（化学）高中化学跨学科主题教学案例的开发

作者：马晓蕊 郑柳萍

我们处于一个科技高速发展的时代，面对的问题愈加复杂化，仅凭借某一学科的知识和方法可能难以解决面临的困境，因此培养学生跨学科思维成为教学活动必须落实的目标之一。关于跨学科教学的讨论始于20世纪40年代，最先出现在美国，国内关于跨学科教学的研究直至20世纪80年代才开始兴起。目前，已有许多国家在政策方面通过了一系列的优惠政策和资金补助以促进跨学科发展，在实践方面建立了相关的研究平台为跨学科提供前沿阵地。

一、跨学科主题教学的概念界定

杜惠洁、舒尔茨认为跨学科教学是指以一门学科为中心，并在这门学科中选一个中心主题，运用不同学科的知识，围绕这个中心主题进行加工、设计教学。[1]袁顶国认为主题式教学是指以有机整合思维方式为主导，在教学新概念的基础上，以主题为枢纽，使教学系统中的诸要素相互联系、相互作用，促进学生全面发展的整体型教学。[2]因此，跨学科主题教学是指以一门学科为中心，在该学科中选取一个中心主题，有机融合其他学科的知识和方法，通过对主题的讨论和解决实现学生全面发展的教学活动。

二、跨学科主题教学的意义

逐步转型为创新型国家是我国未来的发展目标。创新型国家队伍的建设离不开创新型人才的培养，跨学科主题教学是培养创新型人才的重要教学模式，能为创新思维的发展奠定基础，同时有益于化学核心素养中“科学探究与创新意识”和“科学态度与社会责任”的落地。虽然传统的分科教学有助于学生基础知识的学习和巩固，但由于不重视学科之间的联系，容易造成和加深学科的分离，不能满足时代的需求和学生未来发展的需要。综合课程虽然能够弥补分科课程的不足，但在教材编写和师资上都存在一定的困难，相对而言跨学科教学的可行性较大。跨学科主题教学有利于激发学生的学习兴趣，提高学生的主动性，打破学科的分离，促进知识迁移和强化，加深对某一知识的理解，发展学生利用跨学科的知识和方法解决问题的能力，促进综合型、应用型、创新型人才的培养。

《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》指出“化学是材料、生命、环境等现代科学技术的重要基础”。[3]可见，化学作为自然科学的一门中心学科，与其他学科有着密切的联系，具备实施跨学科主题教学的良好条件。

三、跨学科教学主题的确定

跨学科主题教学注重多学科之间的深度交融，任何实际问题的解决都需要学生综合运用多学科的知识和方法。因此，跨学科主题应具有以下特性：跨学科性、真实性、具有实践探索空间。[4]结合以上特征，跨学科主题可通过深入分析教材寻找交融点、关注生活中的化学并结合课程标准中的课程内容确定，例如：以生命健康、能源、环境等为切入点寻找跨学科主题。

四、跨学科主题教学设计案例——此盐（食用盐）非彼盐（工业盐）的探秘

下文将以“此盐非彼盐的探秘”主题为例，对以化学学科为中心的跨学科主题教学设计作阐述。该主题不仅需要借助化学学科解决问题，也需要融合生物学科才能更好地完成主题探究。食用盐是生活中常见的物质，通过对加碘盐的主要成分进行探究、作用加以了解，让学生能够在生活化的情境下解决真实的问题。所选主题适合让学生进行探究性学习，利于学生科学思维的发展。综上所述，该主题符合跨学科主题的特征。

跨学科主题教学应以课程标准为指导，关注内容要求与学业要求，以便更好地把握教学要求，进而促进学科核心素养的落实，帮助学生形成正确价值观、必备品格和关键能力。高中化学课程标准和生物课程标准中有关本节课所涉及的要求见表1。[3，5]

1.教学分析

本内容选自苏教版高中化学《必修1》专题3第三单元“海洋化学资源的综合利用”第四小节“从海带中提取碘”的相关内容，[6]以及高中生物《选择性必修1》第3章“体液调节”第2节“激素调节的过程”中的甲状腺激素分泌调节。[7]以“此盐非彼盐的探秘”为主题，从生物与化学相结合的视角出发，结合相关学科的知识、观念、方法和能力、素养要求，通过解决子问题完成主题任务。在教学过程中巧妙利用I2的特征反应，设计实验方案探究加碘盐中碘的存在形式，培养学生的科学探究意识;利用生活中常见的物质进行化学小实验，加强化学与生活的联系。碘作为人体中的微量元素，是合成甲状腺激素的重要原料，与甲状腺激素的分泌密切相关，在生命活动中起着重要作用。通过以化学为主生物为辅的跨学科主题教学，激发学生的学习兴趣，加强不同学科之间的横向联系，引导学生关注科学饮食與人体健康之间的密切联系。

高一学生在之前的化学学习中已经系统学习了“氧化还原反应”的相关知识，且经历过探究式学习，具备一定的科学探究能力，但在实验设计、综合考虑问题等方面的能力还有待进一步发展，本节课的实验探究环节，给予了学生更多的自主权，有利于提高学生的实践操作能力。

2.教学目标

（1）通过加碘盐中碘存在形式的探究与工业盐和加碘盐的鉴别，进一步发展科学探究的能力，树立严谨的科学态度。

（2）通过生活中的化学小实验，增强理论联系实际的能力，体会化学价值。

（3）通过分析碘对甲状腺激素合成与分泌的影响，发展阅读理解和信息整理的能力，培养生命观念核心素养。

（4）通过了解误食工业盐的危害，强化社会责任意识。

（5）通过“此盐非彼盐的探秘”的主题教学活动，加强不同学科之间的横向联系，发展跨学科思维解决问题的能力。

3.评价目标

（1）通过对加碘盐中碘存在形式的实验方案设计的讨论与点评，诊断并发展学生科学探究的水平。

（2）通过碘对甲状腺激素合成与分泌影响的分析，诊断学生稳态与平衡观、结构与功能观的发展水平和知识获取的能力水平。

（3）通过对鉴别工业盐和加碘盐方法的讨论与点评，诊断并发展学生解决实际问题能力的水平以及对化学价值的认识水平。

（4）通过对甲亢、甲减患者提出合理饮食建议的交流与点评，诊断学生物质与能量观的发展水平和知识迁移的能力水平。

4.教学思路

以加碘盐主要成分的探究为主线，通过解决一系列子问题完成主题教学的任务，发展学生的综合素养，提高学生知识迁移和运用的能力。本主题的教学思路见图1。

5.教学过程

环节一碘的作用及其获取途径

[展示]甲状腺肿大的患者图片及甲状腺肿大的危害。

[提问]造成甲状腺肿大的原因是什么？人们可以通过哪些途径摄入碘元素？摄入过多会有影响吗？

[讨论与汇报]人体缺碘时会患甲状腺肿大，人们主要从食物当中获取碘元素，如海带、紫菜等含碘丰富的食物，在缺碘地区，主要通过食用加碘盐来补充碘元素。人体摄入过多的碘可能会患甲亢。

[知识拓展]碘是人体中的微量元素，在人体中碘的正常含量约为20～50mg，其中70%-80%储存在甲状腺中，碘在人体中的作用是通过参与甲状腺激素的合成实现的，甲状腺激素对新陈代谢、生长与发育、器官系统都有重要影响，具体影响见表2。

设计意图：通过讨论碘摄入量异常可能引起的后果以及拓展碘元素的相关知识，初步认识碘元素与生命健康的密切联系，了解碘对人体的重要性，树立物质与能量观。

环节二碘对甲状腺激素合成与分泌的影响及合理饮食

[设疑]我们已经初步了解了碘对人体健康的重要性，即碘的外显表现，接下来让我们进一步思考碘的内隐本质，碘是如何影响生命活动的？它的产物甲状腺激素又是通过何种机制维持机体的稳态？

[展示]人体内甲状腺激素分泌的调节示意图及相关文字说明，见图2。[7]

碘是合成甲状腺激素的主要原料之一，TRH为促甲状腺激素释放激素，TSH为促甲状腺激素。

[思考]请同学们结合图中内容，分析碘在甲状腺激素合成与分泌中的影响，总结甲状腺激素维持机体稳态的机制。

[讨论与汇报]当血中碘浓度较低时，甲状腺激素合成有所减少，血中甲状腺激素浓度的降低，会促进下丘脑和垂体分泌相关激素，促使甲状腺增加甲状腺激素的合成与分泌;当血中碘浓度较高时，甲状腺激素合成有所增加，血中甲状腺激素浓度的升高，会抑制下丘脑和垂体分泌相关激素，使甲状腺激素分泌减少。甲状腺激素通过分级调节和反馈调节共同维持机体的稳态。

[知识拓展]甲状腺能够根据血中碘的浓度，通过自身调节改变摄取碘与合成甲状腺激素的能力，这一特点有一定的适应意义，它可以缓冲食物中摄入碘量的改变对甲状腺激素合成与分泌的影响，但这种缓冲作用是有一定限度的，当碘浓度不在这一可控围内时，会影响人体健康。例如：由缺碘引起的甲状腺肿大（俗称大脖子病），是由于当血碘浓度超低水平时，甲状腺激素合成大大减少，对垂体的反馈作用受到很强的抑制，导致垂体分泌大量TSH，刺激甲状腺细胞增生，导致腺体增大。

[角色扮演]假若你是营养师，对甲亢、甲减患者提出有益的饮食建议。（结合环节一中的知识拓展提出有益的饮食方案）

设计意图：节选生物课本内容，通过分析碘对甲状腺激素合成与分泌的影响，使学生从本质上认识微量元素对人体健康的重要性，锻炼阅读理解能力和信息整理能力，培养生命观念核心素养。通过营养师角色扮演，引导学生关注科学饮食与人体健康的关系。

环节三加碘盐中碘的存在形式

[设疑]碘元素对人体的作用可见一斑，前面同学们提到了可通过食用加碘盐来补充碘元素，请问加碘盐中碘元素以什么形式存在？

[猜想]可能以I2/I-/IO形式存在。

[提问]可以用什么方法检验I2/I-/IO？

[讨论与汇报]I2：利用I2的特征反应检验。

I-：利用氧化剂先将I-氧化成I2，再利用I2的特征反应检验。

IO：利用还原剂先将IO还原成I2，再利用I2的特征反应检验。

[知识拓展]在IO的检验中，若还原剂选择含I-的可溶性盐，I-、IO反应需要在酸性条件下进行才能得到产物I2，因为I2能与碱发生反应，因此在碱性条件下，无法利用I2的特征反应进行检验。在酸性条件下，I-、IO会发生如下反应：

IO+5I-+6H+==3I2+3H2O

[学生分组]请每个小组根据假设设计实驗方案。

实验可选用的药品有：蒸馏水、碘化钾溶液、淀粉溶液、氯水、稀硫酸。

[讨论与汇报]不同小组给出的实验方案主要为以下两种。

方案1：假设加碘盐中碘元素以I2、I-、IO的其中一种形式存在，具体实验设计见图3。

方案2：假设加碘盐中碘元素的存在形式为I2、I-、IO中的一种、两种共存或三者共存，具体实验设计见图4。

[学生互评]方案1考虑到的可能性较少，不够全面;方案2可行。通过学生互评，学生先自行对方案进行补充和完善，如若还存在不足，教师再进行适当的引导。

设计意图：通过探究加碘盐中碘的存在形式，锻炼学生依据实验目的设计实验方案并进行探究的能力，树立证据意识和严谨的科学态度。通过学生互评锻炼学生语言表达能力，培养全面看待问题的意识，提高评价和优化实验方案的能力。

[分组实验]各小组选取方案2进行实验探究。

[实验结论]通过实验探究可知，加碘盐中碘的存在形式为IO。

[思考]如何利用碘化钾淀粉试纸和生活中常见的物质和工具检验加碘盐中碘的存在，请同学们设计实验方案，课后按照实验方案于家中进行操作检验，并将操作过程以视频的形式记录下来，用于交流讨论。

[讨论与汇报]取适量加碘盐溶解于盛有自来水的碗中，滴加白醋，用筷子搅拌均匀，并用筷子蘸取溶液滴加到碘化钾淀粉试纸上，观察试纸颜色，若试纸变蓝，表明加碘盐中碘的存在形式为IO。

设计意图：通过实验探究，发展学生证据推理的素养、科学探究的能力以及构建假设、证据、结论三者之间逻辑关系的能力。通过化学生活化实验，培养学生在生活中进行化学实验的意识，体会化学价值，增强探究物质的兴趣。

环节四工业盐和加碘盐的鉴别

[展示]加碘盐的图片、工业盐的图片及主要成分（加碘盐的主要成分为NaCl、KIO3、工业盐的主要成分为NaCl、NaNO2）。

[提问]如何判定我们家中的“食用盐”是加碘盐，而不是不利于人体健康的工业盐？

[回答]可以通过颗粒大小和颜色进行区分，工业盐的颗粒相对而言比较粗大，色较黄。

[追问]从物理性质的差异进行区分的方法是可行的，请同学们思考一下单从这一角度出发判定某种盐是不是工业盐的方法足够准确吗？如果不够？还能有什么方法呢？

[讨论与汇报]单从物理性质出发判断某种盐是否为工业盐的方案不够严谨，粗盐的颗粒也较大，可能会将粗盐误判为工业盐。还可以从化学性质入手，利用NO的还原性进行鉴别。

[追问]排除了工业盐的可能，就能判定家中的“食用盐”是加碘盐了吗？如果不行，如何进一步检验？

[回答]在排除工业盐的基础上，还需检验食用盐中是否存在IO，才能判定家中食用盐是否为加碘盐。

[知识拓展]工业盐是化学工业中最基本的原料之一，被称为“化学工业之母”，通常特指亚硝酸盐，在制碱、制皂业、皮革等方面具有广泛用途。一次性食入0.2～0.5g亚硝酸盐会引起轻度中毒，误食工业盐不仅得不到碘元素的补充，人体长期摄入亚硝酸盐也有增加癌变的风险，因此严禁食用。

[课后作业]每组以小论文形式对本次跨学科主题的学习进行整理，从生物和化学相结合的视角阐明为什么不能食用工业盐？

设计意图：在加碘盐和工业盐的鉴定中，通过观察从物理性质辨别，即宏观视角初步进行辨识，再从微观层面入手，根据二者化学性质的差异进一步验证，培养学生从宏微结合的视角分析问题的意识。了解工业盐的危害，树立食品安全意识和社会责任意识。通过小论文的撰写，培养学生科研论文的写作能力。

6.反思

本教学设计中，以“此盐非彼盐的探秘”进行跨学科教学，化学学科视角关注工业盐和加碘盐主要成分的差异，生物学科视角关注碘对甲状腺激素合成与分泌的影响，从化学和生物相結合的视角出发，认识工业盐的真面目，了解加碘盐对人体健康的重要作用，完成微量元素与人体健康密切相关的概念学习。

尽管跨学科主题教学的落地有不少益处，但目前在实施上还存在一些障碍，例如对教师的能力要求较高、有的学校未提供相应的外物支持等。促进跨学科教学的发展是一项长期的循序渐进的工作，需要各方的协作配合。

参考文献

[1]杜惠洁，舒尔茨.德国跨学科教学理念与教学设计分析[J].全球教育展望，2005，34（8）：28-32.

[2]袁顶国.从两极取向到有机整合：主题式教学研究[D].重庆：西南大学博士学位论文，2008：120.

[3]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，2020.

[4]苏传清，占小红.化学课程中跨学科主题教学设计的探索——以“指纹破案”为例[J].化学教学，2019（10）：49-53.

[5]中华人民共和国教育部.普通高中生物课程标准（2017年版2020年修订）[S].北京：人民教育出版社，2020.

[6]王祖浩.普通高中教科书（化学必修第一册）[M].南京：江苏凤凰教育出版社，2020.

[7]朱正威，赵古良.普通高中教科书（生物选择性必修一）[M].北京：人民教育出版社，2020.

摘自：《化学教与学》 2022年第20期