跨界课堂教学分析与思考******——以“跨学科思维下的理化问题分析”为例

□张玉荣

（江苏省常熟市中学，江苏常熟 215500）

一、跨界课堂和跨学科教学

跨界课堂，主要是体现在学科的跨界上，即打破学科之间的界限，让各学科知识尽可能地相互交融、彼此支撑.其实任何一科的学习都不是孤立存在的，即使是语文和数学之间也不是彼此之间毫无关系，能够让学生发现知识之间的联系，发现事物之间的因果，会更好地加强学生对知识的灵活运用，开阔学生的思维，锻炼学生的能力，提升学生的智慧，这才是跨界课堂的意义所在.跨界课堂的教学内容必须是学科融合的知识，如何将这些学科融合的知识有机地联系起来展现给学生，引导学生分析、思考，养成学生的跨学科思维，培育学生跨学科素养，这就是我们“跨界课堂”教学举措的核心和宗旨.

跨学科教学，又被称作“学科交叉教学”“学科渗透教学”，它指的是教学过程中以某一学科为中心，打破学科界限，融合各学科知识，有目的、有计划地进行教学设计和组织教学活动，编制综合知识网络和能力网络.它是基于多元智能理论的一种新思路，是对教育目的的一种全新思考.它通过整合多学科知识开展多元智能教学活动，将各学科有机组织起来，构建跨学科知识网络的一种教学形式，是“跨界课堂”的主要教学模式.

在“跨界课堂”的开发和设计中，我们将高中学段一些学科间有联系的知识以问题的形式串起来，在跨学科教学中引导学生结合所学知识对问题进行分析、思考，逐步养成学生跨学科思维，取得了一定的效果.本文以《跨学科思维下的理化问题分析》一课中的教学片段为例作教学分析和思考.

二、跨界课堂教学实践分析

【教学片段】

师：我们知道闪电是日常生活中常见的一种自然现象.播放一段闪电雷雨的视频，让学生观看.

师：视频中同学们看到哪些现象？从现象中想到哪些问题？请同学们列出.（学生思考讨论）

师：展出部分学生写的现象和问题，并作一些简评.

过渡：刚才同学们的问题都列举得很好，老师这里列举其中部分问题进行分析：如：①雷雨时空气中发生的化学反应；②闪电中的能量释放和能量利用问题；③闪电时空气中形成光柱的原因；④雷电时空气中气体的体积、压强变化问题等.

（一）雷雨时空气中发生的化学反应

问题1：写出每次电闪雷鸣之时，空气中可能会发生的化学反应方程式，并由此说明闪电对人类生活有何益处？

师：展示学生分析成果，作简评和补充，回到视频问题并引入下一问题.

教学设计意图：借助问题让学生复习放电条件下空气主要发生的化学反应.教学中发现许多同学漏写氧气转化为臭氧的方程式，笔者在教学评价时就引导学生（为什么雷雨后空气变得更清新？）思考，“闪电对人类生活有何益处”为下一个问题的分析打前锋.

（二）闪电中的能量释放和能量利用问题

问题2：电闪雷鸣是日常生活中司空见惯的自然现象，地球上每年平均发生31万余次闪电.

（1）设某次雷电中，两块云团间的电势差约为109V，放电电量约为15C，计算该次雷电中释放的能量为多少焦耳？相当于多少度电？

（2）在闪电过程中，空气中的氮气和氧气可以直接化合，已知1mol氧气和氮气完全化合时吸收180.74kJ的能量，如果闪电时有1/1000的能量用于这一反应，那么，此次闪电所产生的NO的物质的量是多少？如果此次闪电的含氮生成物全部转化成盐的形式进入土壤，则相当于给土壤施了多少千克尿素肥料？

生：分组讨论，分享部分小组的讨论成果，教师作一些补充和评价.

问题延伸：①如果一个家庭每天用10度电，则一次闪电可供该家庭使用时间为多少？②设一亩农田一季水稻需尿素10kg，则一次闪电可提供多少亩农田种一季水稻？一年的闪电可供多少亩农田种一季水稻？

教学设计意图：闪电中有能量释放，同学们都了解，但都只是定性的，该问题的设计让同学们有了定量的概念.该问题中第二小题的分析是理化知识的融合，跨学科思维的锻炼，计算结果回答了问题1的埋笔；“问题的延伸”让学生体验到大自然的魅力（一次闪电释放可供一个家庭用1年多的电能，同时一年闪电生成的含氮化合物可供15.5万亩农田种上一季水稻），同时为下一个问题“能源的利用”的提出从思维上做了无痕对接.

过渡：既然闪电中有如此大的能量释放，人类对其利用如何？由于技术手段的问题，目前还没有能够利用闪电能量的成果.但是，我们在其他方面很好地利用了能源造福人类，如核能的利用.

1.能源利用一：核能的利用

师：提供核电站的一组图片，学生观看的同时教师作简要介绍，引导学生提出问题.

师：这里我们重点了解一下核能利用中的核裂变.

问题3：完成下列核反应方程式：

学生回答解题理由，教师评价并引入下一问题：我们知道核裂变会放出大量的热，许多化学反应也会放出大量的热.为什么我们把核能定为新能源？

问题4：核电站中采用核反应堆使核裂变，将释放出的巨大能量转换成电能.

（1）写出核裂变反应和一般的化学反应的不同点（请答三点）.

（2）核电站在热量传递的循环系统中应用钠钾合金作为传递介质，试根据钠钾合金的性质，说明这一应用的两点理由.

学生叙述思维分析；教师评价补充，并引入下一问题：我们不仅对核反应释放的巨大能量有了很好的利用，同样在某些领域我们也很好地利用微小的能量，如：在医疗上.

教学设计意图：该问题的设计一方面是介绍人类对核能的利用，拓展学生视野；另一方面是将中学的基本知识和实际生产应用进行有效连接，激发学生的学习热情和求知欲.问题4的第一小题回答要求学生必须从物理、化学不同学科角度深入分析核裂变反应和化学反应各自的特点，对学生的思维分析能力培养具有挑战性的意义.第二小题则是和化学教材内容零距离对接.

2.能源利用二：电能在医疗上的应用

师：提供心脏起搏器的图片，要求学生回答心脏起搏器使用时的基本原理，教师作简评和补充.

问题5：取Pt和Zn为电极材料埋入人体内作为心脏起搏器的能源，它跟人体的体液中含有一定浓度的溶解O2、H+和Zn2+进行作用.

（1）写出该电池的电极方程式.

（2）该电池在0.8V、40μW条件下进行工作，则工作的电流为多少安培？

（3）如果在（2）提供条件下，将6.5g Zn埋入人体内，则可维持多少年才需要第二次手术进行更换？（取两位有效数字）

生：分组讨论，分享思维成果，教师评价和补充.回到视频问题并引入下一问题.

教学设计意图：针对能源利用一的问题是核能的利用引出微小的能源在医疗上的利用，让同学们意识到人类不仅利用大的能量，也同样很好地利用微小能量.特别是问题5的第三小题的分析解决，同学们不仅充分融合理化知识，锻炼跨学科思维，而且眼前一亮：12年更换一次心脏起搏器，科技造福人类.

（三）闪电时空气中形成光柱的原因

学生观察“丁达尔现象”的图片，教师引导提出问题，学生回答问题：胶体分散系中分散质微粒直径是多少？光通过胶体发生了什么现象？教师评价.

问题6：光线通过胶体会有“丁达尔现象”，而浊液和溶液无此现象.

（1）胶体微粒直径d与入射光的波长λ相比（）

A.d>>λB.d<<λ

C.d与λ数值无关D.d与λ数值相近

（2）光在通过胶体时发生的物理现象是（）

A.散射 B.折射 C.干涉 D.全反射

（3）下列哪组现象能说明光具有波粒二象性（）

A.光的色散和光的干涉

B.光的干涉和光的衍射

C.光的衍射和光电效应

D.光的反射和光电效应

（4）人眼可察觉到10-18J光能，绿波波长5000Å，则能引起视觉的绿光光子数至少为多少个.一单色光在某介质中的波长为λ，其光子能量为E，则介质对此光的折射率为多大；设激光器的输出功率为p，则它每秒发出的光子数为多少.

生：学生分组讨论，分享思维成果，教师评价、补充.

教学总分析：①在这一教学片段中，笔者是以一段雷雨视频入手，从雷雨的现象中引出要思考的问题，然后在问题的引领下逐一展开，这样体现了教学的整体性，同时也培养了学生“透过现象看本质”的理性思维素养.②视频入手，每展开一个问题都配有图片，让学生有直观感受，活跃课堂气氛，触发学生思维.③每一问题的展开都是和我们的生活、生产密切关联，使学生有强烈的震撼感，激发学生学习热情.④展开的每一个问题都是我们高中学段的理化基本知识的融合应用，对问题的分析过程就是跨学科思维的培养，紧紧围绕“跨界课堂”的教学宗旨和核心.⑤教学过程始终是问题导向，学生的分组讨论、思维分析、分享成果为主线，教师引导、评价、鼓励为辅助的模式，充分体现以学生为中心，发展学生为主题，培养学生为目标的教学理念.

三、跨界课堂教学思考

（一）跨界课堂教学设计

由于跨学科教学没有教材，每一节课的内容都必须是任课教师自己编写；同时学生在平时教学中较少接触跨学科教学.因此，我们的教学设计思路是：尽量从生活、生产中学生熟悉的信息入手，主要以“问题引导式”进行教学.这样便于学生“入戏”；同时又能带动学生思维.我们通过实践和探究，总结了一套实用性强、便于操作、效果佳的课堂教学设计格式.具体如图1所示.

图1　

（二）跨界课堂教学的实施

在目前的教学大环境下，跨学科教学不是学校教学的主流，跨界课堂教学全面实施有一定难度.我校的江苏省基础教育前瞻性教学改革实验项目“共生理念下中学生跨学科素养培育”通过审核后，项目实施的领导小组和项目核心组成员提出了许多项目实施的举措，“跨界课堂”就是其中的一项.经过一学期时间的研讨和准备，2017年开始尝试性上课，规定每两周在一个年级各班同时开设“跨界课堂教学”课1节，核心成员上课，项目领导和项目后备教师听课、评课、总结.同时我们也借助学校教学开放日、学校评优课、专家指导项目推进活动等形式不断尝试跨学科教学，加大跨界课堂教学实施力度.

（三）跨界课堂教学的目的

跨界课堂教学的目的就是培养学生的跨学科素养.但是，学生的跨学科素养的培养也不是仅靠在校的几节课，分析几个跨学科问题，做几个跨学科的试题就能达到.因此，我们在教学设计时就思考了这个问题，我们的目的不仅是培养学生的跨学科素养，更重要的是培养学生的学习兴趣、锻炼学生的跨学科思维、感知知识的巨大作用、树立终身学习的理念、激发学生的创新思维、发展学生的个性、提升学生的智慧——培养学生成为全面发展的人，这才是我们跨界课堂教学的真正目的.

（四）跨界课堂教学中的一些问题和想法

1.课堂问题的选用

为了突出跨学科教学的特点，达到跨界课堂教学的目的，我们在选取问题时尽量要做到以下几点：问题的实用性、前瞻性、问题中涉及的知识与高中知识的融合和层次对接、问题引导时学生思维的梯度连贯性、问题解决后让学生有意犹未尽之感、选用学生熟悉或想知道的问题等.

2.教学中遇到的问题

①教师问题：目前没有跨学科的教师，我们是以小组为单位（5~8人），学科间要相互配合，备课时间长.因此需要学校进一步协调，并提供教师再培训的机会，不断提高教师的跨学科素养.

②时间问题：一是课时，二是教师时间.因为一节课有时需要几位教师同时到堂，另外，学校目前没有较多的课时安排，希望学校加强重视.

③学生问题：就本学期上课的情况来分析，只有七成左右的学生比较感兴趣，上课积极思维，主动思考，达到一定的效果.迫于高考的压力，部分学生对课程的实施积极性不高，希望学校加强宣传力度.

④设备问题：跨学科教学中有许多问题需要用现代信息技术、数字传感仪、数据采集器、未来教室设备等来处理.一方面目前学校在这方面设备有限，另一方面对这些设备的熟悉和使用需要对教师和学生进行培训.

⑤教材问题：学校没有现成的教材，我们的项目核心成员必须自行编写教材.目前编写的教材还处于零散阶段，需不断归纳、总结，逐渐形成系统化的校本教材.

⑥教学评价：目前没有成熟的教学评价，我们正在积极探索、讨论、研究中.

四、结语

跨界课堂教学尽管是尝试阶段，各方面都不成熟，但是学生跨学科素养的培养是教育部印发《关于全面深化课程改革落实立德树人根本任务的意见》（【2014】4号）中明确指出的核心素养体系中的重要组成部分.因此，只要我们不断努力、不断探索、不断尝试、不断总结，跨界课堂教学的校本教材会不断完善；随着新一轮课程改革的展开，跨界课堂教学的环境会越来越成熟.笔者相信，只要我们坚持创新，跨学科教学会成为我们高中教学的新常态.□◢