基于学科融合理念的教学探究

王嫒华

摘要：综合运用化学和其他学科的知识分析解决复杂问题，发展学生的科学素养是当前化学课程改革的重要目标之一。以五色土为探究情境，通过“认识五色土——探究五色土——转换土色——观土色解决土壤问题”四个环节，引导学生自主探究土壤中“铁及其化合物的转化”，综合运用化学、地理、生物等知识来解释自然及生活环境中的现象，并尝试利用所学知识去解决实际问题，促进学生化学学科核心素养的提升。

关键词：学科融合;五色土;铁及其化合物的转化

文章编号：1008-0546（ 2021）08-0033-03

中图分类号：G632.41

文献标识码：B

doi： 10.3969/j.issn. 1008-0546.2021.08.009

一、背景

现实生活中任何有意义的问题都具有综合性和复杂性，单一的学科知识不能充分解释或解决这些问题，这要求在分科教学的背景下实施学科融合教学。在教育部颁布的《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》[1]中，也明确提出教师应适当融合跨学科知识，拓宽学生知识视野，丰富教学情境，让学生切身感受化学与科学、技术、社会和环境的密切联系，以及学习化学的意义，发展学生解决综合问题的能力。

二、教材分析

新教材苏教版化学必修第二册中，“探究铁及其化合物的转化”一节，以铁及其化合物为例，探究物质间的转化模型，筛选出物质制备时最优反应路线[2]。土壤，其颜色主要由含铁化合物的价态以及气候、生物化学过程等决定，颜色的变化与含铁化合物的价态变化密切相关。土壤中含三价铁较多时，土壤颜色偏红;含二价铁较多时，土壤颜色偏青。因此，土壤颜色及其颜色变化机理可以用于“探究铁及其化合物的转化”教学。不同颜色的土壤还代表不同地方，常用“五色土”象征五方和国土，在我国古代，帝王有祭祀五色土的传统。以不同颜色的土壤为主题研究对象，可以将化学、生物、地理、历史知识很好地融合在一起，开拓学生视野，引导学生综合利用所学知识解决实际问题，并在学习过程中构建物质转化模型。

三、教学目标

1.在探究过程巾掌握Fe3+与Fe2+的检验方法;

2.能运用变量控制的方法设计物质转化的实验方案，能根据实验现象进行合理推断;

3.能将铁元素的价态转化知识和Fe3+與Fe2+的特征检验知识迁移运用到生活环境中。

四、设计思路

本节课内容拟分为四个环节，逐步引导学生探究铁元素的价态转化规律，运用转化规律及检测知识去解决生产生活中的问题。

环节一：认识五色土（表1）

设计意图：将历史和地理题材引入化学课堂，激发学生学习兴趣和探究欲望，引导学生从多学科角度去分析五色土的象征意义及其形成原因，重点关注铁的价态在土壤颜色形成中的重要作用。

环节二：探究五色土（表2）

设计意图：向学生介绍不同价态铁元素的定性检测方法，让学生现场利用所学的知识去检测土壤，学以致用，引入一些定量检测的知识，架起课内知识与实际应用之间的桥梁。在检测方法方面，考虑到土壤溶液的复杂性，在这个环节只介绍了硫氰化钾检测Fe3+和硫氰化铁检测Fe2+。土壤中除了Fe2+具有还原性以外，还有其他的还原性物质，缺氧环境中还原性物质较多。高锰酸钾具有强氧化性，与还原性物质反应会褪色，引入这一实验是为了加深学生对氧化还原的理解。

环节三：转换土色（表4）

设计意图：本环节通过几组对比图片，引导学生从铁的转化角度分析土色的变化，从中总结出元素价态降低需要提供还原剂（如CO、H2），元素价态升高需要提供氧化剂（如02），从而建立一个物质转化关系模型。学生还可以从分析中发现，不仅化学物质，氧化还原环境的改变也可以调控铁元素的价态转化，物质的转化与反应条件密切相关。在理论铺垫的基础上，再给学生提供各种还原剂和氧化剂，让学生自主设计多种实验方案，实现铁的价态转化。利用开放型实验提高学生设计和优化实验方案的能力，引导学生对实验中的“异常”现象进行反思、质疑，并提出新的实验设想，且付诸实施。在实验探索中将知识内化。

环节四：观土色解决土壤问题（表5）

设计意图：引导学生将所学的铁元素价态转化规律以及检测知识运用到实际生产中，结合化学、生物学科知识，分析并解决水稻亚铁中毒的问题。不仅可以检验学生本节课知识的掌握及运用的情况，还可以促进学生尝试对复杂化学问题情境中的关键要素进行分析，并建构相应的模型来综合解释或解决复杂的化学问题。

五、总结反思

在当前新课标、新教材、新高考的背景下，有必要让学生多去接触一些生产生活中的案例，去认真解读一些习以为常的现象，培养学生的信息筛选处理能力、逻辑思辨能力、综合运用知识处理复杂情境下问题的能力。土壤颜色存在差异是一个真实存在的现象，高一的地理教材已经从气候角度进行过解释，学生平常在旅游或看新闻、看书的过程巾也会经常看到不同颜色的土壤，但很难想起与学过的各学科知识有什么关联。在本案例中，以“五色土的颜色”为主要情境线，去探究“五色土是什么”“五色土的颜色与什么有关”“如何改变土壤颜色”“如何利用土壤颜色中的知识解决土壤巾的实际问题”，层层递进，将“铁的检验及转化”的知识蕴含其中，引导学生从多学科角度重新认识土壤颜色，帮助学生体验实验探究的思维方法以及构建化学知识模型。

具有学科融合特点的主题可激起学生合作讨论的热情，不论擅长哪个学科，都能说出自己的见解。在研究性、开放性、包容性的学习环境中可有效促进学生化学学科核心素养的提高与落实。在学科融合思想指导下开展教学，最终目的是为了提升主体学科的教学效果，拓宽学生的视角，发散其思维，培养学生用联系的观点，多维度发现、解决问题的能力，从而促使其综合运用知识的能力获得提升。在寻找具有学科融合性质的情境素材时，教师可以先尝试从自己擅长或感兴趣的学科出发，这样可以有效减轻教学负担，提升教学效果[5]。对与主体学科密切相关的学科知识点及其结构要把握到位，把可以契合的点和面有机的整合在一起，运用到课堂中来，但不可脱离主体学科教学的主题。

参考文献

[l]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）[S].北京：人民教育出版社，2018：83，88

[2]王祖浩.普通高中教科书·化学必修第二册[M].南京：江苏教育出版社，2020：100-105

[3]鲁如坤.土壤农业化学分析方法[M].北京：中国农业科技出版社，2000：65.81，82

[4]赵盼青.铁离子含量测定方法研究[J].生物化工，2017，3（3）：70-73

[5]庄妍.STEM教学案例研究——跨学科素养培育的视角[D].上海：华东师范大学，2019：126本文系教育部“十三五”规划重点课题“指向核心素养的学科融合教育的实践研究”（课题批准号：DHA180413）的阶段性成果。