學(xué)科交叉視域下化學(xué)教學(xué)研究
——以基本營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)“蛋白質(zhì)”為例

李 慧，字 敏

(云南師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，云南 昆明 650500)

學(xué)科交叉是指研究、融合并建立兩門(mén)及兩門(mén)以上學(xué)科的有關(guān)理論及實(shí)踐之間的有效聯(lián)系[1]。學(xué)科交叉符合新時(shí)代高中化學(xué)“素養(yǎng)為本”教學(xué)需要，打破關(guān)聯(lián)學(xué)科之間隔閡，在項(xiàng)目問(wèn)題的解決過(guò)程中使學(xué)生面對(duì)真實(shí)情境問(wèn)題能進(jìn)行綜合思考，進(jìn)而分析解決問(wèn)題，將化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)落地。

1 當(dāng)前教學(xué)困境

1.1 學(xué)科自身邏輯固化思維

當(dāng)前,普遍采用的分科教學(xué)雖能使學(xué)生快速獲取系統(tǒng)性的知識(shí)，然而學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)通常需要綜合性的知識(shí)，往往涵蓋多學(xué)科、多視角的知識(shí)。自然學(xué)科自身獨(dú)有的邏輯體系，使得學(xué)生思維僵化，將生活與知識(shí)完全分割，從而難以整合知識(shí)線(xiàn)索，并缺乏全面認(rèn)識(shí)問(wèn)題的能力。例如，2018年全國(guó)卷Ⅰ理綜試題第八題B選項(xiàng)：酶是一類(lèi)具有高選擇性催化性能的蛋白質(zhì)。出題者判定此選項(xiàng)正確，但從高中生物視角判斷卻是錯(cuò)誤的，因?yàn)樯镏忻概c蛋白質(zhì)并不等同。固化的學(xué)科邏輯弊端可見(jiàn)一斑。

1.2 教師認(rèn)知偏差

化學(xué)選擇性必修教學(xué)版塊的出現(xiàn)，在一定程度上拓寬了教師教學(xué)的內(nèi)容，加重了教學(xué)負(fù)擔(dān)，因此大部分教師將“學(xué)科交叉”停留在紙上談兵階段，尚未付諸行動(dòng)；而少部分已經(jīng)開(kāi)始將“學(xué)科融合”理念與實(shí)踐相結(jié)合的教師，則遭遇“評(píng)價(jià)危機(jī)”[2]。盡管學(xué)科交叉的知識(shí)層面仍可采取傳統(tǒng)的教學(xué)評(píng)價(jià)，但對(duì)于能力評(píng)價(jià)層面難以形成符合交叉學(xué)科特點(diǎn)及發(fā)展規(guī)律的評(píng)價(jià)體系，無(wú)法對(duì)學(xué)生能力的反饋進(jìn)行解讀。

2 學(xué)科交叉教學(xué)策略

2.1 模糊學(xué)科界限并組織跨學(xué)科大概念

優(yōu)秀學(xué)習(xí)者應(yīng)當(dāng)是無(wú)顯著分界感地學(xué)習(xí)知識(shí)，并無(wú)意識(shí)地使用不同來(lái)源的知識(shí)，使得解決問(wèn)題的過(guò)程就是知識(shí)的再創(chuàng)新[3]。教師作為學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者，應(yīng)積極接受在職教育，自覺(jué)探索模糊學(xué)科界限的可能性，增強(qiáng)自身跨學(xué)科素養(yǎng)，引導(dǎo)學(xué)生獲得無(wú)明顯學(xué)科界限的通用方法能力。

學(xué)科大概念指的是具有聯(lián)結(jié)性、整合性，以及遷移性特點(diǎn)的，能在多學(xué)科中均具有解釋力的各學(xué)科共同概念[4]。現(xiàn)階段大單元教學(xué)趨勢(shì)下學(xué)科大概念尤為重要。為打破學(xué)科壁壘，學(xué)科交叉教學(xué)下的教師需要組織跨學(xué)科大概念。

2.2 設(shè)計(jì)跨學(xué)科評(píng)價(jià)

有效教學(xué)評(píng)價(jià)，能反作用于教學(xué)，促進(jìn)交叉內(nèi)容的教學(xué)向良性方向發(fā)展，但目前權(quán)威評(píng)價(jià)框架尚未面世，因此傳統(tǒng)紙筆測(cè)試的更新變革不可忽視[5]。例如，2021年的廣東高考卷單選題第八題中提到，鳥(niǎo)嘌呤是一種有機(jī)弱堿，借此考察鹽的水解及電離平衡。相較于早期的高考卷試題考察，現(xiàn)階段越來(lái)越多的試題趨向于將多學(xué)科知識(shí)進(jìn)行交叉融合，借此考察學(xué)生的能力。

3 學(xué)科交叉教學(xué)設(shè)計(jì)——蛋白質(zhì)專(zhuān)題

3.1 素養(yǎng)分析

蛋白質(zhì)專(zhuān)題需要落實(shí)的高中生物及化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)見(jiàn)表1

3.2 教材分析

人教版高中生物及化學(xué)教材中“蛋白質(zhì)”內(nèi)容交叉見(jiàn)表2。

3.3 學(xué)情分析

知識(shí)基礎(chǔ)：高中生物必修一第一單元第三節(jié)已掌握蛋白質(zhì)的基本組成單位氨基酸、蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)及部分蛋白質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)，包括脫水縮合及利用雙縮脲試劑檢測(cè)蛋白質(zhì)，但學(xué)生缺乏相關(guān)有機(jī)化學(xué)知識(shí)支撐，對(duì)蛋白質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)的學(xué)習(xí)停留在淺層次。

能力基礎(chǔ)：高二學(xué)生已具備一定的邏輯思維能力、自主探究能力，以及小組合作能力。

表1 蛋白質(zhì)版塊需落實(shí)的高中生物及化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)

表2 人教版高中生物及化學(xué)教材中“蛋白質(zhì)”內(nèi)容交叉

3.4 教學(xué)及評(píng)價(jià)目標(biāo)

3.4.1 教學(xué)目標(biāo)

一是通過(guò)探究牛胰島素結(jié)晶的合成過(guò)程，建立蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能用途的關(guān)聯(lián)；二是通過(guò)檢驗(yàn)牛胰島素結(jié)晶是否合格，初步形成基于物質(zhì)結(jié)構(gòu)對(duì)預(yù)測(cè)性質(zhì)的認(rèn)識(shí)模型；三是通過(guò)工廠(chǎng)擴(kuò)大蛋白質(zhì)生產(chǎn)的方向設(shè)計(jì)，進(jìn)一步增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任感。

3.4.2 評(píng)價(jià)目標(biāo)

一是通過(guò)交流和點(diǎn)評(píng)牛胰島素結(jié)晶合成過(guò)程，診斷并發(fā)展學(xué)生認(rèn)識(shí)思路的結(jié)構(gòu)化水平；二是通過(guò)對(duì)牛胰島素結(jié)晶蛋白質(zhì)的相關(guān)檢測(cè)，診斷并發(fā)展學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究的水平;三是通過(guò)對(duì)常見(jiàn)蛋白質(zhì)的歸類(lèi)分析，診斷并發(fā)展學(xué)生對(duì)化學(xué)價(jià)值的認(rèn)識(shí)水平。

3.5 教學(xué)流程

具體教學(xué)流程見(jiàn)圖1。

3.6 教學(xué)過(guò)程

具體教學(xué)過(guò)程見(jiàn)表3。

表3 教學(xué)過(guò)程

表3(續(xù))

4 結(jié)語(yǔ)

1)多學(xué)科交叉融合，不限于化學(xué)與生物

化學(xué)學(xué)科作為重要基礎(chǔ)學(xué)科，涵蓋大量跨學(xué)科知識(shí)內(nèi)容，不僅僅局限于生物學(xué)科，多類(lèi)理工科知識(shí)均能用于進(jìn)行學(xué)科交叉設(shè)計(jì)[6]。如數(shù)學(xué)學(xué)科是解決理工科問(wèn)題的重要工具，利用數(shù)學(xué)工具優(yōu)化化學(xué)重難點(diǎn)知識(shí)，能更好培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)，部分化學(xué)定義能使用數(shù)學(xué)表達(dá)式進(jìn)一步清晰表達(dá)其內(nèi)涵及運(yùn)用。例如，物質(zhì)的量版塊利用數(shù)學(xué)表達(dá)式能極好地連接宏觀與微觀世界，幫助學(xué)生建立化學(xué)模型。同時(shí)利用立體幾何數(shù)學(xué)知識(shí)建構(gòu)分子結(jié)構(gòu)，利于學(xué)生判斷陌生物質(zhì)結(jié)構(gòu)及原子共面情況。物理學(xué)科深刻影響化學(xué)學(xué)科發(fā)展，通過(guò)化學(xué)史發(fā)現(xiàn)，眾多物理知識(shí)成為化學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)。例如，衍射、X射線(xiàn)等為化學(xué)學(xué)科提供新的研究手段，同時(shí)物理中能量守恒定律能用于解釋化學(xué)熱力學(xué)知識(shí)內(nèi)容[7]。

2)開(kāi)發(fā)學(xué)科交叉校本課程

人教版高中化學(xué)教學(xué)基本安排于高一下學(xué)期與高二上學(xué)期，但與之相對(duì)應(yīng)生物知識(shí)卻安排在高一上學(xué)期，因此部分化學(xué)教師對(duì)交叉內(nèi)容陷入兩難的局面：部分認(rèn)為應(yīng)跳過(guò)重復(fù)內(nèi)容，避免時(shí)間浪費(fèi)；而部分教師學(xué)情分析不全面，難以把握相關(guān)生物學(xué)知識(shí)的講解難度。因此依靠學(xué)校力量，對(duì)目前高中化學(xué)及高中生物教材知識(shí)內(nèi)容順序進(jìn)行調(diào)整，制定校本教材，開(kāi)發(fā)跨學(xué)科校本教材及課程，實(shí)施跨學(xué)科教學(xué)[1]。