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文檔簡介
初中化學跨學科實踐活動強調(diào)以學科核心概念為基點,整合多學科領(lǐng)域的知識模塊,構(gòu)建具有實踐性、綜合性的主題式教學模式。這類活動指向?qū)W科育人價值的實現(xiàn),即在知識遷移的過程中培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng),通過解決真實情境中的問題落實立德樹人根本任務(wù)。教師作為教學設(shè)計的主導者,需突破傳統(tǒng)學科邊界,設(shè)計項目任務(wù)鏈,引導學生建立跨學科知識網(wǎng)絡(luò),培養(yǎng)其系統(tǒng)思維與社會責任感,促進其完成知識的具象化建構(gòu),形成化學學科核心觀念。一、活用生物學理論,制作簡易水果電池跨學科實踐活動的核心在于融合多學科知識解決真實情境中的復(fù)雜問題。在初中化學教學中融入生物學知識,能夠搭建跨學科知識橋梁。細胞代謝產(chǎn)生的膜電位與化學原電池原理具有內(nèi)在關(guān)聯(lián)性,教師可基于此設(shè)計實踐活動任務(wù),引導學生分析果酸的電解質(zhì)特性,幫助其理解氧化還原反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化之間的本質(zhì)聯(lián)系。以人教版化學九年級下冊第八單元課題2“金屬的化學性質(zhì)”為例。教師在課前將學生分組,并在課堂上設(shè)置實踐任務(wù):用蘋果、銅片和鋅片制作簡易電池,點亮LED燈。教師分發(fā)實驗材料后,組織學生閱讀教材并進行操作。某小組學生選擇先觀察金屬在酸性環(huán)境中的反應(yīng)現(xiàn)象。教師在巡視時,觀察到他們這一操作后提出問題:“為什么鋅片逐漸溶解,而銅片無明顯變化?”學生結(jié)合教材回答:“因為鋅比銅活潑,在酸性溶液中更易失去電子發(fā)生氧化反應(yīng),形成電流?!彪S后,教師結(jié)合學生操作引入生物學知識:“蘋果細胞液含有有機酸,其濃度是如何影響電流強度的呢?”圍繞這一問題,該組學生分別測試了檸檬和番茄的電壓,發(fā)現(xiàn)檸檬電池電壓更高,經(jīng)過數(shù)據(jù)對比后得出結(jié)論:電解質(zhì)溶液酸性的強弱能夠影響電子轉(zhuǎn)移效率。接著,教師發(fā)現(xiàn)其他小組直接將銅片和鋅片插入蘋果中并連接LED燈,但LED燈并沒有發(fā)光。接連觀察多個小組后,教師發(fā)現(xiàn)這是共性問題,便引導全班進行討論,尋找原因。有學生認為是材料損壞,教師提示學生可以用電壓表測量。測量結(jié)果顯示各組均有電壓。此時,先前測試過金屬反應(yīng)的學生率先指出問題所在:單個蘋果電池的電壓過低,不足以點亮小燈泡。于是,一些小組開展了組間合作,將多個蘋果電池串聯(lián)起來,最終成功點亮了LED燈。在活動中,學生將生物學分析與化學原電池原理相結(jié)合,不僅掌握了金屬活動性順序的知識,還理解了跨學科知識遷移的邏輯。課后,教師進一步引導學生反思:“若用堿性溶液替代酸性溶液,電極材料應(yīng)如何選擇?”此問題能促使學生將知識學習拓展至更復(fù)雜的情境,深化對電化學本質(zhì)的認知。以上生物學與化學的跨學科教學使學生掌握了運用金屬活動性順序知識進行基礎(chǔ)判斷的方法,理解了將生物組織作為電解質(zhì)進行導電實驗的步驟。同時,他們還在實踐中深化了對電化學概念的理解,培養(yǎng)了運用多學科知識解釋生活現(xiàn)象的能力,有效提升了科學探究能力。二、借力地理學知識,探究鐘乳石成因鐘乳石的形成是化學沉積作用與地理環(huán)境長期作用的結(jié)果。在跨學科教學中,教師可引導學生立足化學學科視角,以碳酸鈣的溶解與沉淀反應(yīng)為基礎(chǔ),結(jié)合地理學知識分析溶洞環(huán)境條件,探究鐘乳石成因,從而深化學生對物質(zhì)轉(zhuǎn)化規(guī)律的理解,培養(yǎng)其綜合運用自然科學知識解釋復(fù)雜地質(zhì)現(xiàn)象的能力。以人教版化學九年級下冊第十單元課題2“常見的酸和堿”為例,教師在課堂上展示溶洞景觀的圖片,提出問題:“鐘乳石的主要成分是什么?其形成需要哪些條件?”學生查閱教材后,依據(jù)化學知識回答:碳酸鈣與水和二氧化碳反應(yīng)生成可溶的碳酸氫鈣;當環(huán)境變化時,碳酸氫鈣分解,重新析出碳酸鈣沉積。教師追問:“為何鐘乳石多分布于喀斯特地貌區(qū)?”由于這一問題涉及多學科領(lǐng)域,九年級學生往往無法直接給出準確答案。此時,教師指導學生進行模擬實驗,將碳酸氫鈣溶液滴在玻璃片上,用吹風機模擬水分蒸發(fā),觀察現(xiàn)象。學生發(fā)現(xiàn)有白色沉淀生成,討論并推測:這可能是水滴蒸發(fā)時,溶質(zhì)發(fā)生了分解反應(yīng)。通過查閱資料,結(jié)合實驗現(xiàn)象,他們得出結(jié)論:富含碳酸氫鈣的水滴在從洞穴頂部滴落過程中,如果水分蒸發(fā)或二氧化碳逸出,就會分解生成碳酸鈣沉淀(即鐘乳石的主要成分),化學方程式可以表示為Ca(HCO3)2=CaCO3↓+CO2↑+H2O°教師順勢引入地理知識:“喀斯特地貌區(qū)廣泛分布著可溶性碳酸鹽巖(如石灰?guī)r),地下水溶蝕作用強烈,且溶洞內(nèi)溫濕度條件穩(wěn)定,為沉積提供了理想環(huán)境。因此,碳酸鈣與酸的反應(yīng)為理解溶洞喀斯特地貌提供了化學基礎(chǔ),而地理學知識則解釋了溶洞內(nèi)濕度、溫度及地下水流動對沉積速率的影響?!比绱艘粊?,學生可清晰地認識到鐘乳石形成并非單一的化學過程。教師進一步提問:“酸雨如何影響鐘乳石的生長?”學生結(jié)合教材指出:酸雨中含有硫酸和硝酸等強酸,在酸性條件下與石灰?guī)r反應(yīng),生成可溶性鈣鹽(如硫酸鈣、硝酸鈣),其反應(yīng)速度遠快于自然條件下碳酸的溶解作用。教師肯定學生的回答,以硫酸為例寫出方程式CaCO3+H2SO4=CaSO4+CO2↑+H2O,并補充說明:雖然硫酸鈣微溶,但持續(xù)的酸雨作用會導致碳酸鈣快速流失[1]。通過地理與化學的學科交叉探究,學生不僅能掌握碳酸鹽的化學性質(zhì),還能理解自然景觀(如喀斯特地貌)背后的科學原理。此類跨學科實踐活動有助于學生構(gòu)建關(guān)于物質(zhì)循環(huán)的系統(tǒng)觀念,從而培養(yǎng)其運用化學原理解釋自然現(xiàn)象的綜合思維能力。三、追溯歷史發(fā)展,模擬古法煉鐵融合化學與歷史學科,有助于學生理解科學知識的發(fā)展脈絡(luò)。教師可帶領(lǐng)學生分析古代煉鐵技術(shù),理解化學工藝對人類文明進步的推動作用,培養(yǎng)其科學態(tài)度與社會責任意識。這一跨學科實踐活動還能將抽象的金屬冶煉知識與具體歷史情境相結(jié)合,增強學習的趣味性。以人教版九年級下冊化學第八單元課題1“金屬材料”為例。實踐活動前,教師指出古法煉鐵是化學還原反應(yīng)在人類文明史上的典型應(yīng)用,引導學生從歷史視角理解煉鐵技術(shù)的演變,如戰(zhàn)國時期鐵器普及對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的推動作用,進而引出化學中的金屬冶煉原理,點明本次實踐活動任務(wù)為模擬古代工藝。接著,教師以“如何用木炭和鐵礦石模擬古代煉鐵”為驅(qū)動任務(wù),要求學生設(shè)計實驗裝置。有學生依據(jù)教材中一氧化碳還原氧化鐵的原理,提出用炭火加熱主要成分為Fe2O3
的鐵礦石?;诖?,教師組織討論:“為何古代工匠選擇用木炭而非焦炭?\"經(jīng)過討論,有小組代表結(jié)合歷史知識回答:“焦炭冶煉技術(shù)直至近代才成熟,而古代受限于燃料來源,木炭更易獲取。”實驗過程中,教師巡視各小組。有小組觀察到紅棕色固體變?yōu)楹谏⒂么盆F驗證產(chǎn)物具有磁性(表明含鐵單質(zhì))。教師隨即提問:“你們知道古代煉鐵爐為何設(shè)計為豎爐結(jié)構(gòu)嗎?”學生通過分析氣流分布與溫度場,得出豎爐更能提高反應(yīng)效率的結(jié)論。最后,在教師指導下,學生學習相關(guān)化學方程式。古代煉鐵過程中,木炭作為燃料和還原劑,與鐵礦石在高溫下發(fā)生還原反應(yīng)。木炭不完全燃燒生成一氧化碳:2C+O2
高溫2CO。一氧化碳還原赤鐵礦可表示為:Fe2O3+3CO高溫2Fe+3CO2
。總反應(yīng)式可表示為:2Fe2O3+3C高溫4Fe+3CO2↑。模擬古法煉鐵的實驗,讓學生掌握了金屬氧化物還原的化學原理,體會到技術(shù)發(fā)展與社會需求的緊密聯(lián)系。借助歷史與化學的對話,學生既可以理解煉鐵的化學反應(yīng)原理,又可以體驗到科學技術(shù)與社會發(fā)展的互動關(guān)系。這種跨學科的融合能將化學學習提升到超越單純知識記憶的層面,有效培養(yǎng)學生的唯物史觀與創(chuàng)新意識[2]。四、鏈接物理學科,分析干粉滅火器原理干粉滅火器的工作原理涉及化學滅火劑與物理壓力釋放的協(xié)同作用。在跨學科教學中,教師可引導學生從燃燒條件的角度出發(fā),如可燃物、氧氣、溫度,結(jié)合物理學中的氣體壓力知識,探究干粉滅火器的工作機制,從而深化學生對物質(zhì)性質(zhì)與用途的理解,培養(yǎng)其綜合運用科學知識解決實際問題的能力。以人教版化學九年級上冊第七單元實驗活動4“燃燒條件的探究”為例,首先,教師向?qū)W生展示干粉滅火器實物,并提問:“為什么按下手柄滅火器就會噴出粉末?”學生分組合作,拆解簡易滅火器模型,觀察其壓縮氣體推動粉末的現(xiàn)象,得出結(jié)論:手柄下壓使瓶內(nèi)氣壓增大,推動干粉噴出。教師追問:“干粉中的碳酸氫鈉在高溫下如何發(fā)揮作用?”學生結(jié)合教材,分析碳酸氫鈉受熱分解產(chǎn)生CO2
的化學反應(yīng),并在教師指導下得出結(jié)論:碳酸氫鈉在受熱條件下會分解生成碳酸鈉、水和二氧化碳,反應(yīng)的化學方程式為。為驗證原理,教師設(shè)計模擬實驗:加熱小蘇打ΔNaHCO3
),用澄清石灰水檢測生成氣體。學生觀察到石灰水變渾濁,證明二氧化碳生成。接著,教師引導學生結(jié)合物理學氣體膨脹的原理,討論若滅火器壓力不足會導致什么問題。有學生提出:“壓力不足會減緩干粉擴散速度,從而影響滅火效率?!蓖瓿商骄炕顒雍?,教師進行總結(jié):滅火的本質(zhì)是破壞燃燒條件使燃燒反應(yīng)終止,干粉滅火器通過化學作用使碳酸氫鈉受熱分解產(chǎn)生二氧化碳隔絕氧氣,同時借助高壓氣體的物理作用快速擴散干粉覆蓋可燃物,從而實現(xiàn)雙重滅火效果。通過對物理與化學知識的綜合應(yīng)用,學生認識到科技產(chǎn)品往往是多學科領(lǐng)域融合的結(jié)果,深刻理解了跨學科知識的實際應(yīng)用價值,并在活動中掌握了滅火的基本原理。這有助于提升學生的工程思維與系統(tǒng)分析能力,強化其安全意識,為其解決復(fù)雜現(xiàn)實問題奠定基礎(chǔ)。五、融入語文教育,完成資源保護倡議書將語文表達能力培養(yǎng)與化學資源保護知識相結(jié)合,能夠讓學生實現(xiàn)科學素養(yǎng)與人文素養(yǎng)的雙重提升。因此,教師可以組織學生撰寫倡議書,引導學生將化學知識轉(zhuǎn)化為社會行動,培養(yǎng)學生的環(huán)境意識與社會責任感,增強學習活動的現(xiàn)實意義[3]以人教版九年級化學下冊第十一單元課題2“化學與可持續(xù)發(fā)展”下的“水資源保護倡議”跨學科項目為例。首先,教師組織學生調(diào)研本地水資源狀況,總結(jié)工業(yè)廢水處理的化學方法。然后,教師結(jié)合語文學科的應(yīng)用文寫作知識,布置撰寫水體保護倡議書的實踐任務(wù),要求學生從化學專業(yè)角度出發(fā),在倡議書中闡明水體污染的危害及其治理方法。在活動中,學生分組合作,討論了諸如明礬凈水、中和反應(yīng)等化學原理的實際應(yīng)用可能性。經(jīng)過一段時間的探究,某學生小組率先完成了題為《水體保護倡議書》的文稿,其內(nèi)容如下:水是生命之源,是人類社會賴以生存的寶貴資源。根據(jù)生態(tài)環(huán)境部公報,當前我國仍有32.4%的河流存在不同程度污染。作為學習過“化學與可持續(xù)發(fā)展”課程的學生,我們通過實地調(diào)研發(fā)現(xiàn):本地河道存在工業(yè)廢水違規(guī)排放、生活污水直排等問題,水體ΔpH異常,部分區(qū)域pH?5,且重金屬超標現(xiàn)象突出。為此,我們發(fā)起此倡議。首先,我們要科學認識水體污染的危害:在化學污染方面,工業(yè)廢水中的酸性物質(zhì)會腐蝕水生生物鰓組織;重金屬能通過食物鏈富集,導致人體神經(jīng)系統(tǒng)損傷。在生物污染方面,含磷洗滌劑會引發(fā)水體富營養(yǎng)化,導致藻類暴發(fā)性繁殖,造成溶解氧銳減,形成“死亡水域”。在物理污染方面,懸浮固體會遮蔽陽光,阻礙水生植物的光合作用,從而破壞生態(tài)平衡。其次,我們建議有關(guān)部門采取化學治理方案實踐。例如,采取混凝沉降法,運用“明礬凈水”原理。實驗證明,該方法可使水樣渾濁度降低85%。建議污水處理廠增設(shè)混凝池。采取中和處理技術(shù),針對酸性廢水(pHlt;6),可采用Ca(OH)2
進行中和反應(yīng)。借助活性炭吸附,利用活性炭的多孔結(jié)構(gòu)吸附有機物。實驗數(shù)據(jù)顯示該方法對染料廢水的脫色率可達92%O最后,我們倡議全民行動,安裝節(jié)水型器具,拒絕使用含磷洗滌劑,對廚余垃圾進行干濕分離。請牢記:每一滴清水都值得珍惜,每一次行動都是在創(chuàng)造未來!通過語文與化學的深度融合,學生不僅了解了資源保護的科學知識,還學會
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