学科课堂上的跨学科议题“低碳行动”

2023-05-30王维臻

化学教学 2023年1期

关键词：低碳

王维臻

摘要：低碳行动一个是跨学科、跨学段的社会性议题。通过对课程标准的分析，明确了不同学科认识低碳行动的视角不同，不同学段对低碳行动的认识视角逐渐丰富，表现要求逐渐提高。在设计低碳行动相关的跨学科实践活动时，要立体化地看待低碳行动，准确定位教学目标，找到学生真正关心的问题，把握培养高阶思维能力的机会。

关键词：低碳，跨学科议题，跨学科实践

在培养核心素养的科学课程理念下，低碳行动作为重要的科学议题，具有发展核心素养的价值。低碳行动涉及多个学科。从哲学层面看，低碳行动的兴起，反映了人类对人与自然关系的重新认识，涉及思想政治、地理、生物等学科。从原理层面看，低碳行动的决策与物理、化学、生物、数学、工程、政治、经济、金融等学科相关。

对于低碳行动，各个学科都有可为，于是各个学科都讲。尽管生物、地理等学科对于开展低碳教育有优势，但由于低碳教育责任不甚明确，相关内容在中学阶段仍然落实不好。在学科教学中渗透低碳教育的策略研究则可以归纳为两类。一类较为宽泛地谈渗透途径，如课堂渗透、多媒体教学、课外实践活动等，无法回答不同学科应该承担什么样的低碳教育责任。另一类研究试图深入挖掘具体学科内容与低碳知识的结合点，较为清晰地展示了学科内容与低碳教育的联系，但又囿于学科内容，缺乏对低碳行动本身的分析，因此较为零散，系统性不强。只能回答具体知识教学中如何讲低碳行动，而对“学生在面对低碳行动这一议题时需要哪些思考方向”缺少梳理，因此仍然无法回答不同学科应该承担什么样的低碳教育责任。

为了回答低碳行动在具体学科中该讲什么，需要回归到低碳行动这一议题本身，通过对这一真实问题的应然分析，找出解决问题的思考角度和具体知识；再从学科课程内容角度，横向区分不同学科对低碳行动的研究视角，纵向梳理不同学段需要达到的学业要求。

低碳行动，是人类为应对全球气候变暖这一重大环境问题提出的举措。大气中以二氧化碳为主的温室气体浓度不断提高，是导致全球气候变暖的主要原因。尽管自然因素也会导致大气温室气体浓度升高，但自工业革命以来，人类活动极大地增加了人为因素对温室气体浓度的影响，导致全球气候变暖进程加快。全球环境将出现近万年来从未有过的巨大变化。

在人类社会高速发展的今天，人们期待低碳行动不会降低社会发展水平。这就意味着必须变革依赖化石能源的能源结构和社会发展模式。从社会层面来说，低碳行动全面呼唤着政策、技术、产业和经营的创新。而低碳行动又与个人行动密不可分。碳足迹这一概念就形象准确地反映了个人行为与温室气体排放的关系。

如果运用大概念审视低碳行动，那么物质、能量、系统、稳定与变化等都可以成为分析低碳行动的视角（见图1）。如果要讨论“哪些做法属于低碳行动”，就可以从物质视角进行分析，聚焦物质的性质和转化；可以更为深入地讨论生态系统中的物质循环、不同圈层的物质循环等。碳循环、含碳化合物的性质等是更下位的具体知识。从而得出减少含碳物质的排放的做法都是低碳行动。如果要弄清楚“如何在不排放温室气体的情况下获得可靠的能源”，除了物质视角，还要运用能量视角思考问题。研究能量的转化和转移、能量的来源与形式，理解能量耗散和守恒；需要深入梳理生态系统中的能量流动，理解化学反应中的能量变化。而涉及的具体知识包括热力学定律、能源的种类和开发利用、化学键等。

已有研究提到，在学科内要找准低碳行动与教学内容的结合点。事实上，低碳行动与具体知识之间并不是靠“点”连接起来的。基于大概念拆解所形成的概念网络，搭建起了从真实问题到具体知识的桥梁。

在基础教育阶段，多个学科都引入了低碳行动。这引发了争议：这样重复，不是浪费课时吗？因此，有必要分析一下不同学科中的低碳行动内容。

我国2022年颁布的义务教育课程标准，体现了最新的课程理念和时代要求。在这套课标中，低碳行动的话题在物理、化学、生物学科都有体现。为了讨论不同学科的低碳行动内容是否重复，以低碳生活、碳中和、碳达峰、碳循环等低碳行动相关的名词作为关键词，对义务教育阶段物理、化学、生物学的课程内容进行了梳理（见表1）。

对于低碳行动相关的内容，化学、物理、生物学课标的内容要求和学业要求均有所差异。首先，低碳话题在各科课标中所在的主题不同，除跨学科实践活动主题外，分别处于物质、能量、生物与环境主题。其次，学业要求中的“从……视角”“基于……”等表述也反映出各学科分析问题的视角。化学课标要求学生能基于“物质的性质与用途”，对低碳行动进行讨论；物理课标则要求学生从“能量的转化和转移具有一定方向性”的视角，分析低碳行动，践行低碳生活；而生物学课标要求从生物与环境的角度，从生态系统的自我调节能力的角度认识碳中和与碳达峰的意义，形成责任意识。显然，同样是认识低碳行动，不同学科有不同的认识视角：物理关注能量，化学强调物质，生物聚焦生物与环境。因此，尽管初中生可能在化学、物理和生物课上都讨论低碳行动，但要讲的学科概念不同，因此分析低碳问题的角度有差异。而这些角度之间相互作用，在不同课堂上交替出现，又將有助于学生更全面地认识低碳行动。

可以看到，只要坚持从学科概念出发讨论低碳话题，配合适当的教学引导，就不会出现不同学科重复教学的情况。

低碳行动作为真实话题，横向上涉及面广，需要从多视角建构全面认识；纵向上有一定深度，需要逐步深化认识。正是出于这样的特点，从幼儿园到高中，低碳行动可能会作为一个“常驻话题”不时出现在课堂上。毫无疑问，随着年龄和阅历的增长，学生对低碳行动的认识逐步加深，认识要求也逐步提高。那么对于这个话题，不同的学段一般要讨论到什么程度呢？

为了解不同学段低碳教育目标的变化路径，分小学段、初中段、高中必修段和高中选修段，按照能量、物质、生物与环境三个主题，对科学、化学、物理、生物课标要求进行梳理。

在小学阶段，关于低碳话题，学生只需要做到能描述与能源使用、生物与环境相关的知识，能举例说出一些节约能源和环保的举措，即初步建立了“能量”和“生物与环境”两个视角；学生不需要了解低碳话题与什么物质有关。到初中阶段，课标在“能量”和“生物与环境”两个方面提高要求，要能从特定的角度分析相关问题，阐明观点；此外，还增加了“物质”视角，能初步分析和评价物质的实际应用，对低碳行动进行讨论。到高中必修阶段，与初中相比，学生在能量和物质两个视角上的认识有所发展。最典型的发展方向是物质和能量两个视角开始交织，建立关联。高中选修阶段的要求是基础教育阶段的最高要求。在这一阶段，能量与物质两个视角的交织程度加剧，学生需要能综合考虑物质和能量变化来解决问题；在生物与环境视角上，学生也从小学、初中阶段的“举例说出”“分析实例”等要求，提高到能够预测和论证某一因素对生态系统的干扰可能引发的多种潜在变化。

从上述分析来看，学生对低碳话题的认识经历了从一级角度的建立到次级认识的丰富和深入过程；经历了从单一角度到多角度，再到从多角度交织看待问题的过程；经历了从描述、举例水平，到分析水平，再到论证、预测水平的真实问题解决路径。所以，每个学段都可以讨论低碳话题，但每个学段都要把握相应的水平要求。

低碳行动是全球、全社会的行动。从国际视野看，各国正积极促进经济社会全面绿色转型。从国家层面看，低碳行动的有效实施，需要政策支持，技术进步和产业创新。从社会层面看，低碳行动的责任担当需要上游科学前沿、中游技术创新和下游科学传播的综合助力。

尽管中小学课堂上对低碳活动的讨论在全社会的低碳行动中所承担的社会责任属于科学传播，处于下游，但这种讨论仍然应该是立体化的。从核心素养培养目标出发，对低碳行动的讨论要力图展现真实的行动途径。在课堂活动的设计上，对低碳行动素材的广泛收集和分类活动就可以使学生认识到行动主体本身的多样性：有些行动是个人层面的，有些是国家层面的，有些则需要国际合作。例如，让学生提前搜集资料，除了关注身边的低碳行动，还要关注我国在低碳行动方面取得的新成就，世界各国低碳行动的新形势。在讨论能源的使用时，学生既要能想到“节流”的做法，如减少化石能源的比例；又要打开“减排”的新思路，如发展煤炭的无害化开采技术、清洁高效利用技术，深海油气开发技术等。此外，还要关注“开源”，考虑到对非化石能源的利用要结合地区实际，发展水电基地、生活垃圾焚烧发电、非粮生物液体燃料技术产业等。

担心学生无法理解更高层面的低碳行动做法，是当前课堂的低碳讨论比较肤浅的原因之一。针对这样的问题，如果能从“减少碳排放，增加碳吸收”的低碳行动原理出发，不同的行动主体所采取的低碳行动是可以被组织和关联起来的，一些教师已经在项目式学习课上做出了这样的尝试。

基于对课程标准的分析，可以定位学段教学目标。而学段教学目标不能简单等同于课时目标。学生可能需要通过多课时的学习逐步达成学段目标。因此，要保证学生在低碳行动问题的讨论上能够建立和发展应有的学科视角，就要明确学段目标，并将其拆解为具体课时目标。

要确定低碳行动的学段教学目标，首先要检查课程标准，明确学业要求。从中确认学科核心概念，学生应该能完成什么任务，再选择相匹配的实践活动。确认学科核心概念，是为了保证课堂能够建立和发展应有的学科视角，使讨论有学科特点和深度；确认表现要求，是为了把握任务难度，避免低年段水平要求过高或高年段水平要求过低的情况出现。例如，义务教育化学课标明确指出，学生要掌握的学科内容为“物质的性质和用途”，表现要求是能对物质的实际用途作出“初步分析和评价”，能讨论低碳行动并参与相关的实践活动。

具体课时的设计要明确学科视角，围绕学科核心概念拆分教学目标，组织情境素材。例如化学课的低碳讨论要站在物质视角上，紧紧围绕碳和碳的氧化物展开。对于能量、生物与环境等问题的讨论可以涉及，但不宜过深，要把讨论空间留给其他学科课堂。

“节能减排，低碳生活”对于中学生而言已经非常熟悉。要在课堂上讨论这种“老生常谈”的话题，就必须要抓住学生的眼球。最有效的方法就是挖掘学生在低碳话题中真正关心的问题。

对于低碳行动，尽管学生都能说出诸如“绿色出行”“随手关灯”的低碳做法，但多数学生从来没有明确地知道低碳是什么含义，为什么要这么做，自己与低碳行动有什么关系。对于二氧化碳，尽管学生学了物化性质，记住了一些典型反应，但大多没想过大气中二氧化碳的来源，空气中二氧化碳含量如何维持平衡，如果地球上没有二氧化碳会怎样等。那么这样的问题就适合用来驱动课堂教学。围绕二氧化碳的性质组织教学可以讨论低碳话题，以低碳话题组织教学也可以学习物质性质，不同的组织思路都可以设计出關注学生需求的优质课堂。

相比于常规的课堂实践活动，跨学科实践活动提供的情境空间更大，对象更复杂，可供讨论的问题更多。在常规的二氧化碳性质课堂上，学生更多讨论的是物质的组成、性质和应用；而开展低碳行动这样的跨学科实践活动，学生可以讨论物质、能量、生物与环境的关系。这种更上位的讨论，有助于发展对知识的远迁移能力，促使学生形成更为立体化的知识网络体系，从而利于将静态的知识结论转化为动态的思维方式。

低碳行动作为真实问题，本身有丰富的社会话题可供讨论，这些话题有助于开展更多的说明论证、分析解释类活动，从而丰富传统课堂上的记忆辨识、概括关联等思维活动形式。上世纪90年代，西方社会一度流行的碳中和做法是“向绿色组织捐款而不改变原有生活习惯”。可以让学生在了解碳中和含义的基础上讨论这种做法。此外，碳标签、碳足迹、低碳生活等都是可供讨论的话题。

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