新课程背景下高中化学跨学科主题教学设计
作者：王英彤 王秋 石峰
来源：《化学教学》2021年第08期
摘要：选取生活中常见的无糖饮料，以“糖尿病患者是否能饮用无糖饮料”为问题主线，综合化学学科和生物学科内容，以科学探究的形式将陌生的学科知识与熟悉的日常生活联系起来。从化学和生物学科视角，分析、阐释新课程背景下高中化学跨学科主题的教学设计和教学过程，为高中化学跨学科教学提供参考。
关键词：跨学科; 糖类; 教学设计; 高中化学
文章编号：1005-6629（2021）08-0063-06
中图分类号：G633.8
文献标识码：B
1926年，哥伦比亚大学心理学家伍德沃斯（R.S. Woodworth）于当时新成立的美国社会科学研究理事会（SSRC）首次提出跨学科（Interdisciplinarity）的概念[1]，近百年来，跨学科理论飞速发展并应用于跨学科教学实践，受到许多国家的重视。
1 跨学科主题教学内涵及意义
跨学科主题教学是指以一门学科为中心，在这个学科中选取一个中心主题，围绕该中心主题，运用不同学科的知识和方法，开展对所指向的共同问题进行讨论和解决而设计的教学活动[2]。
近年来，科学发展呈现大概念、大科学、大综合的发展趋势[3]，化学作为一门在原子、分子水平上研究物质的基础学科，其认识物质和创造物质的特征，决定了化学与其他学科密不可分。从认识论角度出发，自然界中万事万物、人类社会的种种问题都存在千丝万缕的联系，不同科目及其研究成果，为人们提供了认识世界的特有视角和思维方式，有利于人们从不同角度深入认识事物运行的规律，但是面对现实世界复杂真实问题时，又需要统整不同学科知识和方法以有效解决问题。目前，很多国家倡导的STEM教育和项目式教学，本质上都体现着跨学科思想，强调通过学科联系解决问题。
我国高中阶段目前实行的是分科教学模式。分科课程强调学科知识的纵向逻辑结构，并随着年级的提升和学习的进阶，对学生提出更高的要求。无论是从教师教学还是学生学习的角度，直接设置综合课程都存在一定困难。在分科课程的基础上实施跨学科教学，既能够促进学生对各学科基础知识的理解，又能够加强学科间的横向联系。化学作为自然科
学的中心学科，很多知识和方法都能够与其他学科相互渗透，因此，化学课堂适合作为实施跨学科主题教学的阵地。
2 教学主题的选择
跨学科主题教学并非将不同学科内容简单地罗列在一起，而是注重从多学科知识视角去解决问题，帮助学生获得综合应用所学各科知识去解决实际问题的能力。可以从饮食与健康、环境与发展、职业与安全，科技与前沿等视角，寻找与化学相关的跨学科主题。
首先，作为以化学课堂为主阵地的跨学科教学，在教学设计中要凸显化学学科的主体地位。糖类这部分内容，在高中阶段化学和生物课程中，内容上具有较高的重合性，但强调的重点不同。糖作为营养物质，從生物学科角度，强调糖类物质为维持人体生命活动提供能量、人体内的血糖平衡需要人体器官的调节等生理作用;从化学学科角度，突出物质组成、结构、性质及其关系，如糖类的结构特征决定性质、利用糖类特征反应鉴别糖类以及与营养健康相关议题的判断与决策等。“探秘无糖饮料”这一主题，将无糖饮料作为联系两个学科的桥梁，“糖尿病患者是否能饮用无糖饮料”这一主线问题的解决需要综合生物、化学两个学科的知识，缺一不可，同时又以还原糖的鉴别反应原理为主要内容，凸显化学学
科的主体地位。
其次，高中跨学科教学，要关注各相关学科课程标准对教学的要求。课标中“内容要求”规定的学习内容是学科核心素养形成的载体，学习内容要求的深广度与学业质量水平要求相契合，而“学业要求”是依据学业质量标准的水平和内容要求编写的，参照内容要求和学业要求，可以帮助教师更好地把握教学要求，落实教、学、评的一致性和一体化[4]。本节课涉及到的内容包括人教版高中生物选择性必修1的血糖平衡的调节和高中化学选择性必修3的还原糖的鉴别。高中化学新课标[5]和高中生物新课标[6]对“探秘无糖饮料”这节课所涉及的教学内容及要求如表1所示。
3 教学设计
3.1 教学分析
本节课内容选自人教版教材高中化学选择性必修3第四章第一节中“单糖和二糖”相关内容与高中生物选择性必修1第三章第二节“血糖平衡的调节”相关内容。以“探秘无糖饮料”为主题，围绕“糖尿病患者能否饮用无糖饮料”这一具体问题，综合运用化学学科和生物学科
的知识和方法解决问题，进行相关教学设计。教学过程中利用官能团醛基的特点，引出鉴别糖类的特征反应，提出解决问题的实验方案。根据官能团的特点解释和预测化合物性质，加深学生对物质结构与性质这一化学核心观念的理解。且糖类作为营养物质，为维持人体生命活动提供能量，与人体生命系统中的内分泌腺体胰岛有着密切联系。以无糖饮料为桥梁，将糖的化学性质与生物功能联系起来，进行跨学科主题教学，使学生能够将学习思路迁移到其他关于科学饮食与身体健康的问题上，促使学生产生更多有意义、有价值的新问题，引起一系列更有效的学习行为。
高二学生在以往的学习中已经学习和经历过探究式学习，对科学探究的思路和方法都有一定的认识，能够针对一些问题做出科学合理的猜测，并且在教师引导下完成实验探究。本节课的实验探究阶段，教师将自主权完全交给学生，从方案设计到结果分析由小组成员讨论决定，实验结果能够真实地反映出学生实验方案的合理性和操作的准确性。
3.2 教学目标设计
依据课标要求与教学分析，综合两门学科的学科特点，本节课教学目标如下：
（1） 通过分析胰岛素和胰高血糖素对人体血糖的调节情况，建立人体的血糖调节模型，树立物质观与能量观。
（2） 通过无糖饮料是否含糖的实验探究，进一步学习科学探究方法。
（3） 通过对人工甜味剂安全性争议的讨论，建立以辩证角度认识世界的观念，培养科学态度与社会责任的核心素养。
（4） 通过“糖尿病患者是否能饮用无糖饮料”这一问题的解决，建立运用多学科知识综合解决问题的视角。
