初中化学跨学科实践活动的基本特征与实施路径

跨学科教育以培养具有综合素养的创新型人才为宗旨，正在全球范围内全面普及与推广。2022年发布的《义务教育课程方案》和16个义务教育课程标准提出要进行“跨学科实践”，并将其作为各学科新课标的一级主题，这是促进我国基础教育阶段课程内容与教学方式深刻变革的重要举措。根据《义务教育化学课程标准（2022年版）》，“跨学科实践”被列为五大核心学习主题之一，至少需要使用10%的课时量进行学习。这一设计凸显了化学学科在解决真实问题中的独特价值，要求学生在实践中实现知识整合与能力迁移[1]。在此背景下，各学校对跨学科实践教学进行了积极探索，但调研发现，化学教师对“什么是好的跨学科实践教学”感到困惑，对如何以跨学科实践呈现化学教学内容亦尚未形成统一认识[2]为此，本文基于建构主义学习理论与社会文化视角，结合国内外实证研究成果，探讨对于初中化学跨学科实践的内涵理解，提炼化学跨学科实践活动的基本特征及其实施方式，以期为化学教师在“双新”背景下进行跨学科实践活动教学提供理论与实践支持。1初中化学跨学科实践活动的内涵界定“跨学科实践”往往以活动为载体展开。“跨学科实践活动”可看作是“跨学科”和“实践活动”两个短语的复合。Woodworth于1926年提出“Interdisciplinary'一词，并将其定义为“整合两个及以上的学科领域”[3]，成为学术界和教育界研究跨学科实践活动的开始。基础教育中的“跨学科”强调的是围绕一个主学科，有机融合主学科与其他学科的知识、技能和方法，以培养学生的跨学科理解能力和综合问题解决能力[4]实践活动指的是通过实际动手操作的方式，将理论知识应用于真实情境中进行的学习和实践过程5，通常包括实地考察和实验、模拟实验或案例研究、社区服务或实践项目、创新设计或工程实践等开展形式。这种活动需要学生亲身体验、操作，有利于动手能力的培养和生活经验的积累。综合以上，本研究将化学跨学科实践活动界定为以发展学生的跨学科思维和实践能力为目的，以真实问题为驱动，以化学学科核心知识与方法为锚点，有机融合化学和其他学科的知识和方法，深度整合科学探究、工程思维、人文伦理等多维度能力，引导学生从“知识消费者”向“问题解决者”角色转变的一种兼具专业性和综合性的学科教学活动。2初中化学跨学科实践活动的基本特征对初中化学跨学科实践活动基本特征的认识是设计跨学科实践活动的关键，本研究立足对化学跨学科实践活动的内涵理解与价值认识，从“目标-过程-支持一评价”四个维度探讨化学跨学科实践活动应具有的基本特征。2.1目标导向维度的特征2.1.1强调知识理解与能力发展协同化学教学往往以学科知识脉络为基础，构建化学知识谱系。但在跨学科实践中，学生面对的是复杂的社会性问题，因此需要着重培养学生对不同社会背景下化学知识表达形式的理解与内涵建构，提升学生的科学认知水平。由于社会真实情境中涉及多学科知识，还需以化学知识为起点，根据问题情境逐步建立与其他学科知识之间的关联。可见，以化学跨学科实践活动促进学生对本学科知识与其他学科知识的深人理解和应用是必然要求。化学跨学科实践活动中的社会、工程、生活主题，能够自然地将化学跨学科实践从化学学科引入到综合性的实践情境之中，学生需要开展查阅文献、整理资料、分析论证、设计与实施方案、化学实验与观察、总结反思等活动。上述过程指向解决综合的社会性问题，有助于发展学生的创新精神、综合实践能力。例如，在“自制天然酸碱指示剂”项目中，学生需探究植物色素（如紫甘蓝）的显色规律（化学知识），同时结合生物学知识（植物细胞结构）和数学方法（绘制pH-颜色变化曲线），最终设计出可用于检测家庭清洁剂酸碱性的工具。整个活动充分关注了化学、生物、数学等学科知识及学科特征思维方法的学习与综合运用，还培养了科学探究、批判性思维等实践能力。2.1.2兼具价值性与挑战性要求化学与日常生活、工程实践、社会发展联系产生的问题总是真实存在、有实际意义的，能够让学生体会到学习的价值一让生活变得更加美好，激发学生探索自然的内在动力，更为学生提供重新认识化学问题的视野，有助于他们对原有知识体系下问题的价值判定进行再构，为学生从化学走向社会奠定重要的价值认知基础。社会生活是一个复杂综合的问题集，学生面向这样复杂且系统的真实情境问题就是在迎接挑战，他们需要整合多个学科的核心知识和方法形成问题解决的思路，从而展现综合化的思维能力和对创新见解的回应。例如，在“社区水质检测与净化方案设计”项目中，学生需实地采集水样（地理实践），分析污染物成分（化学实验），设计低成本净水装置（工程思维），并撰写社区倡议书（语文表达）。通过一系列有难度梯度的任务的实施，逐步触发学生分析、创造、评价等高阶思维，也使学生体会到化学在环境保护中的实际价值，增强社会责任感。2.2学习过程维度的特征2.2.1体现\"思\"与\"做\"结合以往的化学教学中“思”与“做”常常是割裂开来的，造成学生“所思即所得”的线性问题解决思维。跨学科实践活动要求学生既“动脑”又“动手”，促进学生形成综合运用多学科知识解决问题的系统思维，实现深度学习。教师要将观察、实验、设计、制作、调查等穿插于化学跨学科实践活动中，让学生经历调研访谈、创意设计、动手制作、展示表达、方案评价、反思改进等多样化活动[，把想法“创”出来，把方案“做”出来，并将成果“用”起来，促进学生核心素养在这样的“思”与“做”的融合中发展。例如，在“探究食品添加剂的利与弊”活动中，学生需通过文献研究（思辨分析）了解添加剂的种类及作用，再通过实验（动手操作）检测常见食品中的添加剂含量，最后结合数据撰写调查报告并进行交流。让学生在“动脑思考、动手实验、动嘴表达”中深化对食品添加剂中相关学科知识的理解，发展核心素养。2.2.2注重新知获取与迁移应用融合化学跨学科实践活动对于知识学习的定位主要包括在社会背景下理解化学知识的内涵，在社会问题解决中建构跨学科综合知识体系。开展化学跨学科实践活动时，需超越传统上把知识的掌握、应用和创造作为相继发生的阶段的线性认识，应将知识学习嵌人问题解决或任务执行的过程中，呈现新知获取与迁移应用融合的特点，使得学生能够在实际操作中获得直接的反馈和经验，使知识学习具有了意义背景[7]。例如，在“碳中和背景下的燃料优化”项目中，学生需在探究新能源（如氢能）的过程中，学习燃烧反应、能量转化等知识，并设计低碳校园能源方案。该活动以解决问题为主线，将知识学习嵌入解决问题的过程中，要求学生迅速消化知识并加以综合运用，实现从“学化学”到“用化学”的跨越。2.2.3强调自主实践和团队协作联动化学跨学科实践对学生提出了较高的认知挑战，通常需要以合作学习的形式展开。学生通过小组对话、争论或商讨等形式对综合性问题进行探索，以达成共同的学习目标。化学跨学科实践活动还强调学生的自主实践，增强学生“内部人”的身份感知，促使学生积极参与，体现担当。这不仅是因为合作小组中组员的“生产性”作用关系的形成是顺利解决共同面对的挑战性任务的关键，而且只有学生切身经历了调查统计、分析推理、动手操作、交流评价、反思改进等一系列完整的实践过程，才能形成对内容的深人理解，发展思维能力与实践能力。例如，在“设计可降解塑料替代方案”项目中，学生分组调研塑料污染现状（生物降解原理）、进行实验对比不同材料的降解速率（化学分析），最终通过小组辩论确定最优方案。这个过程既有学生的自主实践，又有小组的讨论和整合，兼顾了学生自身素养的发展与团队协作沟通能力的形成。2.3支持与评价维度的特征2.3.1关注支架与工具设计学习支架是教育者帮助受教育者跨越最近发展区，激发潜在能力所给予的帮助[8]。跨学科实践活动所创设的学习任务具有挑战性和综合性，仅依靠学生的自主实践乃至合作学习往往难以完成，因此，学习支架和工具是撬动跨学科学习成功发生的重要支点。化学跨学科实践活动的学习支架主要包括情境性支架、策略性支架、评价性支架等。工具设计是指为学生提供实际操作和应用所需的工具和资源，包括实验器材、模型材料等物质工具，概念图、文献资料、评价表格等概念性工具。精心设计的学习支架和工具能够减少学生学习过程的盲目性，使学生能够更好地关联不同学科的知识和方法，提升应对复杂问题的自信心。例如，在“家庭垃圾分类与资源化”活动中，为学生提供“常见垃圾成分表”“化学反应流程图”等工具，降低探究难度，同时引导学生关联化学（物质性质）、社会（政策法规）等多学科知识。2.3.2重视成果交流与评价课程改革倡导“教一学-评”一体化，要求学生的学、教师的教和学习成果的评价相统一。成果交流与评价是化学跨学科实践活动实施的关键环节，它可以帮助教师更全面、客观地了解学生在实践活动中的表现和学习成果；而且通过成果交流与评价可以增进学生之间问题探讨的深度，引导学生学习的方向。化学跨学科实践活动的评价内容和评价方式可以多元化，主要包括学生参与学习活动的过程评价和物化成果评价，评价方式包括观察量表、纸笔测试、评价量规、学生访谈等[9。评价要注意与活动过程自然地整合在一起，有机融人到教学过程的各个环节中。例如，在“大运河水的净化与元素组成研究”[10]跨学科实践活动中，开展了“调查大运河水质”“自制净水器净水”和“探究水的组成与变化”三个核心实践任务，每个任务均嵌入对应评价标准。在各个阶段，各小组汇报过程与结果，其他小组根据标准进行评价，并阐明理由。该活动通过多主体参与、多维度设计、多形式结合的评价方式，实现了教学评价的多元化以及与教学环节的深度融合，有效支撑了核心素养导向的教学目标。3初中化学跨学科实践活动实施路径为了充分发挥化学跨学科实践活动对学科课程实施的整合功能，以化学核心知识与方法的学习与其他学科内容、情境或任务的关系为抓手，提出三种可供选择的化学跨学科实践活动的实施路径。3.1学科知识延伸式整合以化学学科的核心知识为基础，借助其他学科的情境拓展认知深度，利用其他学科的知识或情境习得化学知识。主要从本学科核心知识和基本技能教学需要出发，将触角延伸至其他学科的内容与方法，以促进对本学科核心知识与思想方法更深刻的理解，形成“为我所用”的联系拓展。该实施路径采用“锚点-关联-探究”三步法。第一步锚点，即锚定化学核心知识，以化学知识为逻辑起点，聚焦课程标准中的关键概念。第二步关联，即通过情境的选择与创设，将锚定的化学核心知识与特定的跨学科情境关联。第三步探究，即利用跨学科情境设计促进化学核心知识认知的探究任务，体现“学科融合一问题解决”的思维进阶路径，引导学生运用多学科知识解决问题。例如，在学习“金属的冶炼”一节内容时，首先，要锚定“金属活动性顺序”“氧化还原反应”等原理，以化学知识为基础生发跨学科实践活动。其次，可以将其与地理学科关联，分析金属矿藏分布图（如中国铁矿、铝土矿分布），讨论资源开发与地域经济的关系；与历史学科关联，对比古代“湿法炼铜”与现代“电解法”，理解技术演进中的化学原理，体会科技进步的重大意义。再次，将探究任务与工程实践整合，要求学生综合地质、环保、经济因素设计“金属冶炼厂选址模型”。引导学生应用地理、化学、道德与法治等多学科知识，综合考虑包括“金属的冶炼方式”“冶炼厂选址”“环境保护与污染治理”“工厂周边居民安置”等一系列问题，完成跨学科实践活动。3.2真实问题驱动式整合以健康、环境、材料、资源、能源等真实问题为切入点，综合利用化学本学科与其他学科的知识与方法共同解决真实问题，从而产生整合性理解。真实问题驱动式整合路径旨在通过社会真实问题串联多学科协作，引导学生形成综合性解决方案，发展学生多学科核心素养。一般是在学生学习核心知识后，教师利用真实问题情境进行教学深加工，一方面引导学生从化学的角度观察和分析问题，启发学生从现实的角度思考和研究问题；另一方面是在思考和解决现实问题中形成本学科与其他学科的联动[]该实施路径可采用“问题拆解-学科协作-工具设计-成果生成”四环模型。首先，筛选兼具价值性与挑战性的真实问题。合适的真实问题要贴近学生生活，激发学生探究动机；要涵盖化学核心知识，确保本学科深度；需要至少两门以上学科协作解决，彰显跨学科特点。其次，拆解跨学科实践任务，要由繁化简，解构跨学科任务，明确各学科介人节点与关联，以实现跨学科任务的分解、重组与设计。接着，设计与应用协作工具，特别注意配置数字化协作工具，提高协作效率，为成果转化、落地提供技术支持。最后，根据活动本身的目的合理选择产出形式，包括实物模型、数字平台等有形成果，以及研究报告、设计方案、政策建议等知识性成果。例如，在“设计校园空气治理方案”实践活动中，首先确定“如何降低校园PM2.5污染？”的问题。这与学生息息相关，贴近学生生活体验；解决该问题涉及污染物来源、检测污染物成分等化学知识，PM2.5对植物的影响等生物知识以及技术手段等信息技术学科知识，具备多学科协同解决的特点。其次，将任务拆解为分别以化学、生物、信息技术为主的任务。化学任务分为检测PM2.5成分（如碳颗粒、硫酸盐），分析污染源；生物任务为研究PM2.5对植物叶片气孔的影响；信息技术任务为设计校园空气质量监测数据可视化平台。再次，在实践过程中使用共享在线文档实现多成员同步编辑，提高信息的透明度与即时性；运用跨学科数据看板可视化呈现数据，促进高质量成果转化。最后，可举办“清洁空气科技展”，请学生展示实验数据与创新装置；也可以请学生提交《校园空气治理提案》，要求包含化学治理方案、绿化优化建议、监测系统设计等内容。3.3大概念统领式整合以跨学科大概念为统领，打破学科界限地整合相关学科内容，重构知识网络、串联概念形成有机整体，以实现学科本质的贯通[12]。大概念统领式整合，可以依据“概念穿透-学科重构”的操作框架开展化学跨学科实践活动。基于化学学习内容与任务，提取其中蕴含的跨学科大概念，并依据其内涵梳理其他学科反映该跨学科大概念的内容，围绕跨学科大概念设计跨学科学习主题，融合化学学科以及其他学科对应跨学科大概念的理解，以完成学科的内容、方法和整体结构的重新构建。例如，对于跨学科大概念“结构与功能”，化学学科突出“结构决定性质”“性质反映结构”等学科观念，具体可以体现为“结构与功能”的化学要义“原子结构决定元素化学性质”。如“碳单质的多样性”一课中碳的原子结构决定碳单质常温下化学性质稳定。此外，