学科融合在促进学生深度学习中的实践*——以《氮及其化合物》为例
时间：2022-12-08 09:45:09 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
邓中亚 杨春月 马 超
(1.合肥市第六中学 安徽合肥 230061)(2.合肥市第四十五中学橡树湾校区 安徽合肥 230041)
《普通高中化学课程标准(2017年版)》提出了化学学科核心素养，强调以学科大概念为核心，通过主题式、结构式和情境式的大单元教学的引领，促进教学内容的进一步整合优化，推进学科核心素养的落实。如何开展以“素养为本”的大单元教学，促进学生的深度学习成为一线教师亟待解决的问题。
大单元教学的构建离不开真实问题情境的创设，将学科知识与生活情境、社会情境、学术情境等有机结合至关重要，而这些真实问题情境往往又比较复杂，在实际问题的解决过程中，不同学科的交叉、渗透不可避免。因此，研究如何进行科学合理的设计，在解决问题的过程中将不同学科进行合理有效的融合，促进学生从不同的学科视角更加全面地认知、理解、解决问题势在必行。
学科融合不是各学科的简单点缀，更不是胡乱堆砌的“大锅饭”，而是在一个大情境下，以一门学科为主导，有主次、有目的地整合其他相关的学科资源，从而更加全面地认知事物、解决问题，在探究中渗透学科核心素养，在实践中体现学科价值。
深度学习是相对于浅层学习提出的。浅层学习是指学生对陈述性知识不加思考地机械记忆；
而深度学习是更加注重理解的学习，强调学习者自身的主动性、批判性和创造性，以信息整合、知识建构为主干，侧重真实问题的解决。
深度学习和学科融合都离不开真实情境，也都强调各类信息或者资源的整合、理解和运用，以真实问题的解决为目的，促进学科知识与生活、社会等的有机联系，这也正是新课程的核心理念。
下面笔者结合促进学生深度学习的《氮及其化合物》单元活动设计与实施过程，谈谈学科融合在一线教学中的具体实践与思考。
(一)教学现状
课题核心知识来源于人教版必修第二册第五章第二节《氮及其化合物》，主要涉及含氮物质(氮气、氨气、铵盐和硝酸等)的性质、制备、转化等知识。
学生已学习了氯、硫及其化合物，具备基于“化合价”和“物质类别”的视角来认知元素化合物的基础和一定的实验探究能力。但大部分学生认为元素化合物模块知识点零散、记忆负担重，难以实现前后联系，经常是学了后面的忘了前面的，顾此失彼，且很难做到迁移与应用。
教师对元素化合物的知识体系很熟悉，但思维有些固化，很难跳脱以知识讲授为核心的教学方式。教学中与生活、社会情境联系不是很紧密，重结构到性质的教学，轻性质到用途的拓展。
(二)教学设计
基于以上教学现状，我们着重于“氮肥的生产、使用和保存”这一真实情境的充分挖掘，尝试在有关“氮肥”的一系列探讨活动中，构建氮及其化合物的知识体系，培养学生在复杂情境下解决分析问题的能力，尝试多学科融合的大单元教学，探索元素化合物教学的新模式和深度学习的有效途径。
1.单元教学整体规划
本单元的教学整体规划如下：
2.学科融合的具体实践
在第一课时教学中，以“铵态氮肥的制备”为核心任务。先从生物学科的视角出发，提出问题：豆科植物为什么长势相对较好？植物叶片颜色的差异是由什么引起的？由此引出根瘤菌的介绍：根瘤菌和豆科植物实际上是共生关系，根瘤菌可以从豆科植物根部获取自身繁殖所需要的养分，同时可以吸收大气中的游离态的N2并转化为氮肥供给植物吸收。这就是生物固氮的过程。大豆和根瘤菌的共生体系每年固氮约为1.64×107t，除了被植物吸收，还有一部分有机氮分散到土壤中，加之植物死后，根瘤菌也会脱落分解落入土壤中，因此，种植过豆类植物的土壤，肥力也会有所提高。
通过根瘤菌的介绍，学生能更加全面地认知生物固氮，同时进一步理解氮元素在植物生长过程中的重要性，思考其他非豆科植物氮肥的来源，对比展开自然固氮(雷雨发庄稼)和人工固氮(合成氨工业)的学习。
在“氮肥”的制备环节，以化学史为切入点，从化学和生物多学科视角探讨早期我国以氨水作为化肥的弊端，进而过渡到铵态氮肥的合成设计。如从化学学科视角，通过分析氨水的不稳定性，引出不易保存问题；
从生物学科视角，理解空气中一定的氨浓度可以促进植物叶片中含氮量和蛋白质含量的提高，但是氨浓度过大会对植物的叶片造成损害，甚至导致叶肉组织坏死、叶绿素解体等。通过氨气浓度对农作物影响的讨论，培养学生的思辨能力，同时为解决后续课时的施肥问题埋下伏笔。
在“小小化学家”这一环节中，先通过课堂的理论推理，设计由氨气制备氮肥的合成路线，再对比实际工业生产氮肥的真实情境，在不断优化方案的过程中，梳理建构含氮物质的转化关系，培养学生知识迁移应用的能力，体现化学学科价值，真正使化学学科素养培养落到实处。
以下是第一课时的具体教学流程：
在第二课时的教学中，以“铵态氮肥的保存和使用”为核心问题情境。先以铵态氮肥的发展史为切入点，了解氮肥对农业生产的重要性，增强学生的社会责任感。紧接着融合化学、生物、地理等学科知识展开铵态氮肥的保存和使用方法的探究。
先从真实的铵态氮肥的包装袋出发构建情境，讨论分析袋子上印有的防潮、避光的标识和不宜与碱性的肥料混合使用的注意事项，以此引出对铵盐的性质的猜想与探讨。展开一系列化学实验探究活动，促进学生对铵盐性质的深度理解，总结梳理出铵态氮肥的保存条件，如通风、密封干燥、阴凉处、避免与碱性物质接触等，为后续探讨如何正确施铵态氮肥做好知识铺垫。
然后以真实施肥情境为核心、问题为驱动，探讨铵态氮肥的使用，如：一天的什么时间段施肥效果比较好？铵态氮肥一般用于水田还是旱地？长期大量施用单一的化肥(特别是硫酸铵)会造成土壤肥效降低甚至板结的原因是什么？大量施用氯化铵肥料可导致土壤pH下降甚至趋于酸化的原因是什么？在一系列真实问题的解决过程中，学生体会学科知识在生活、生产中的迁移运用，促进学科知识体系的结构化，真正实现深度理解、深度学习，体现学科价值，落实学科素养培养。
具体如在长期大量施用单一的化肥(特别是硫酸铵)会造成土壤肥效降低甚至板结的原因探究中，先介绍土壤团粒结构：带负电的土壤胶粒及腐殖质通过阳离子(如Ca2+)键桥形式将土壤微粒连接成大颗粒。土壤的团粒结构是土壤肥力的一个重要保障。进而引导学生从化学和生物两个角度思考，总结硫酸钙的生成和腐殖质被过多消耗造成土壤肥效降低乃至土壤板结，为后续探讨如何科学施肥做好铺垫。
最后结合地理学科的知识，探讨我国不同地域、不同天气、不同土壤条件等因素下氮肥的选择，进而对比不同肥料的特点，使学生对科学施肥有一个更加全面的认知。
以下是第二课时的具体教学流程：
在第三课时的教学中，先以“氮肥的过量使用对环境的影响”为切入点，如前文提到的空气中氨气浓度过大的危害和土壤板结、酸化问题，“烧苗”现象和水体氮污染等，进而引出自然界中的氮循环。据统计，全球每年通过人类活动新增的“活性”氮量约为165 Tg，大约是自然生态系统生物固氮量(每年约为90 Tg氮)的2倍，导致全球氮循环严重失衡。
最后迁移应用，尝试利用所学知识解决一些实际问题，比如如何处理水体氮污染等，探讨修复和维持氮循环良性运转的科学方法，激发学生的社会责任感，培养学生正确的学科价值观。惊喜的是，学生不仅能够结合价类二维图，提出添加次氯酸钠等氧化剂将铵根离子转化为氮气的方案，还提出了添加反硝化细菌将硝酸根离子转化为氮气的设想。可见，在解决问题的过程中，学生已经形成学科融合的思想。
(三)教学反思
笔者在进行此次大单元设计之初，对于“氮肥的制备、保存和使用”的了解只是化学视角的性质、转化，在不断寻找真实问题情境、探讨解决方案的过程中，发现仅仅依靠化学学科的知识远远不够。
从最终的教学实施效果来看，学科融合有助于学生对问题的整体认知、理解和解决。当然不能为了融合而将不同学科知识进行堆砌，具体设计时要注重学科间的内在关联，不能没有主次之分，要紧紧围绕真实问题的解决，不能被知识点拖着走。只有将学科知识当作工具，才能引导学生利用知识解决问题，进而体现出学科知识的核心价值，促进学生的深度学习。
没有一门学科是孤立存在的，也没有一个真实问题是单一知识能解决的。学科融合恰如一座桥梁，使得各个学科间有效交织、相互渗透，在拓宽学生视野的同时，让学生能更加深刻地认知事物和问题的全貌与本质。正如在“氮肥的生产、保存和使用”这一大情境中，虽以化学知识为主导，但在生物固氮、土壤酸化、科学施肥等实际问题的探讨中，生物和地理知识的融入，让学生对氮肥、植物和环境有了更加深入的理解。
随着新课程改革的不断深入，大单元、大情境、大概念教学的不断推进，学科间的界限将会变得逐渐模糊。如何合理有效地进行学科融合，将是教者后续不断探讨的问题。
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