促进智慧生成的跨学科交互教学策略

黄丹青：福建省普通教育教学研究室教研员、特级教师、正高级教师，教育部首届基础教育教学指导委员会化学专业委员会委员，中国教育学会化学教育教学专业委员会副秘书长，“十四五”中小学幼儿园教师国家级培训计划专家。近年来，承担了多项国家级、省级科研课题研究工作，获得福建省教育教学成果奖一等奖，同时，深入研究考试评价，参与福建省中高考化学试卷命题、评价工作。近年在《化学教育》《中学化学教学參考》等刊物上发表论文70余篇。坚持成果导向，以学生为中心，培根铸魂，立德树人。从“云端”到“地面”，构建教、学、评设计方法，创设真实的学科情境、生活情境和学术情境，引发学生认知冲突，引导学生在解决问题的过程中建构学科思想方法，提升素养，增长智慧。

教师开展跨学科实践活动需要创新教学思路与方法，激发学生潜能，引领他们增长智慧。在信息技术的支持下，笔者坚持智慧教育理念，构建信息技术和跨学科实践活动相融合的智慧学习环境，突破课堂时空限制，创建新的教学形态，探索学习目标、学习内容、教学关系、评价方式和信息技术的最佳匹配，使教育更具智慧。

一、信息时代跨学科实践与智慧教育相辅相成

跨学科实践活动是学生在符合认知规律的独特而相互联系的任务驱动下，有效利用资源，贯穿课前、课中和课后，综合运用多学科知识，为达成某一主题领域或实现一个特定目标而参与的学习活动。《义务教育课程方案和课程标准（2022年版）》规定义务教育阶段各学科用不少于学科总课时的10%开展跨学科主题学习（实践）活动。《义务教育化学课程标准（2022年版）》（以下简称“新课标”）倡导教师创设条件开展跨学科实践活动，引导学生利用信息技术自主学习，实现“做中学”“用中学”“创中学”。

信息时代，人们处在一个具有无限边界、无限容量和无限关联的信息场域。教育领域，学校教学变革方兴未艾，教学环境创设、教学资源获取、教学组织结构和学生学习方式都在转变。如何设计跨学科实践活动，构建信息技术和跨学科实践活动相融合的智慧学习环境，拓宽知识获取渠道，创生新的教学形态，实现学习目标、学习内容、教学关系、评价方式和信息技术的最佳匹配，使不同学生的认知加工视角在“输入端（学什么）→加工端（怎么学）→输出端（学得怎么样）”三个维度中均获得适切的个性化服务，让教育成为充满智慧的活动，这是教师应高度关注并探索解决的问题。

智慧教育是教育信息化的新境界、新诉求。信息时代，智慧不仅包含心理学意义上的“聪敏、有见解、有谋略”，而且包含信息技术层面的“智能化”。教师要破除传统教学思维的桎梏，转变教学观念，尊重学生的个体差异，为学生创造更多的思考机会和发展空间，促进学生智慧生成与增长。化学教师以培养学生关键能力为导向开展跨学科教学，需要智慧还得勇于创新，做好以下三点。一是设计智慧教育目标，在实践过程中渗透变化观念和平衡思想，凸显化学学科特质；开展有意义的、真实的探究活动，培养学生的创新意识；引导学生独立思考、勇于探索、大胆尝试，解决人类生存问题和环境问题，培养学生的科学态度与社会责任感。二是通过技术创新，为学生提供具有交互性、关联性和开放性的活动情境，创设智慧学习空间，提高学生的动手、动脑能力，重构认知结构。三是借助信息技术，通过方法创新，综合运用多种教学策略，构建智慧教学生态，进而提升学生的科学思维（如分析性思维、创造性思维、应用性思维），造就智慧人才（如图1）。

二、跨学科智慧教育的四大交互策略

跨学科实践与生成智慧的交互教学相生相伴，具体来说有四种交互，包括学习观念交互、学生与学习资源交互、学生与界面交互，以及协作共同体之间交互。笔者尝试对学生的学习行为、学习过程和学习评价数据进行深度挖掘，设计适应学生差异性的个性化教学方案与策略，因材施教，造就智慧人才。下面以“探讨汽车燃料变迁”跨学科实践为例，从科学方法论和价值观的视角，关注学科间的关联及实践中构建与运用知识的具体过程，形成旨在促进学生智慧生成的教学策略（如图2）。

（一）构建跨学科认知结构，促进观念交互

智慧教育的真谛是通过构建技术融合的学习环境，让教师施展高效的教学方法，让学生获得适宜的个性化学习服务和美好的发展体验，使其由不能变为可能，由小能变为大能，逐渐成为具有良好的价值取向、较强的行动能力、较好的思维品质、较大的创造潜能的人才。

教学中，笔者感知学生对“化学与能源的利用”这部分内容很感兴趣，借助搜索软件，围绕“汽车燃料变迁”主题，在交互中构建跨学科认知结构，形成有关观念。笔者引导学生从交通工具（蒸汽火车、蒸汽轮船、蒸汽飞艇，汽车、飞机，地铁、高铁等）和相应的动力源（蒸汽机、内燃机、电动机等），以及不同时期汽车燃料的使用、能量转化等视角，进一步整合物质组成和分类、物质性质和变化、物质燃烧及燃烧条件等化学学科核心概念，认识化学在解决与资源、能源、材料、环境、人类健康等相关问题中的作用，体会化学是推动人类社会可持续发展的重要力量。

从汽车燃料的发展和变迁说开去，综合运用物理、历史、地理、工程技术与信息技术等课程中的相关内容，引导学生理解科学、技术、社会、环境的相互关系，构建跨学科知识结构。

倡导科学发展观，引导学生展望新能源发展前景，了解资源开发、能源利用和材料使用可能影响生态环境，认识综合利用资源的重要性，知道科学和技术可用于解决社会问题，初步建立应用观念和方法解决问题的认知结构，树立绿色化学的基本观念、人与自然和谐共生的科学自然观，主动践行节约资源、环境友好的生活方式，增强民族自信，弘扬爱国主义精神。

从“整合概念获取知识”到“综合跨学科知识，构建知识结构”再到“融合观念，建立认知模型”的观念交互，教师立足学科知识又超越具体知识，引导学生逐步实现核心观念的结构化。

（二）引导学生探索未知，驱动问题交互

课堂内外问题纷繁芜杂，化学教师不能单纯从抽象的理论体系或分析系统中寻觅方法，而要让学生学会与问题交互，去实践、体验、感悟和探索未知世界，从而获得新知。各类实践项目在主题设置和问题交互方面各有千秋：有的项目，教师针对某个化学主题设置与现实相结合的探究情境，用驱动性问题串联理论、概念和元素化合物知识，建立思维模型和科学的认知方式；有的项目，教师融合多个化学主题，引导学生参与体验式活动，运用已有知识、观念和思维方法，以“宏—微—符”三重表征的方式探究物质及其变化规律，尝试解决生产、生活中的问题；有的项目涉及跨学科知识，教师从科学、人文、技术、社会、环境视角，引导学生认识环境保护、食品安全、公共卫生等对促进人类文明的重要性。笔者综合分析比选后，确定以“汽车燃料变迁”为主题开展实践活动，学生对此充满好奇，提问之多出乎意料。笔者利用问题交互策略，引导学生共同分析、搭建逻辑清晰的问题主框架以驱动后续实践。

对于“汽车燃料变迁”，笔者设计了指向跨学科知识、化学学科知识、社会议题的问题串。

跨学科问题：蒸汽机如何为汽车提供动力？第一代、第二代内燃机汽车的燃料有何不同？中国在20世纪60年代就有煤气内燃机汽车（布袋汽车），为什么布袋汽车没有普及？当前我国道路上有几种颜色的车牌？哪些是新能源汽车？

化学学科问题：煤油、汽油、柴油从何而来？煤是复杂的混合物，煤是怎么形成的？什么是煤的干馏？煤干馏后的产物是纯净物还是混合物？从煤含有的主要元素中可推测煤直接燃烧的产物中主要有哪些物质？煤燃烧是否对空气造成污染？什么是石油分馏？石油危机时期，汽车代用燃料是什么？这些代用燃料各有哪些优缺点？

社会议题：什么是“碳中和”与“碳达峰”？什么是“低碳行动”？如何落实“低碳行动”？根据环保要求，未来汽车可能用何种能源？等等。

（三）突破课堂时空限制，实现资源交互

地球上几乎所有东西（任何物理对象、过程或者系统）都可以被感知化、互联化和智慧化。学生在跨学科活动中解决相关社会议题，面临较大挑战。例如，在上述活动中，初中生较难理解“煤的干馏”和“石油分馏”的本质区别、内燃机与外燃机工作原理的异同，以及“碳中和”“碳达峰”与人们生活有什么必然联系，等等。以互联网为代表的信息技术的应用促进了资源交互和信息互联互通，为学生认知能力的发展提供了有效路径：首先，教师利用互联网查阅相关信息资源，通过智能推送系统设计分层的任务计划，利用电子书包设置任务并用云平台群分享功能快捷地分配任务，做到目标清晰、分工明确；其次，小组成员根据自身特点承接具体任务，落实职责，共同为实现目标努力；然后，教师根据学情调研情况，让学生自主选择、收集相关资料，完成学习任务，通过信息平台反馈效果，借此清晰了解学生质疑、思考、解疑及智慧与经验生成的过程；最后，教师利用云笔记和云平台系统，针对学生需求适时推送学习资源，在交互式电子白板的助力下，让学生高效地投入学习，最终将小组成果和个人贡献及总结表述进行可视化呈现。

信息技术的应用和资源的交互使学生的学习事半功倍。学生观看蒸汽机汽车工作视频，了解世界上第一部汽车（蒸汽机汽车）所使用的燃料，理解蒸汽机汽车的工作原理（煤燃烧使水变成水蒸气，大量水蒸气推动气缸活塞做功）及其能量转化原理（化学能→热能→机械能），知晓相关物质的性质、类别、转化及应用，探究为何瓦特发明的蒸汽机汽车最终没有问世。学生学会分析煤及煤的干馏产物、石油的组成及石油分馏产品，从元素守恒角度推断物质的种类，分析其燃烧生成的产物，进一步理解物质燃烧的条件、物质（或能量）转化原理。学生上网查找世界石油危机、中国石油工业发展史资料，认识到燃烧化石燃料会导致环境污染和资源浪费，强化了珍惜资源、保护环境观念。学生觀看教师推送的“柴油机与汽油机的构造”视频，分析汽油机与柴油机的点火方式的异同及原因，了解内燃机与外燃机、汽油机和柴油机工作原理，运用分类、比较、分析、综合和归纳等科学方法，感受物理、化学、历史知识在分析问题、解决问题中的作用。学生研读中国汽车业、中国石油工业发展历史，认识到科学技术的应用要考虑社会和环境影响，增强了保护生态环境的责任意识。

（四）创设思维碰撞情境，优化协作交互

教师开展跨学科实践活动，引导学生协作解决问题，有利于学生在研习中生成、增长智慧。学生参与跨学科交互学习活动，离不开信息技术的支持，离不开学生间和师生间的协作与交互。教师搭建脚手架辅助学生学习、思考，实时使用搜索引擎和数据统计系统，记录、跟进学生的合作学习过程，精准掌握学情，科学决策：根据学生在实践活动中的行为进展程度，了解内容的难易、资源的类型与品质；根据学生的行为表现，分析确定学习方式是个体建构还是群体建构，为学生的智慧生成提供个性化的探究空间；根据学生阶段性学习结果，界定新任务、活动场域，实时发现问题，进行点拨和评价，有效把控实践活动的方向和进度；根据学生发现、提问、抉择、构想、分析和归纳的水平和层次，实时点拨，让他们基于事实进行证据推理和模型建构。

此外，学生在交互学习过程中思维水平不断提升。学生在实践活动中提出问题，建立、使用模型，设计、实施调查研究，分析、解释数据，利用数学和计算思维进行建构、解释，基于证据进行论证、评估，交流信息，协作学习逐渐走向纵深。例如，有的小组了解到18世纪的蒸汽机（外燃机）汽车以煤为燃料，有的小组上网搜索资料了解到19世纪的内燃机汽车以汽油、柴油为燃料，有的小组对20世纪以甲烷、醇类等为代用燃料的汽车感兴趣，有的小组探寻21世纪低碳、环保的绿色新能源电动汽车使用何种燃料，并从中提取核心知识，尝试分析、解析实际问题。各种思维碰撞、汇聚在一起，就是一幅以汽车燃料发展时间为主轴的历史画卷。

三、智慧教育呼唤新型师生关系

《教育信息化十年发展规划（2011—2020 年）》指出：“探索现代信息技术与教育的全面深度融合，以信息化引领教育理念和教育模式的创新，充分发挥教育信息化在教育改革和发展中的支撑与引领作用。”智慧教育呼唤新型师生关系。学校构建和谐共存、互赖互助的师生关系有利于学生智慧成长。

从教师教学层面上说，信息技术的应用使教学如虎添翼，但“真正好的教学不能降低到技术层面，真正好的教学来自教师的自身认同和自身完整”（帕克·帕尔默）。从学生学习层面上说，“理想的学习，来自学习者能够识别出他在学习情境中必须适应的因素，以及他可以根据自己的志愿加以控制的其他因素”（泰勒）。

传统的化学课堂上，教师过于看重知识讲授，教师和学生的关系只是“授”和“被授”的关系。在信息技术支持的跨学科实践活动中，平等合作的课堂氛围使得教师和学生的身份差异悄然淡化。一方面，教师利用互联网思维和大数据等信息技术，以观念、知识、技能、经验和方法等为载体，预设理论与实践结合的数字化教学模式。另一方面，在实践活动中，师生共同设计方案，解决学科情境中的科学问题（即拥有知识）、生活情境中的现实问题（即运用知识）和学术情境中的学术问题（即创造知识）。学生在探究中学习，在学习中探究，在内化、聚合和聚焦的感悟中不断提升用化学解决问题的能力，提高科学思维能力，在迁移与运用知识中提升素养。

总之，信息技术与教育教学将深度融合。网络学习互动平台、智能工具的应用为学生开辟了自主合作、交互探究、个性化学习的新天地，也为跨学科实践活动的开展带来了新的机会和可能。如此，融入智慧生成观念开展教学活动，必将培育有智慧的学生，成就有智慧的教师。

责任编辑：祝元志