跨學科實踐活動：“銅綠”課堂教學設(shè)計實施和反思

傅永超

（蘇州市景范中學校 江蘇 蘇州 215000）

一、課題提出的背景

現(xiàn)代社會，需要的是“全面發(fā)展的人”，除了能夠?qū)W會學習、健康生活外，還要有一定的人文底蘊和科學精神，并在此基礎(chǔ)上有責任擔當、勇于實踐創(chuàng)新，而核心素養(yǎng)正是這些育人目標的集中體現(xiàn)。2022 年4 月，基于課程核心素養(yǎng)的《義務(wù)教育化學課程標準（2022年版）》頒布，從“雙基”到“三維目標”，再到現(xiàn)在的“核心素養(yǎng)”，標志著教育改革正式進入“3.0時代”。

《義務(wù)教育化學課程標準（2022 年版）》不僅告訴我們要培養(yǎng)學生什么樣的核心素養(yǎng)，更關(guān)鍵的是如何真正地讓“核心素養(yǎng)”落地，規(guī)定了各學科課程用不少于10%的課時設(shè)計跨學科主題學習［1］，旨在通過跨學科實踐活動，培養(yǎng)學生正確的價值觀、必備品格和關(guān)鍵能力。張華教授認為，當前課程標準所規(guī)定的學科核心素養(yǎng)蘊含著跨學科學習，“素養(yǎng)”本身具有整體性、綜合性、跨學科性的特點，而跨學科學習又植根于學科核心素養(yǎng)，兩者相得益彰，實施跨學科學習非但不會犧牲學科思維，反而能更好地實現(xiàn)學科核心素養(yǎng)［2］。

在2011 年版義務(wù)教育課程標準的化學教材基礎(chǔ)上，如何設(shè)計和實施2022年版新義務(wù)教育課程標準要求的“跨學科實踐活動”？這對于一線初中化學教師是一項挑戰(zhàn)。開學伊始，筆者按“滬教版”教材第1章第3節(jié)課題“一、學習化學需要進行化學實驗”中的［活動與探究］欄目，設(shè)計“銅綠”性質(zhì)實驗教學，依托真實問題情境，融合化學、語文、歷史、生物、科學、藝術(shù)等學科內(nèi)容，開展跨學科實踐活動，激發(fā)學生對物質(zhì)世界的好奇心、想象力和探究欲，逐步培養(yǎng)學生科學探究精神和創(chuàng)新意識，增強民族文化自信。

二、跨學科實踐活動：“銅綠性質(zhì)”課堂教學環(huán)節(jié)

由“銅綠”人們自然聯(lián)想到青銅器，它既是我國重要的歷史文化遺產(chǎn)，也是考古學家們的研究熱點之一。在七年級歷史課本上，就展示了兩件國寶級青銅器——后母戊鼎、四羊方尊，利用青銅器表面呈現(xiàn)出的青綠色銹蝕，引出九年級化學教材中的一種重要物質(zhì)——銅綠，并進行深入探索實踐，不僅能夠提高學生學習化學的興趣、豐富化學學科領(lǐng)域知識，而且可以培養(yǎng)學生科學的思維邏輯和方法，增強文化自信。

1.環(huán)節(jié)1 歷史上的青銅器——“銅綠”的產(chǎn)生

［視頻引入］《身臨其境！帶你走進三星堆》

［提出問題］近幾十年，三星堆遺址出土了大量的青銅制品，因其造型獨特、制作精美，在世界上享有很高的聲譽。實際上，青銅是銅與錫的合金材料，新鑄造出的青銅器皿應(yīng)是閃閃發(fā)光的金黃色。經(jīng)年累月后，我們在博物館看到的許多出土的青銅器文物表面卻呈現(xiàn)銹跡斑斑的青綠色，是什么原因？

圖1 教學流程

［學生思考］在潮濕環(huán)境下，銅會與空氣中的氧氣等物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)而生銹。

［教師點評］青銅器會和空氣發(fā)生一系列復(fù)雜的化學反應(yīng)，我們看到的青綠色銹蝕其實是一層銅銹，我們稱它為“銅綠”，主要成分是堿式碳酸銅。接下來，我們一起探究這種物質(zhì)的性質(zhì)。

活動環(huán)節(jié)點評：本環(huán)節(jié)從教室走向博物館，通過寶貴的人類文化遺產(chǎn)引入，讓學生直面古代璀璨的文明。將青銅器原本的金黃色與現(xiàn)在的青綠色作對比，引發(fā)學生思考，引出對“銅綠”的探究。

2.環(huán)節(jié)2 像科學家一樣探究——“銅綠”的性質(zhì)

［課堂展示］一塊生銹的銅片。

［學生活動1］“看一看”“摸一摸”

［提出問題］我們?nèi)绾蜗慈ャ~片表面的“銅綠”呢？［學生活動2］“加點水”

設(shè)計意圖：通過兩個學生活動，從顏色、形態(tài)、狀態(tài)、溶解性等幾個方面認識了“銅綠”的一些性質(zhì)，并對固體、液體藥品的取用方法進行復(fù)習。

［教師過渡］既然“銅綠”用水洗不掉，那用什么能洗掉呢？

［學生思考］可以加一些酸試試。

［演示實驗］向生銹的銅片上滴加稀鹽酸。

［學生思考］銅片表面產(chǎn)生小氣泡，說明有氣體產(chǎn)生，可能是CO2氣體，“銅綠”也在不斷減少，所以鹽酸可以和“銅綠”發(fā)生化學反應(yīng)，是可以把“銅綠”洗掉的。

［學生活動3］“加點酸”并驗證產(chǎn)物

用提純好的“銅綠”進行實驗，并完成表1。

表1 “銅綠”與鹽酸反應(yīng)的實驗記錄

設(shè)計意圖：通過自主探究的方式，學生完成“銅綠”與鹽酸反應(yīng)的化學實驗，并對反應(yīng)產(chǎn)物進行推斷和驗證，推理得到：“銅綠”中一定含有Cu、C 元素，由于鹽酸中有水（H2O），所以可能含有H、O、Cl元素。

［提出問題］“銅綠”還可能具有怎樣的性質(zhì)呢？

［教師引導(dǎo)］自古以來，人類對物質(zhì)的探索就離不開“火”，在中國古代，就有道家通過各種秘法燒煉丹藥用來服食的說法，這就是“煉丹”。當人類想要充分了解某一種物質(zhì)時，首先想到的便是燒一下看是什么。之前，我們已經(jīng)知道了碳酸氫銨受熱易分解的實驗事實，那么“銅綠”是否具有類似的性質(zhì)呢？

［學生活動4］“加些熱”并驗證產(chǎn)物

用提純好的“銅綠”進行實驗，并完成表2。

表2 “銅綠”受熱反應(yīng)的實驗記錄

設(shè)計意圖：通過古人“煉丹”，引導(dǎo)學生用加熱的方式對“銅綠”的性質(zhì)展開探究，并復(fù)習給固體藥品進行加熱的實驗操作。結(jié)合學生活動三和四，推理得到“銅綠”中含有的四種元素：Cu、C、H、O。

活動環(huán)節(jié)點評：“銅綠的性質(zhì)”是九年級化學第一章第3節(jié)的內(nèi)容，是學生第一次正式用化學方法進行化學學習和研究的實踐機會。本環(huán)節(jié)希望引導(dǎo)學生將自己代入科學家角色中，而非學生，用“看一看”“摸一摸”“加點水”“加點酸”“加些熱”等操作方法，像科學家那樣進行日常思考、推理和實踐，完成對“銅綠”性質(zhì)進行探索的同時，推理得到所含有的四種元素。這樣的活動環(huán)節(jié)設(shè)計是建立在真實性的專業(yè)實踐基礎(chǔ)之上，學生才能夠?qū)W到更深層次的內(nèi)容，發(fā)展核心素養(yǎng)。

環(huán)節(jié)1和環(huán)節(jié)2共同構(gòu)成了“銅綠”跨學科主題教學的第1課時，以《身臨其境！帶你走進三星堆》紀錄片為素材，從真實的“銅生銹”情境引入，引導(dǎo)學生圍繞“銅綠”的性質(zhì)展開具有專業(yè)性的實踐活動。為了更好完成接下來的活動環(huán)節(jié)，布置學生思考銅片生銹所需具備的條件，通過上網(wǎng)查閱資料、翻閱書籍、向長輩咨詢等方式，了解怎樣可以獲得“銅綠”，以及“銅綠”可以有哪些用途，為“銅綠”跨學科主題的第2課時教學做準備。

3.環(huán)節(jié)3 模擬銅的銹蝕——“銅綠”的制備

［教師］我們已經(jīng)知道，“銅綠”中含有Cu、C、H、O四種元素，同學們可以推測銅片與空氣中哪些物質(zhì)發(fā)生了反應(yīng)嗎？

［學生回答］銅片生銹是銅與空氣中氧氣、水蒸氣和二氧化碳共同作用的結(jié)果。

［教師引導(dǎo)］在了解銅片生銹所需具備的條件后，我們需要思考可以用哪些方式比較快速地獲得“銅綠”。課前，相信大家都查閱了相關(guān)資料，下面時間就小組討論，利用已有的化學知識，商議出合理的方案，包括所需的實驗材料、實驗原理和關(guān)鍵的實驗步驟，用撰寫實驗方案的方法進行呈現(xiàn)。

［小組方案1］

實驗材料：銅片若干、燒杯1只、玻璃支架1個、保鮮膜1張、暖杯墊1個、小刀1把、蒸餾水。

實驗原理：銅片生銹需要在溫暖潮濕的氛圍中，且溫度越高，銅片生銹速率越快。利用扎孔的保鮮膜，可以讓銅片始終處于潮濕、空氣流通的環(huán)境中，通過暖杯墊使其保持在一個較高的溫度下，從而快速獲得“銅綠”。

實驗步驟：

1.向燒杯中倒入五分之一的蒸餾水，放入玻璃支架。

2.在玻璃支架上方疊放銅片，使得銅片與銅片之間保留一定空隙。

3.將燒杯口用保鮮膜覆蓋住，并扎上小孔，保持空氣流通。

4.將整個燒杯放置在通電的暖杯墊上。

5.一段時間后，取下燒杯，取出銅片，用小刀小心刮下銅片表面的綠色粉末，即“銅綠”。

6.裝瓶，貼標簽。

［小組方案2］

實驗材料：銅片若干、培養(yǎng)皿1個、噴壺1把、小刀1把、食醋。

實驗原理：銅片生銹需要與氧氣、水蒸氣和二氧化碳同時接觸，而在溫暖、潮濕、多酸的環(huán)境下，能加速銅片生銹，從而快速獲得“銅綠”。

實驗步驟：

1. 在洗凈的培養(yǎng)皿中，錯開疊放一定數(shù)量的銅片，保持空氣流通。

2.向培養(yǎng)皿中的銅片上噴灑微熱的食醋。

3.每隔一段時間，重復(fù)步驟2。

4.觀察培養(yǎng)皿中銅片表面“銅綠”的生成情況，用小刀刮下綠色粉末，收集備用。

［小組方案3］

實驗材料：銅粉、培養(yǎng)皿1 只、噴壺1 把，玻璃棒1 根，蒸餾水。

實驗原理：用銅粉代替銅片進行實驗，可以增加銅與氧氣、水蒸氣和二氧化碳的接觸面積，從而加快“銅綠”生成的速率。

實驗步驟：

1.在洗凈的培養(yǎng)皿中，均勻撒上銅粉。

2.向培養(yǎng)皿中的銅粉上噴灑蒸餾水。

3. 每隔一段時間，用玻璃棒攪拌銅粉，重復(fù)步驟2。

4.觀察培養(yǎng)皿中銅粉變綠的情況，產(chǎn)生的綠色粉末即為“銅綠”。

5.將綠色粉末裝入試劑瓶中，貼上標簽。

［教師總結(jié)］經(jīng)過激烈的討論，小組同學都列出了自己的實驗方案，但究竟能否成功、多長時間可以獲得“銅綠”，需要同學們課后進行實踐。提醒大家注意的是，同學們在實驗的過程中，可以進行分工合作，拍攝實驗過程的照片、視頻作為素材，并及時記錄下實驗過程中的一些新想法，最后以PPT、海報、短視頻、小論文等形式進行匯總。老師也會將你們的優(yōu)秀成果，在“學校官網(wǎng)”和“微信公眾號”上進行展示。

活動環(huán)節(jié)點評：銅在同時接觸氧氣、水蒸氣和二氧化碳時，就能夠生成“銅綠”，本環(huán)節(jié)給學生創(chuàng)設(shè)了一個新任務(wù)——快速制備“銅綠”。根據(jù)查閱資料和已有經(jīng)驗，匯總出了三套方案設(shè)計，三組同學分別利用了升高濕度和溫度、噴灑食醋以及用銅粉代替銅片的方法加速銅生銹，其中升溫方法可以聯(lián)想碳酸氫銨受熱分解實驗，噴灑食醋可以聯(lián)想濃食鹽水加速鐵絲生銹實驗，增大接觸面積更是已有生活經(jīng)驗的遷移，盡管正式接觸化學僅2周左右，但已經(jīng)足夠完成這一任務(wù)。由于課堂時間有限，制備“銅綠”又需要比較長的時間，因此鼓勵學生課后來完成，通過借助手機、電腦等設(shè)備，學生可以把自己的實驗過程完整地記錄下來，并以適當?shù)姆绞竭M行呈現(xiàn)。成果展示是跨學科實踐活動的重要方面，有助于培養(yǎng)21世紀人才，對整個跨學科主題學習和核心素養(yǎng)的培養(yǎng)都有現(xiàn)實意義。

4.環(huán)節(jié)4 古今社會的價值體現(xiàn)——“銅綠”的用途

［教師］在我國古代，就有很多關(guān)于“銅綠”的記載，大家一起來看一下。

①梁州陌上女成群，銅綠春衫罨畫裙。——陸游《新春感事八首終篇因以自解》

②君家玉臂貫銅青，下客何時見目成。——蘇軾《次韻和王鞏六首》

③近時人以醋制銅生綠，收取曬干貨之。——李時珍《綱目》

④銅青乃銅之液氣所結(jié)，酸而有小毒，能入肝膽，故吐利風痰，明目殺疳，皆肝膽之病也。——李時珍《綱目》

［提出問題］銅青，即“銅綠”，請同學們閱讀上述文本內(nèi)容，談?wù)劇般~綠”具有哪些用途？

［學生分享1］“銅綠”可以作為染色劑，印染衣服。

［學生分享2］銅青色的物品作為裝飾物佩戴。

［學生分享3］“銅綠”可以入藥，治療肝膽方面的疾病。

［教師講述］其實，古人很早就掌握了用醋來制備“銅綠”的方法，并用于生活的許多方面。銅綠色為飽和色彩，是中國傳統(tǒng)綠色系之一，不僅能夠印染衣服，還能作為顏料使用。15～17 世紀的歐洲，也逐漸完善了銅綠油畫顏料，但由于其不夠穩(wěn)定，慢慢被更艷麗、更穩(wěn)定的綠色顏料替代。

［教師展示］中國古代有關(guān)綠色的名畫。

《五星二十八宿神形圖》南北朝·張僧繇；《江帆樓閣圖》唐代·李思訓(xùn)；《明皇幸蜀圖》唐代·李昭道。

［教師總結(jié)］現(xiàn)代社會，“銅綠”主要作為一味中藥材被大家熟知，常作外用，具有解毒、去腐、殺蟲等功效。可見，“銅綠”這種物質(zhì)具有很高的社會價值，這離不開一代代科學家們對它的研究。同學們，化學是一門能為人類社會帶來財富的學科，我們要充分了解化學科學對社會發(fā)展和人類文明進步的重要價值，為實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興和推動社會進步而不斷努力。

活動環(huán)節(jié)點評：本環(huán)節(jié)利用古人關(guān)于“銅綠”的記載，引導(dǎo)學生認識“銅綠”的主要用途。通過展示古代有關(guān)綠色的名畫，實現(xiàn)學生在化學課堂上與藝術(shù)繪畫作品的直接對話，而“銅綠”的藥用價值，更是化學物質(zhì)直接服務(wù)于人類生命健康的體現(xiàn)。這樣的跨學科活動環(huán)節(jié)設(shè)計是具有現(xiàn)實意義的，對培養(yǎng)學生正確的化學觀念、理念，幫助學生形成化學促進社會可持續(xù)發(fā)展的認識具有重要價值。

環(huán)節(jié)3和環(huán)節(jié)4共同構(gòu)成了“銅綠”跨學科主題教學的第2課時，“銅綠”的科學制備方法是發(fā)揮其重要用途的關(guān)鍵。課后，教師在收集學生上交的“銅綠”制備匯總材料后，需要及時進行評價，并總結(jié)各種方法的優(yōu)缺點，以及學生們的表現(xiàn)，鼓勵學生提出在實驗過程中遇到的困難和成功經(jīng)驗。反思評價是學生跨學科主題學習必不可少的組成部分，更是養(yǎng)成核心素養(yǎng)的重要途徑，這從來都不是一蹴而就的過程，而是通過反反復(fù)復(fù)地總結(jié)、歸納來實現(xiàn)的。

三、教學效果與反思

“銅綠”跨學科主題教學基于化學學科核心素養(yǎng)，共設(shè)4個活動環(huán)節(jié)，融合了化學、語文、歷史、生物、科學、藝術(shù)等學科知識和技能，以真實問題情境引入，發(fā)展學生對物質(zhì)世界的好奇心、想象力和探究欲，培養(yǎng)科學探究精神和創(chuàng)新意識，增強民族文化自信。整個教學流程環(huán)環(huán)相扣，學生參與度高，活動成效明顯。筆者通過對教學過程的反思小結(jié)如下：

1.注重學科融合，做好活動銜接

當前，“跨學科融合”教學存在著各學科內(nèi)容雜糅、活動關(guān)聯(lián)性差、難以找到與之相匹配的真實情境等困難，導(dǎo)致此類活動難以順利開展。中學階段，跨學科主題通常可以由教師選擇決定，盡管課程標準提供了一些可以參考的主題，但仍需要教師留意日常生活和教學工作，選擇合適的真實情境進行方案設(shè)計，按照學生認識物質(zhì)世界的基本規(guī)律，做好學科融合和活動銜接工作。例如，本節(jié)課圍繞“銅綠”這一基礎(chǔ)物質(zhì)，依據(jù)“青綠色物質(zhì)是什么？→有怎樣的性質(zhì)？→如何獲得這種物質(zhì)？→這種物質(zhì)有怎樣的用途？”的問題鏈精心設(shè)計了活動環(huán)節(jié)，并穿插了其他學科內(nèi)容，培養(yǎng)學生科學思維和探究能力的同時，弘揚了中華文化，使學生素養(yǎng)得到全面提升。

2.重視教師角色，提供活動支架

教師在整個跨學科實踐活動的開展過程中扮演著關(guān)鍵角色，盡管學生是活動的主體，但離不開教師的穿針引線。例如，教師需要通過展示素材、提示、引導(dǎo)性的問題來推動活動的開展；教師在學生遇到困難時，提供解決問題的思路；教師在學生進行成果展示時，及時進行點評；教師引導(dǎo)學生評價反思，幫助學生總結(jié)成功經(jīng)驗等。實踐過程中，教師需要擔起素材情景問題導(dǎo)向等支架的作用，努力為學生創(chuàng)造跨學科實踐的良好平臺，這也要求了教師必須對整個活動過程有整體把握。在此背景下，開展相關(guān)教師培訓(xùn)和設(shè)計撰寫跨學科實踐活動指導(dǎo)性材料的工作也應(yīng)該得到廣泛重視。

3.及時評價反思，做好迭代優(yōu)化

與學生核心素養(yǎng)發(fā)展一樣，“跨學科實踐活動”的主題教學設(shè)計也不是一蹴而就的。每一次教師在進行跨學科主題教學后，應(yīng)當及時進行評價反思，尋找實踐活動的開展與當初預(yù)想的差異性，結(jié)合學生表現(xiàn)，分析存在的問題，從而對整個方案進行迭代優(yōu)化，使跨學科主題教學具有更好的效果。只有經(jīng)過反復(fù)地設(shè)計與實踐，才能使整個活動達到一個最佳狀態(tài)，并及時根據(jù)學生的實際情況和社會發(fā)展，替換或刪除一些達不到預(yù)期效果的環(huán)節(jié)，從而形成一套符合本校所任班級學情的、成熟的教學設(shè)計。