发展化学教师核心素养：实验创新与跨学科素养——以《化学能转化为电能》为例

许俊杰

（江苏省常州市第一中学，江苏 常州）

20世纪以来的一个重要发展趋势是科学、技术与社会的相互渗透，这使科学更加变成了一项社会综合事业和工程，甚至不通过跨学科研究的方式，就不会有真正的科学突破。人们常说的STS（科学、技术与社会）研究就是对这一新兴领域和研究方式的集中概括。2014年教育部印发《关于全面深化课程改革落实立德树人根本任务的意见》，明确提出学生发展核心素养主要是指学生应具备的能够适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力。高中化学学科核心素养是学生发展核心素养的重要组成部分，诚然发展学生核心素养的前提是发展化学教师的核心素养。

高中化学核心素养五大维度第四点是科学探究与创新意识，化学是一门以实验为基础的学科，因此实验探究成为高中化学学习过程中必不可少的重要环节，其中有些实验就需要教师具备跨学科素养。苏教版化学必修二专题二第三单元化学能与电能的转化中的实验探究“原电池的构成条件”，可以与物理学科相结合，本节的教学内容中就有物理电学中的相关概念，如正负极、电流方向等概念的理解就需要借助物理学科的支持。笔者在《化学能转化为电能》一节公开课上播放了一段优酷网上用2380片橙子给苹果手机充电的视频后对实验创新与跨学科产生更深层次的理解，与物理学科老师合作制作“水果时钟”，以此为基础开展了一系列的实验探究，作为校本课程的组成部分，丰富了学生的课外学习生活。以下为水果时钟的实验设计方案：

一、实验装置设计图和电路图

二、实验操作步骤与测量结果

1.选择新鲜多汁的水果，以柠檬效果最佳。

2.以铜丝为正极、镁条为负极，将两电极插入水果内。

3.红色导线鳄鱼夹夹住铜丝，黑色导线鳄鱼夹夹住镁条。

4.观察石英钟的走动，打开数显电压表开关，读取电压表数值。

实验结果：柠檬、番茄、苹果等都可以作为水果电池使用，其中以柠檬效果最佳。水果个体差异（水果品质、新鲜程度等）很大，对实验结果影响较大。大多数情况，单个水果就能使石英钟正常工作；少数情况，水果不够新鲜、水分减少，或电极插入位置不够理想，造成工作电压过低（小于1V），石英钟无法正常工作，此时将两个或多个水果串联，即可以达到理想效果。在本次实验中，以柠檬为水果，铜丝（φ1mm×60mm）为正极、镁条（4mm×60mm）为负极，电极插入深度35mm、电极间距5mm。石英钟起始时间8:00、起始电压1.08V，工作电压基本稳定在1V，并逐渐缓慢衰减，比较石英钟与计时器的走时，两小时误差小于1秒，最终停止于时间11:50、电压0.87V。水果电池在2小时内工作状态良好，电压基本稳定，走时误差小于1S，可以满足课堂实验的需求，实验效果理想。

三、创新之处

1.实验装置操作简便，结果可视化，更有生活的趣味性，结合校本课程动手实践效果更佳。

2.实验装置可以继续围绕不同的电极材料、电极间距、电极深度等因素进行探究，同时也可以对单液电池和双液电池的实际效果有直观的体验。

3.结合物理学科电学的相关仪器，与化学原电池的工作原理相结合，进行跨学科的技术融合，给学生更深刻的印象，化学是真实的、有用的学科。

发展教师实验创新与跨学科素养，才能确保教师成为学生发展核心素养形成和发展的有力的引导者、辅导者、咨询者与合作者，最终实现师生核心素养的共同提升。《基础教育课程改革纲要（试行）》指出新课程结构重视了学科知识、社会生活和学生经验的整合，加强了学科之间的相互渗透，从而改变了现行课程过分强调学科本位的现象。化学与物理、生物等学科进行学科间融合，培养学生在复杂环境中提取有用信息的能力，创设真实的贴近生活的情境，尝试从多学科的角度来分析和解决问题。同时，实验创新和跨学科素养对教师专业发展提出了新的要求，给学生一杯水，教师自己要有一桶水，学无止境，教学相长。