大概念統攝下的化學跨學科學習項目設計

【摘 要】化學課程中的跨學科學習需基于化學學科立場，以大概念為統攝，設計合理的學習情境，融合各學科知識點，指向化學學科核心素養的培養。文章以“茶文化”跨學科學習項目設計為例，提煉“茶如何促進人的健康生活”跨學科學習大概念，據此建構學習概念圖，搭建知識圖譜，創設學習情境，設計茶樹的種植探究、茶葉的化學成分探究、水質對泡茶的影響探究、茶文學茶文化探究四個子項目，探索大概念統攝下指向化學學科核心素養的跨學科學習項目設計。

【關鍵詞】大概念；跨學科學習；化學學科；學習項目；茶文化

【作者簡介】黃曉娟，講師，主要研究方向為化學學科教育、課程與教學論。

《義務教育課程方案（2022年版）》提出了跨學科主題學習這一學習方式［1］，這標志著跨學科主題學習已納入國家課程教學的規定。然而從跨學科主題學習的具體實踐來看，仍然存在諸多教學實踐困境。一線教師雖然有了初步的跨學科整合意識，但主要還是拼盤式的多學科結合，沒有形成具有整合性的主題設計。從化學學科角度看，《義務教育化學課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”）強調開展核心素養導向的化學教學，開展以化學實驗為主的多樣化探究活動，開展項目式學習，重視跨學科實踐活動。［2］然而目前幾乎沒有基于化學學科核心素養的跨學科學習的課程資源，一線教師沒有一個較好的參考模式；雖有為數不多的基于化學學科的跨學科學習，但沒能自覺地指向化學學科核心素養的培育。因此，亟須基于化學學科立場，以大概念為統攝設計合理的學習情境，融合各學科知識點，探索指向化學學科核心素養的跨學科學習。本文以“茶文化”跨學科學習項目設計為例，探索大概念統攝下指向化學學科核心素養的跨學科學習項目設計。

一、依據新課標設計學習項目主題，對接生活創設學習情境

新課標在跨學科實踐設置中將化學與環境、化學與健康等列為重要的跨學科實踐議題，并將“水質檢測及自制凈水器”“探究土壤酸堿性對植物生長的影響”等10項活動列為跨學科學習的重要實踐活動。在“化學與可持續發展”跨學科學習的內容要求中提出，要指導學生運用科學和技術解決社會現實問題，了解化學與其他學科聯合在解決環境、健康等相關問題上的作用，使學生在這一過程中樹立人與自然和諧共生的科學自然觀。在“化學與資源、能源、材料、環境、健康”跨學科學習的內容要求中也明確指出，要關注物質及其變化，理解化學在生態環保、營養健康等方面的應用，樹立環保意識。通過對新課標的內容分析，筆者嘗試設計以“茶文化”為主題的學習項目，將化學與營養健康、環境資源、文化發展等問題聯系起來，形成一個主線較為清晰的跨學科主題實踐活動。“茶文化”這一主題操作實施的可行性強，相關資源在生活中容易獲得，包含學生常見的生活現象和問題，更能激活學生的生活經驗，使學生由生活經驗通向科學探究。

另外，“茶文化”這一主題可以將新課標列出的空泛、抽象的課程內容情境化和具體可操作化。我們知道，脫離情境的知識毫無意義，只有通過社會活動，個人才能在思維中建構認知。也就是說，知識是在具體生活情境實踐中建構的，知識只有與具體情境緊密相連才能發揮其活性，否則難以凸顯知識的可遷移性。因此，筆者進一步對“茶文化”跨學科學習項目進行情境創設，將“茶文化”這樣包含化學、物理、生物學、文學等諸多學科知識的學習項目生活化，將其中的學習內容與學習者的經驗聯系起來。

近年來奶茶經濟繁榮，奶茶成為年輕人喜愛的茶飲產品，但網絡上常有奶茶傷害身體健康的新聞，引發熱議。那么奶茶是否健康，怎么樣的茶飲才是健康的？中國是茶文化的發源地，你知道茶葉從種植到沖泡都有哪些門道嗎？學生對奶茶比較熟悉，有一定的認識，便于調動經驗自主學習。同時，學生對奶茶有較濃厚的興趣，由此引發對茶本身的化學成分、種植、水質、沖泡調飲等具體問題的進一步探究。這個情境創設促使學生積極參與其中，強調從集體經驗社會化學習活動中建構個體化的意義，使學生有較強的參與感，讓學生直面問題，從多角度進行探究，建構個體化知識模型。

二、確立跨學科學習大概念，建構學習概念圖

（一）確立大概念，整合學習目標體系

大概念是有組織、有結構的知識和模型［3］，能夠體現學科規律。大概念運用于跨學科學習可以將零散的各學科知識聚合起來，并服務于問題的解決。根據“茶文化”跨學科主題活動的課程內容，可以進一步將大概念提煉為“茶如何促進人的健康生活”。這一大概念可以統領整個學習活動的知識和能力體系，將各子任務和活動聯系起來，形成一個有機的目標體系，由此可設置這一項目的學習目標（見表1）。

由表1可知，“茶如何促進人的健康生活”這一大概念可以將各學科的知識以及多學科的抽象知識與生活情境關聯起來，這樣不僅可以形成清晰的項目知識圖譜，也可以建構多學科的方法指南，讓學生領會知識在復雜情境中的運用過程。“茶樹的種植探究”學習任務主要涉及生物學、化學兩個學科，學生需要調動這兩個學科的知識協同解決問題，主要解決“茶樹需要什么樣的生長環境、土壤的酸堿性對茶樹生長有什么影響”兩個核心問題，這兩個核心問題同時也是這一學習任務的子任務驅動。

在學習目標上，學生需要在生物學的基礎知識上通過相關的種植實踐活動初步掌握茶樹生長生活的環境要素，同時學會化學學科中檢測土壤酸堿性的方法，了解什么酸堿值對茶樹生長最有利。“茶葉的化學成分探究”學習任務涉及化學、營養學、茶藝等學科，要解決“如何檢測茶葉中的化學成分、這些化學成分對人的身體健康有什么影響、如何沖泡才能使得茶湯更有益于人的健康”三個核心問題。由于茶葉的化學成分非常復雜，在探究項目設計中，教師只選取其中的茶多酚、氨基酸、茶堿、糖類物質等常見物質指導學生進行初步探究。化學成分的分析屬于化學學科知識，化學成分的營養價值屬于營養學的內容，如何沖泡以發揮茶葉的最佳營養價值及口感則涉及茶藝，三個任務的知識相互關聯共同現實問題。水是茶之母，因此，“水質對泡茶的影響探究”這一學習任務也至關重要。學生需要對不同水的水質進行比較，并能夠分析水質與茶湯品質的關系，最后能夠利用物理學知識制作簡單的凈水器來凈化水質。“茶文學茶文化探究”這一學習任務實現了文、理科的大跨越，茶不僅包含著豐富的科學知識，還孕育了底蘊深厚的茶文學與茶文化。這一學習任務可以讓學生通過了解茶文學的歷史，進一步感受傳統的茶道精神內涵，并試圖在生活中激活其現代價值。

（二）立足化學學科立場，建構跨學科學習概念圖

傳統的知識學習往往是靜態的惰性知識學習，缺乏現實情境的激活，更缺乏多學科的聯系協同，以至于難以解決現實問題，難以形成素養導向的學習項目。而“茶文化”跨學科學習項目設計的邏輯起點立足于化學學科課程標準，站在化學學科的立場，融合軟化相關學科的邊界，準確找到學科之間的真實聯結點，以真實的化學問題主動建構與其他相關學科的深度聯系，從而在多學科的關聯交叉中培養學生解決問題的能力。同時，學生可以借助對其他學科的知識運用，最終回歸于化學學科關鍵能力的培養，并在實踐活動中解決化學的現實問題。

跨學科學習對于學習者而言，最大的挑戰是對多學科知識進行整合與調動，并在整合與調動中有效地指向真實問題的解決，這個整合過程是針對特定主題從多維度進行多學科知識重構的學習心理過程，可以說，跨學科知識整合是人類知識生產、建構、運用的重要方式。北京師范大學陳英和、張淳俊兩位研究者對跨學科知識整合模型“跨學科概念圖”做了操作性界定：首先，學習者需要識別問題情境中的主題概念及其學科取向；其次，回憶每個主題概念在相應學科取向的相關核心概念，并按照知識結構的相關性對其進行分組，同時將每組概念按照概括性遞減的原則自上而下進行排列，并將各組中有關系的概念連接起來，注明關系；再次，對概念結構進行全面擴展，使其形成分支；最后，在主題引領下，建構分支概念之間的交叉連接關系，運用于問題的解決。［4］

基于此，筆者建構了“茶文化”跨學科學習概念圖（如圖1）。由圖1可知，跨學科學習概念圖可以清晰地將各學科知識有機整合起來。教師以此概念圖為媒介，可以使學生的內部知識整合、概念關聯和思維過程等可視化。另外，跨學科學習概念圖不僅能充當跨學科學習的重要思維工具，進一步形成清晰的解決真實復雜問題的知識圖譜和行動路徑，促進錘煉學生的復雜性思維，提升學生的知識關聯能力，也可以成為教師指導跨學科學習的課程設計方案。

（三）基于跨學科學習概念圖，搭建學習項目知識圖譜

基于“茶文化”跨學科學習概念圖，可以進一步搭建素養導向的跨學科學習項目知識圖譜（見表2）。由表2可知，每個學習任務都有關聯的學科及其學科知識，并共同指向需要解決的現實問題。

由此，通過“茶文化”跨學科學習項目知識圖譜的建構，跨學科學習項目有了清晰的知識與能力關聯體系。它不再是毫無邏輯的多學科知識拼盤，而是指向基于化學關鍵能力，牽動其他相關學科共同解決現實問題。多學科的耦合為解決真實復雜的情境問題提供了最佳的切入口，進而形成素養導向的跨學科學習實踐活動。

三、設計“茶文化”跨學科學習子項目，落實操作路徑

（一）茶樹的種植探究

“茶文化”跨學科學習項目的第一步是茶樹的種植探究。而茶樹的種植探究這一實踐活動蘊含著豐富的多學科知識，同時這些知識又相互有機地在實際運用中聯系在一起。另外，這一實踐活動還可以鍛煉學生的勞動意識。因此，這一項目十分契合跨學科學習的知識和資源整合理念。教師選擇“水分在茶樹物質代謝中的作用、灌溉與高產優質、肥料對茶葉化學成分的影響、土壤酸堿性對茶樹生長的影響”這幾個核心知識，在學習活動設計中關注學生合作意識、實踐參與意識的培養，并強調多學科知識的綜合運用，達成學科理論在實踐中的聯合運用。

活動一：認識茶樹的生物學基礎。

1.通過查閱資料、人工智能對話和實地觀察等途徑明確茶樹的生物學種類，讓學生感受人工智能的輔助學習，再通過權威資料進行確認。

2.通過實地觀察初步了解茶樹的形態特征。

3.游戲活動：在混有其他類似茶樹的樹葉中找出茶樹的葉片，并畫一畫茶樹葉片的形態。

4.采訪茶農：了解茶樹的生長周期，明確茶樹的四個生物學年齡時期。

5.成果匯報：小組將所得知識進行整理、匯報。

活動二：探究茶樹種植的土壤環境。

1.學生通過查閱資料初步了解茶樹生長的環境要求，并將其生長環境要點整理成思維導圖或表格進行匯報交流。明確茶樹對土壤環境條件的要求涉及化學環境、物理環境和生物環境，以及三個環境具體包含的內容（見表3）。通過資料整理進一步明確茶樹健康生長對土壤的要求。

2.通過實驗探索茶樹土壤的酸堿性問題。教師通過相關資料明確茶樹對土壤的酸堿性（pH值）要求，并設置情境任務：學校要建設一個茶園作為勞動教育基地，請同學們為這片土地進行酸堿性檢測，看看這片土地是否適宜種植茶樹。

（二）茶葉的化學成分探究

活動一：了解茶葉的主要成分。

1.通過查閱資料了解茶葉的主要成分有哪些。

2.通過實驗定性的方法測定氨基酸物質的存在，通過化學實驗定性分析某些物質的存在，通過定量分析的方法測定該物質的含量。

活動二：茶葉中影響口感的成分探究。

1.通過《茶藝師》基礎知識的查閱，了解舌頭各部位對滋味的敏感度，了解不同的物質會產生怎樣的口感體驗。

2.評茶體驗活動，了解不同的化學物質存在于不同的茶葉部位中，從而影響著各種茶葉的味道。

活動三：茶葉里的一些化學成分對人的身體健康有什么影響？

1.通過閱讀指定書目，了解茶葉中以有機物形態存在的物質主要有：茶多酚、茶堿、茶色素、茶多糖、維生素、氨基酸。

2.項目活動：閱讀資料，從資料中尋找答案，填寫成分卡片，請6名學生分別扮演6種不同的成分，進行科學劇場表演，并呈現各成分的功能與功效（見表4）。

活動四：了解茶藝知識體系中的茶水比、水溫要求、沖泡時間。

通過查閱資料及實踐，了解如何沖泡才能使茶湯有更好的口感且喝得更健康，了解沖泡茶葉的茶水比，內含物質析出的先后，控制好沖泡溫度和時間等。

（三）水質對泡茶的影響探究

活動一：探究什么樣的水質更有利于茶葉的口感提升。

通過實驗了解偏酸性水比中堿性水泡茶更好喝。

活動二：探究水中金屬離子含量對茶湯滋味和香氣的影響。

通過沖泡實驗，了解含鈣鎂離子的重水對茶湯口感的影響。

活動三：探索物理與化學學科中兩種凈化水質的方法。

明礬溶于水后生成的膠狀物能吸附水中的難溶性雜質，使雜質沉降；活性炭內部發達的孔隙具有強吸附性，可進行物理凈化。

（四）茶文學茶文化探究

活動一：地方茶文化宣傳大使活動。

情境設置：中國是茶的故鄉，很多地方都有屬于自己的一款代表性特產茶，假設你們小組要為當地的文旅部門做文旅策劃案，請以小組為單位為你所在省或城市的特產茶做一份文化推廣創意文案，有條件的還可以嘗試拍一個主題短片或設計一個茶文化創意圖標。

活動二：茶文學鑒賞。

茶，性恬淡清雅，提神益思。古往今來的文人墨客不乏嗜茶者，并將之作為詠唱的對象，對其進行精細的描寫，或是借茶抒情詠懷。每個小組選擇與茶相關的文學文本進行鑒賞，選擇好鑒賞的角度，并能揭示出該作品所描述的茶現象背后的科學原理。

活動三：茶文化探究與體驗。

利用圖書館資料或網絡資源探究茶文化的中華傳統文化意蘊，并對其進行評述。

四、學習項目設計反思

綜上所述，對于“茶文化”跨學科學習項目的設計，首先要設計好主題情境，以“茶如何促進人的健康生活”為跨學科學習的大概念，將學科知識與學生的生活經驗有機聯系起來，激發學生真實的學習動力和探究欲望。其次，每個子項目一定要設計好足夠的支架，包含知識支架和資源支架，因為跨學科學習項目指向真實的問題解決，會有超出書本學科知識的內容，教師提供足夠的支架才能促進學生進一步探究。再次，需要根據生活邏輯設計好學科實踐活動。學科實踐基于各學科的核心知識和概念，教師要引導學生用學科思想和方法去解決生活問題，達成生活邏輯與學科邏輯的統一，形成有價值的科學探究和實踐，最終實現學習項目的跨學科融合。最后，需要在學習項目中關注學生核心素養的培養，激發學生的學習興趣，在實施過程中適時引導學生學會合作交流。

參考文獻：

［1］中華人民共和國教育部. 義務教育課程方案（2022年版）［M］. 北京：北京師范大學出版社，2022.

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

［3］韋鈺. 以大概念的理念進行科學教育［J］. 人民教育，2016（1）：41-45.

［4］陳英和，張淳俊. 基于跨學科概念圖的跨學科知識整合模型［J］. 北京師范大學學報（社會科學版），2010（1）：37-44.

（責任編輯：羅小熒）