學科融合教學的四個“交互點”

摘 要：學科融合教學并非打破單一學科課堂教學形式的完整，而是從多角度、更深層次完善學生對知識體系的認知，提升分析問題、解決問題的綜合能力，在交錯的融合空間里落實學科協同育人。以化學與物理學科為例，闡述學科融合教學如何在核心素養、知識結構、教學形式、育人目標上互相滲透、補充、契合、交融。

關鍵詞：學科融合教學；核心素養；知識結構；教學形式；育人目標

隨著科技的發展，人類社會所面臨和需要解決的問題將越來越復雜，這對人才素質提出了新的要求——需要有跨學科的知識廣度和創新能力。在此背景下，教育也應順勢而變，以跨學科或學科融合教學，促進學生拓寬知識視野，實現知識、方法的融會貫通，訓練思維的靈活性，提高解決復雜問題的能力。

學科融合教學并非打破單一學科課堂教學形式的完整，而是從多角度、更深層次完善學生對知識體系的認知，提升分析問題、解決問題的綜合能力，在交錯的融合空間里落實學科協同育人。在教學實踐中筆者發現，學科融合教學有核心素養、知識結構、教學形式、育人目標這樣四個“交互點”。下面，以化學與物理學科為例，闡述學科融合教學如何在這四點上互相滲透、補充、契合、交融。

一、 核心素養的互相滲透

不同學科都有其對應的核心素養，但最終都指向學生應具備的、能夠適應終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力。通過核心素養的互相滲透，學生能夠學會從多個角度思考問題，綜合運用不同學科的知識和方法解決復雜問題，提升綜合素養，培養創新思維。

具體到化學與物理學科，二者的學科核心素養在表述上略有差異：化學學科核心素養包括化學觀念、科學思維、科學探究與實踐、科學態度與責任，物理學科核心素養包括物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任。可以看到，除了學科觀念外，這兩門學科核心素養互相滲透，聯系緊密，充分展現了化學與物理都屬于自然科學領域——領域的一致性是學科融合教學重要的基點。

化學與物理的學科觀念不同，是二者對自然科學觀察的視角不同而形成的。化學視角探索物質微觀層面上的組成與結構、性質與應用，從中提煉并升華出物質轉化的規律，以此認識物質的變化，為解決實際問題奠定基礎。物理視角探索物質宏觀層面上的運動和相互作用，以及能量的轉換觀念，從中提煉并升華出物理概念和規律，為解釋自然現象和解決實際問題奠定基礎。

化學與物理兩個學科的科學思維、科學探究以及科學態度與責任滲透為一體。作為都是以實驗為基礎的學科，這兩門學科的學習方式都是基于對實驗的入微觀察、對現象的精準描述、對證據的細致收集；繼而，提出學科觀點，形成猜想，運用比較、分析、論證等方法建構知識模型，培養思維能力、探究能力和創新能力。最終，實現“架構知識理解學科本質關聯科學技術與社會、環境之間的關系樹立民族偉大復興的使命擔當”的習得與內化過程。

例如，“瓶吞蛋”實驗，化學學科的實驗步驟如下：（1） 在抽濾瓶的具支管處套一個裝有20mL、15%的氫氧化鈉溶液的氣球，用止水夾夾緊，備用；（2） 在抽濾瓶中集滿一瓶CO2氣體（約250mL）；（3） 將煮熟的雞蛋剝殼，放置于抽濾瓶瓶口；（4） 打開止水夾，將氫氧化鈉溶液全部擠壓進入抽濾瓶中。實驗現象為：雞蛋被拉長，并緩緩擠過瓶口，最后滑落瓶底。物理學科的實驗步驟如下：（1） 將空錐形瓶放置在90℃熱水中浸泡1分鐘左右；（2） 將煮熟的雞蛋剝殼，放在錐形瓶瓶口；（3） 將放有雞蛋的錐形瓶，趁熱放在冰水中浸泡。實驗現象為：雞蛋被拉長，并緩緩擠過瓶口，最后滑落瓶底。

又如，“沸騰”實驗，化學學科的實驗步驟和現象如下：（1）取用25mm×200mm規格平口試管，加入0.2g二氧化錳黑色粉末，向試管中倒入20mL質量分數為30%的雙氧水；有氣泡從液體內部涌動而出，液體呈翻涌狀態。（2） 用溫度計監測反應容器內液體的溫度；溫度上升最高為102℃，并持續一段時間。（3） 將帶火星的木條置于管口；反應前期，帶火星的木條能復燃，反應后期，能使燃燒的木條熄滅。（4） 用鑷子沾上無水硫酸銅白色粉末，置于管口；硫酸銅白色粉末變藍。物理學科的實驗步驟和現象如下：（1） 取用25mm×200mm規格平口試管，加入20mL水（試管容積約為80mL）。（2） 用酒精燈持續加熱，用溫度計監測反應容器內液體的溫度；有氣泡從液體內部涌動而出，液體呈翻涌狀態，溫度上升最高為102℃，并持續一段時間。（3） 用帶火星的木條置于管口，其始終不能復燃。（4） 用鑷子沾上無水硫酸銅白色粉末，置于管口，硫酸銅白色粉末變藍。

不難看出，不管是化學實驗，還是物理實驗，其科學探究過程是一致的：設計實驗步驟進行實驗探究用準確的語句描述實驗現象從學科視角提出問題進行證據推演得出規律性結論。

二、 知識結構的互相補充

學科融合教學，“融合”的核心在于立足學科共生的知識點。由此，從不同的學科視角，獲取知識能力，通過知識的互補促生融合，構建起立體的知識脈絡。

例如，對于“瓶吞蛋”實驗，化學與物理學科共生知識點為“瓶內氣體壓強小于外界大氣壓，雞蛋被壓入瓶內”。化學與物理各自的學科視角詳見表1。瓶內氣體壓強變小的原因可以是發生化學變化使得氣體分子數目減少，也可以是在氣體分子數目不變的前提下，微粒熱運動造成分子間間隔變小。同理，推演出瓶內壓強變大的原因。

又如，對于“沸騰”實驗，化學與物理學科共生知識點為對實驗現象的精準描述，即氣泡從液體內部涌動而出，液體呈現翻涌的狀態。化學與物理各自的學科視角詳見表2。氣體從液體內部涌動而出，為“沸”。這是物質變化的表征。這種表征到底是由化學變化還是物理變化引發的呢？追本溯源，要看涌動而出的氣體是原子重新排列得到的新物質，還是微粒之間間隔的變化。前者屬于化學變化，后者屬于物理變化。

三、 教學形式的互相契合

學科知識的呈現，依托于教學的形式。知識的探尋過程即教學形式在思維層面上的展示。學科融合教學的實施，立足科學思維的高度匹配，運用教學形式的多邊作戰，進行設計、組織和引導。教師應最大限度地發揮各種教學形式在知識呈現上的潛力，促使學生的學習在觀摩、交流、踐行和討論中真正發生，以此構建出更加豐腴的知識體系。

化學和物理學科天然的契合點，就是以真實實驗情境為媒介，以觀察實驗、描述現象、積累證據、推演規律等實際任務環環相扣，驅動課堂教學。這也使得學科融合教學過程呈現出連貫性、統一性和完整性。

例如，教學《常見的堿》一課時，筆者就以“瓶吞蛋”作為串聯整堂課的主線情境：

首先，以物理“瓶吞蛋”實驗作為課堂教學的第一板塊，引導學生回憶物理學科中關于微粒熱運動的規律，得出：溫度降低，瓶內氣體分子間間隔變小，體積收縮，氣體壓強減小。以物理規律為起點，教師接著拋出一個思維擴展問題：“減小瓶內氣體壓強，除了縮小氣體分子間間隔，還可以用什么方法？”由此，引發學生對化學學科知識的思考。

接著，課堂教學進入第二板塊。用化學“瓶吞蛋”實驗詮釋“減少瓶內氣體分子的數量，也可以減小瓶內氣體壓強”。這一實驗的實質就是《義務教育化學課程標準（2022年版）》（以下簡稱“化學課標”）課程內容中的二級主題“常見的堿”的核心內容。化學課標對“常見的堿”的內容要求是：以氫氧化鈉和氫氧化鈣為例，通過實驗探究認識堿的主要性質和用途［1］。

在課堂教學的第三板塊，沿用化學“瓶吞蛋”實驗裝置，開展質量分數20%的氫氧化鈉溶液與飽和澄清石灰水的對比探究實驗。通過對比探究實驗得到現象上的差異，一方面，和學生一起研學習得常見堿的共性和差異性；另一方面，將定性實驗轉入半定量實驗，闡明瓶內氣體分子數量減少得越多，氣體壓強下降得越明顯。

最后，回觀課堂之初的物理“瓶吞蛋”實驗，給學生搭建一個獨立創新實驗的平臺，請學生課后自主設計實驗，證明微粒熱運動規律中溫度高低與壓強大小之間的關系。

四、 育人目標的互相交融

育人始終是教育的終極目標，而目標又直指學科課程的現實價值。學科融合教學，構建更立體的知識脈絡，最終是為了達成構筑科技興國的遠大理想。

《變化中看物質》專題復習課就以“沸騰”實驗作為化學與物理學科融合教學的媒介，達成雙學科協同育人的目標。

《說文解字》中對“沸”的解釋是液體翻騰的一種狀態。而促發液體翻騰的原因是氣態物質在液體內部及表面同時劇烈地涌動而出。物理“沸騰”實驗，從實驗現象中可以歸納并推演出沸騰的定義，即：物質達到沸點且物質在液體表面及內部同時發生劇烈的汽化現象，且溫度恒定在沸點。化學“沸騰”實驗，從實驗現象中收集證據，通過論證獲悉溢出液體的氣體是液體內部和表面同時發生劇烈的化學反應得到的新物質，而該物質的狀態在常溫常壓下是氣態。兩版“沸騰”實驗，實驗現象相似，但發生的機理卻截然不同。

本課中，化學“沸騰”實驗選用了質量分數30%的雙氧水。通過仔細觀察、詳細記錄實驗現象，不難發現在反應程度達到峰值的時刻，化學“沸騰”實驗其實兼容了物理“沸騰”實驗。在現實生活里，化學變化和物理變化何嘗不是伴生相隨呢！引導學生建立學科觀念的“上帝”視角，對培養學生理解自然現象、提升解決實際問題的能力有重要的現實意義。真實的自然現象從不割裂學科知識。打通學科之間的壁壘，對學生形成科學本質觀、科學態度以及社會責任感有極強的推進作用。

在整合核心素養的基礎上，立足多學科共生知識，運用契合的教學形式，更好地達成多學科協同育人的目標。教師要讓教育真正發生在學生的需求中，指導學生構建立體的知識脈絡，激發創新思維，觀照遠大理想，根植責任擔當。

參考文獻：

［1］ 中華人民共和國教育部.義務教育化學課程標準（2022年版）［S］.北京：北京師范大學出版社，2022：19.

（張皙鈺，江蘇省蘇州市第三十中學校。）