新課程背景下高中化學跨學科主題教學設計
作者：王英彤 王秋 石峰
來源：《化學教學》2021年第08期
摘要：選取生活中常見的無糖飲料，以“糖尿病患者是否能飲用無糖飲料”為問題主線，綜合化學學科和生物學科內容，以科學探究的形式將陌生的學科知識與熟悉的日常生活聯系起來。從化學和生物學科視角，分析、闡釋新課程背景下高中化學跨學科主題的教學設計和教學過程，為高中化學跨學科教學提供參考。
關鍵詞：跨學科; 糖類; 教學設計; 高中化學
文章編號：1005-6629（2021）08-0063-06
中圖分類號：G633.8
文獻標識碼：B
1926年，哥倫比亞大學心理學家伍德沃斯（R.S. Woodworth）于當時新成立的美國社會科學研究理事會（SSRC）首次提出跨學科（Interdisciplinarity）的概念[1]，近百年來，跨學科理論飛速發展并應用于跨學科教學實踐，受到許多國家的重視。
1 跨學科主題教學內涵及意義
跨學科主題教學是指以一門學科為中心，在這個學科中選取一個中心主題，圍繞該中心主題，運用不同學科的知識和方法，開展對所指向的共同問題進行討論和解決而設計的教學活動[2]。
近年來，科學發展呈現大概念、大科學、大綜合的發展趨勢[3]，化學作為一門在原子、分子水平上研究物質的基礎學科，其認識物質和創造物質的特征，決定了化學與其他學科密不可分。從認識論角度出發，自然界中萬事萬物、人類社會的種種問題都存在千絲萬縷的聯系，不同科目及其研究成果，為人們提供了認識世界的特有視角和思維方式，有利于人們從不同角度深入認識事物運行的規律，但是面對現實世界復雜真實問題時，又需要統整不同學科知識和方法以有效解決問題。目前，很多國家倡導的STEM教育和項目式教學，本質上都體現著跨學科思想，強調通過學科聯系解決問題。
我國高中階段目前實行的是分科教學模式。分科課程強調學科知識的縱向邏輯結構，并隨著年級的提升和學習的進階，對學生提出更高的要求。無論是從教師教學還是學生學習的角度，直接設置綜合課程都存在一定困難。在分科課程的基礎上實施跨學科教學，既能夠促進學生對各學科基礎知識的理解，又能夠加強學科間的橫向聯系。化學作為自然科
學的中心學科，很多知識和方法都能夠與其他學科相互滲透，因此，化學課堂適合作為實施跨學科主題教學的陣地。
2 教學主題的選擇
跨學科主題教學并非將不同學科內容簡單地羅列在一起，而是注重從多學科知識視角去解決問題，幫助學生獲得綜合應用所學各科知識去解決實際問題的能力。可以從飲食與健康、環境與發展、職業與安全，科技與前沿等視角，尋找與化學相關的跨學科主題。
首先，作為以化學課堂為主陣地的跨學科教學，在教學設計中要凸顯化學學科的主體地位。糖類這部分內容，在高中階段化學和生物課程中，內容上具有較高的重合性，但強調的重點不同。糖作為營養物質，從生物學科角度，強調糖類物質為維持人體生命活動提供能量、人體內的血糖平衡需要人體器官的調節等生理作用;從化學學科角度，突出物質組成、結構、性質及其關系，如糖類的結構特征決定性質、利用糖類特征反應鑒別糖類以及與營養健康相關議題的判斷與決策等。“探秘無糖飲料”這一主題，將無糖飲料作為聯系兩個學科的橋梁，“糖尿病患者是否能飲用無糖飲料”這一主線問題的解決需要綜合生物、化學兩個學科的知識，缺一不可，同時又以還原糖的鑒別反應原理為主要內容，凸顯化學學
科的主體地位。
其次，高中跨學科教學，要關注各相關學科課程標準對教學的要求。課標中“內容要求”規定的學習內容是學科核心素養形成的載體，學習內容要求的深廣度與學業質量水平要求相契合，而“學業要求”是依據學業質量標準的水平和內容要求編寫的，參照內容要求和學業要求，可以幫助教師更好地把握教學要求，落實教、學、評的一致性和一體化[4]。本節課涉及到的內容包括人教版高中生物選擇性必修1的血糖平衡的調節和高中化學選擇性必修3的還原糖的鑒別。高中化學新課標[5]和高中生物新課標[6]對“探秘無糖飲料”這節課所涉及的教學內容及要求如表1所示。
3 教學設計
3.1 教學分析
本節課內容選自人教版教材高中化學選擇性必修3第四章第一節中“單糖和二糖”相關內容與高中生物選擇性必修1第三章第二節“血糖平衡的調節”相關內容。以“探秘無糖飲料”為主題，圍繞“糖尿病患者能否飲用無糖飲料”這一具體問題，綜合運用化學學科和生物學科
的知識和方法解決問題，進行相關教學設計。教學過程中利用官能團醛基的特點，引出鑒別糖類的特征反應，提出解決問題的實驗方案。根據官能團的特點解釋和預測化合物性質，加深學生對物質結構與性質這一化學核心觀念的理解。且糖類作為營養物質，為維持人體生命活動提供能量，與人體生命系統中的內分泌腺體胰島有著密切聯系。以無糖飲料為橋梁，將糖的化學性質與生物功能聯系起來，進行跨學科主題教學，使學生能夠將學習思路遷移到其他關于科學飲食與身體健康的問題上，促使學生產生更多有意義、有價值的新問題，引起一系列更有效的學習行為。
高二學生在以往的學習中已經學習和經歷過探究式學習，對科學探究的思路和方法都有一定的認識，能夠針對一些問題做出科學合理的猜測，并且在教師引導下完成實驗探究。本節課的實驗探究階段，教師將自主權完全交給學生，從方案設計到結果分析由小組成員討論決定，實驗結果能夠真實地反映出學生實驗方案的合理性和操作的準確性。
3.2 教學目標設計
依據課標要求與教學分析，綜合兩門學科的學科特點，本節課教學目標如下：
（1） 通過分析胰島素和胰高血糖素對人體血糖的調節情況，建立人體的血糖調節模型，樹立物質觀與能量觀。
（2） 通過無糖飲料是否含糖的實驗探究，進一步學習科學探究方法。
（3） 通過對人工甜味劑安全性爭議的討論，建立以辯證角度認識世界的觀念，培養科學態度與社會責任的核心素養。
（4） 通過“糖尿病患者是否能飲用無糖飲料”這一問題的解決，建立運用多學科知識綜合解決問題的視角。
