“低碳行動”跨學科主題教學設計與思考

廣東省中山市實驗中學(528400) 曹梅姣

1 跨學科主題教學意義

長期以來,學校教育一直實行分科教學模式。分科教學模式不僅能給教材編寫帶來方便,也有利于學生科學、系統地掌握某一學科知識,從而形成認識世界的特有視角和思維方式。然而,各學科的獨立教學割斷了學科間、學科與生活實際的聯系,破壞了知識世界的藍圖[1],不利于學生正確價值觀、必備品格和關鍵能力的培養。隨著科學技術的發展,社會越來越需要一流創新型人才,這樣的人才不僅要有解決實際復雜問題的綜合能力還要有創新意識和創造力,而創新往往發生在學科邊界。學生關鍵能力和創新意識的培養,需要整合差異化的學科資源,打破學科間的壁壘,進行多學科交叉互補[2]。

《義務教育化學課程標準(2022年版)》(以下簡稱《新課標》)提出要重視跨學科實踐活動,倡導在進行教學設計時要重視內容的選取和組織,加強化學與其他學科的聯系,引導學生在更廣泛的背景下綜合運用各學科知識分析和解決實際問題[3]?？鐚W科主題教學的開展既有利于幫助學生厘清概念,也有助于擴展學生認識世界的視角,促進學生知、情、意、行的統一,是落實課程核心素養目標的重要途徑之一?；诖?本文圍繞二氧化碳的性質、用途、制法等,具體說明如何設計“低碳行動”跨學科主題教學。

2 跨學科主題教學設計

2.1 教學分析

CO2的性質、用途、制法等是人教版9年級化學上冊第6單元的知識?！缎抡n標》對CO2主題的學業要求是能夠通過探究認識CO2的性質、用途和制法,形成研究物質性質的一般思路;能夠以碳循環為例,引導學生認識物質的轉化關系以及對人類生活和生態平衡的影響[3]。

(1)CO2含量過多導致溫室效應,會對環境、氣候和人類健康等造成嚴重影響。減碳方案的提出,需要學生從CO2的組成、構成、來源(制備)、吸收或轉化(性質)、用途等角度進行思考。

(2)CO2的來源十分廣泛。不同領域的來源可以通過不同的減碳措施助力低碳行動,開闊學生思考問題的視野。

(3)CO2的吸收或轉化要突破學科界限,促使學生綜合利用化學、生物、地理等學科知識助力低碳行動,從而落實我國雙碳政策目標。

(4)CO2的用途學習既是“性質決定用途,用途反映性質”觀念的滲透過程,也是防止學生受CO2危害影響而片面認為CO2有害的有力證據,從而引導學生辯證地看待物質,形成科學的物質觀。

初中生物已經學習過碳循環,知道光合作用在維持碳循環生態平衡中發揮著重要作用,也知道CO2含量過多會導致很多環境、氣候問題的出現。經過前期的學習,學生已經初步形成了研究物質的視角,但是距離構建物質的認識模型還有一定的距離。在助力低碳行動方面學生已經有一定的經驗,但是不能有序地融合各學科知識提出減碳方案,因此在教學過程中需要通過對CO2的結構化學習培養學生的高階思維,促進可持續發展觀念的形成。

2.2 教學目標

(1)在助力低碳行動過程中,能夠進行CO2的結構化學習,從而形成物質的認識模型。

(2)能夠基于學科融合視角,提出助力低碳行動的方案,樹立責任擔當意識,促進可持續發展大概念的形成。

(3)從CO2含量過多造成的影響到其廣泛用途的認識過程中,能夠辯證看待物質,形成科學的物質觀。

2.3 教學設計思路

本課教學設計思想如圖1所示。

圖1 “低碳行動”教學設計思路

圖2 生態模擬CO2的捕捉和轉化

2.4 教學過程

本節內容圍繞“助力低碳行動”,引導學生從二氧化碳的組成、構成、制備、性質和用途等方面認識二氧化碳,進而形成認識物質的思維模型。在跨學科大概念統領下,引導學生綜合運用化學、生物、地理等學科知識助力低碳行動,促進可持續發展觀念的形成,落實化學課程核心素養培養任務。

環節一:宏觀微觀,識二氧化碳

情境線:溫室氣體猛增,造成氣候的異常變化、全球變暖、對生命系統形成威脅?；诖?我國于2020年9月22日提出要在2030年實現碳達峰,2060年實現碳中和目標。

問題線:(1)碳達峰、碳中和中的“碳”指什么?

(2)從宏觀和微觀視角說出CO2的組成和構成。

(3)我國為什么要實行雙碳政策?

(4)如何助力低碳行動?

學生活動線:(1)回顧CO2的組成和構成,形成研究物質的初始路徑。

(2)結合化學、生物和地理等學科知識分析我國實行雙碳政策的原因。

設計意圖:將國家重要戰略政策引入課堂,激發學生學習興趣和探究欲望。通過分析二氧化碳的組成和構成,明確雙碳中碳的含義,并以此建立雙碳政策與化學學科的聯系。通過分析我國實行雙碳政策的原因,引發學生學會從多學科視角看待問題、解決問題,發展學生的科學思維和社會責任,并為后續提出減少大氣中CO2含量的方案提供思路支架。

環節二:學科融合,減二氧化碳(見表1)

表1 環節二--學科融合,減二氧化碳

設計意圖:利用碳中和含義和CO2生態循環系統圖,引導學生從CO2的排放和吸收兩個角度助力低碳行動。通過分析不同領域CO2來源,打破學生僅從本學科角度思考問題的思維定勢,為從各個層面提出減碳方案拓寬思路。自主實驗探究的開展,既是復習和歸納CO2性質,也是學生實踐感受CO2被吸收的過程。這個過程僅是單一利用化學學科知識解決CO2吸收問題,然而在助力低碳行動過程中,依靠單一學科不足以實現雙碳目標。通過模擬生態系統吸收CO2,引導學生理解植物、海洋、巖石等在減少CO2含量方面發揮的重要作用,感受大自然的神奇,認識到可持續發展對人類社會的重大意義。角色扮演中的角色意識能夠引導學生有目的地思考問題,進一步強化學生從CO2的排放和吸收兩個角度助力低碳行動的科學思維。如生物學家會從減少CO2排放量(減少排放)、加大污染治理力度和植樹造林(增加吸收)等角度呼吁人類助力低碳行動;科技工作者會從開發新能源、新材料(減少排放)等角度助力低碳行動。通過融合不同角色的減碳方案,培養學生運用跨學科視角綜合解決實際問題的意識,促進學生核心素養的形成。

環節三:綠色循環,用二氧化碳(見表2)

表2 環節三--綠色循環,用二氧化碳

設計意圖:“那些你不知道的CO2用途”視頻既是學生對CO2的再認識,也是減碳的一條有效途徑,同時表明了科學技術在推動人類社會發展方面發揮的重要作用。通過展示CO2的多種用途可以避免學生單一片面地認為CO2無用、有害,能夠引導學生辯證看待物質,樹立科學的物質觀。對CO2的排放、吸收和利用的結構化學習,不僅體現了化學學科研究物質的意義,還能輻射于其他學科,為其他學科提供解決問題的思路。

3 跨學科主題教學反思

跨學科主題教學不是簡單的各學科知識的堆砌,而是在跨學科大概念統領下為解決某一挑戰性任務或某一實際問題或某一項目整合各學科內容。在這個過程中既是化學學科核心知識和思維方式的體現也是綜合運用其他學科思維進行問題解決的表現。因此,在進行跨學科主題教學設計時,應該注重內容的選取和組織、問題的設計和問題解決過程中支架的搭建。

3.1 選取內容時,整合差異化學科資源

整合何種內容進行跨學科主題教學需要研究課標。先明確各學科主題內容的大概念,然后在大概念的統攝下,找到各學科的跨學科大概念,并確定跨學科大概念下的主題內容,最后分析主題,找到與主題相關的各學科內容,聚焦核心內容與思路方法,實現學科內的縱向聯系和學科間的橫向關聯。本文在可持續發展跨學科大概念的統領下,融合生物光合作用、碳循環等知識,地理中由溫室效應引起的地理環境、氣候的改變等知識,向學生具體、系統地說明了CO2含量過多造成的影響和原因,進而引導學生從生物、地理等學科視角全方位地提出減碳方案。

3.2 設計問題時,注重情境、知識與素養的融合

《新課標》要求,在設計跨學科實踐活動時,注重將情境、知識和素養深度融合,讓學生在問題解決過程中實現核心知識的獲得、能力(素養)的培養自然融合[3]。這要求問題的設計具有情境性、驅動性和生成性。本文以落實雙碳政策為目標,設計驅動性問題“如何減少大氣中CO2的含量”進行CO2制備、性質和用途的學習,在獲得CO2的認識模型過程中引導學生基于學科融合視角從排放和吸收兩個角度提出減碳方案,促進學生化學觀念、科學思維和社會責任等核心素養的發展。

3.3 解決問題時,充分發揮學生主動性

探究性、開放性的學習環境,有助于學生主動性的充分發揮。在問題解決過程中要盡量避免提出事實性問題。問題的解決要能引發學生思考,調動學生思維,盡可能設計一些小組討論、辯論交流和實驗探究等學習活動。學生“手、眼、腦”的綜合運用,決定了其是否在“做中學”“用中學”和“創中學”。本文通過小組討論--從源頭上提出減碳方案、實驗探究--感受CO2的吸收和轉化、角色扮演--學科融合視角提出減碳方案等活動,積極為學生營造研究性、開放性和包容性學習環境,充分調動學生的主觀能動性,提高學生溝通交流協作能力。