身特點承接具體任務，落實職責，共同為實現目標努力；然后，教師根據學情調研情況，讓學生自主選擇、收集相關資料，完成學習任務，通過信息平臺反饋效果，借此清晰了解學生質疑、思考、解疑及智慧與經驗生成的過程；最后，教師利用云筆記和云平臺系統，針對學生需求適時推送學習資源，在交互式電子白板的助力下，讓學生高效地投入學習，最終將小組成果和個人貢獻及總結表述進行可視化呈現。

信息技術的應用和資源的交互使學生的學習事半功倍。學生觀看蒸汽機汽車工作視頻，了解世界上第一部汽車（蒸汽機汽車）所使用的燃料，理解蒸汽機汽車的工作原理（煤燃燒使水變成水蒸氣，大量水蒸氣推動氣缸活塞做功）及其能量轉化原理（化學能→熱能→機械能），知曉相關物質的性質、類別、轉化及應用，探究為何瓦特發明的蒸汽機汽車最終沒有問世。學生學會分析煤及煤的干餾產物、石油的組成及石油分餾產品，從元素守恒角度推斷物質的種類，分析其燃燒生成的產物，進一步理解物質燃燒的條件、物質（或能量）轉化原理。學生上網查找世界石油危機、中國石油工業發展史資料，認識到燃燒化石燃料會導致環境污染和資源浪費，強化了珍惜資源、保護環境觀念。學生觀看教師推送的“柴油機與汽油機的構造”視頻，分析汽油機與柴油機的點火方式的異同及原因，了解內燃機與外燃機、汽油機和柴油機工作原理，運用分類、比較、分析、綜合和歸納等科學方法，感受物理、化學、歷史知識在分析問題、解決問題中的作用。學生研讀中國汽車業、中國石油工業發展歷史，認識到科學技術的應用要考慮社會和環境影響，增強了保護生態環境的責任意識。

（四）創設思維碰撞情境，優化協作交互

教師開展跨學科實踐活動，引導學生協作解決問題，有利于學生在研習中生成、增長智慧。學生參與跨學科交互學習活動，離不開信息技術的支持，離不開學生間和師生間的協作與交互。教師搭建腳手架輔助學生學習、思考，實時使用搜索引擎和數據統計系統，記錄、跟進學生的合作學習過程，精準掌握學情，科學決策：根據學生在實踐活動中的行為進展程度，了解內容的難易、資源的類型與品質；根據學生的行為表現，分析確定學習方式是個體建構還是群體建構，為學生的智慧生成提供個性化的探究空間；根據學生階段性學習結果，界定新任務、活動場域，實時發現問題，進行點撥和評價，有效把控實踐活動的方向和進度；根據學生發現、提問、抉擇、構想、分析和歸納的水平和層次，實時點撥，讓他們基于事實進行證據推理和模型建構。

此外，學生在交互學習過程中思維水平不斷提升。學生在實踐活動中提出問題，建立、使用模型，設計、實施調查研究，分析、解釋數據，利用數學和計算思維進行建構、解釋，基于證據進行論證、評估，交流信息，協作學習逐漸走向縱深。例如，有的小組了解到18世紀的蒸汽機（外燃機）汽車以煤為燃料，有的小組上網搜索資料了解到19世紀的內燃機汽車以汽油、柴油為燃料，有的小組對20世紀以甲烷、醇類等為代用燃料的汽車感興趣，有的小組探尋21世紀低碳、環保的綠色新能源電動汽車使用何種燃料，并從中提取核心知識，嘗試分析、解析實際問題。各種思維碰撞、匯聚在一起，就是一幅以汽車燃料發展時間為主軸的歷史畫卷。

三、智慧教育呼喚新型師生關系

《教育信息化十年發展規劃（2011—2020 年）》指出：“探索現代信息技術與教育的全面深度融合，以信息化引領教育理念和教育模式的創新，充分發揮教育信息化在教育改革和發展中的支撐與引領作用。”智慧教育呼喚新型師生關系。學校構建和諧共存、互賴互助的師生關系有利于學生智慧成長。

從教師教學層面上說，信息技術的應用使教學如虎添翼，但“真正好的教學不能降低到技術層面，真正好的教學來自教師的自身認同和自身完整”（帕克·帕爾默）。從學生學習層面上說，“理想的學習，來自學習者能夠識別出他在學習情境中必須適應的因素，以及他可以根據自己的志愿加以控制的其他因素”（泰勒）。

傳統的化學課堂上，教師過于看重知識講授，教師和學生的關系只是“授”和“被授”的關系。在信息技術支持的跨學科實踐活動中，平等合作的課堂氛圍使得教師和學生的身份差異悄然淡化。一方面，教師利用互聯網思維和大數據等信息技術，以觀念、知識、技能、經驗和方法等為載體，預設理論與實踐結合的數字化教學模式。另一方面，在實踐活動中，師生共同設計方案，解決學科情境中的科學問題（即擁有知識）、生活情境中的現實問題（即運用知識）和學術情境中的學術問題（即創造知識）。學生在探究中學習，在學習中探究，在內化、聚合和聚焦的感悟中不斷提升用化學解決問題的能力，提高科學思維能力，在遷移與運用知識中提升素養。

總之，信息技術與教育教學將深度融合。網絡學習互動平臺、智能工具的應用為學生開辟了自主合作、交互探究、個性化學習的新天地，也為跨學科實踐活動的開展帶來了新的機會和可能。如此，融入智慧生成觀念開展教學活動，必將培育有智慧的學生，成就有智慧的教師。

責任編輯：祝元志