跨学科融合的高二电化学教学初探

前言：高二阶段的电化学，是高中化学里头重点跟难点，会涉及像氧化还原反应、能量转变这些比较抽象的概念。以往传统的教学，大多都局限在化学学科自己的范围里头，学生很容易出现理解零散、应用能力不强的状况。随着核心素养教育不断向前推进，跨学科融合变成了培养学生综合能力的关键途径。电化学方面的知识，跟好多学科都有密切联系，比如跟物理的电路知识搭配在一块，就能弄明白电解池的工作原理，和环境科学凑到一起，就能探讨电化学在污染治理上的应用。所以，试着开展高二电化学教学的跨学科融合，有着特别重要的现实意义跟教学价值。

一、跨学科融合的高二电化学教学现存问题

（一）学科知识整合碎片化，缺乏系统性关联

拿鲁科版高二化学《化学反应原理》第二章“化学反应的方向、限度跟速率”第三节“化学反应的速率”还有第三章“物质在水溶液里的行为”第四节“电解池”来说，教材里头电解池那部分着重讲电极反应方程式的书写情况（像电解 CuCl₂ 溶液这样）、电解原理的应用情形（比如电解精炼铜），可没和物理学科高二《电磁感应与交变电流》里头“电路欧姆定律”“电解池内阻计算”产生联系，也没和生物学科《细胞的能量供应和利用》里头“线粒体有氧呼吸能量转化效率”接上。老师教学的时候，要是只零零散散提到“电解池电路符合欧姆定律”“电解能量转化跟细胞呼吸差不多”，没搭建起“电解池能量转化效率（化学）— 电路电流电压计算（物理）— 生物能量利用效率对比（生物）”这样的逻辑关系链条，学生做鲁科版课后习题“计算电解精炼铜时候的电能损耗”时，只能写出电极反应式，却没办法结合物理电路知识分析损耗的原因，造成知识应用断开了。除此之外，鲁科版教材里“电化学腐蚀与防护”这个知识点，没和地理学科“金属矿产资源分布”、环境科学“酸雨对金属腐蚀的影响”联合起来，老师自己整合的时候容易漏掉“不同地区金属腐蚀速率差异分析”这类内容，学生很难理解电化学知识在实际环境里头的应用逻辑。

（二）教学评价体系单一，未适配跨学科能力培养

在鲁科版高二化学教材章末的测评里头，电化学那块儿的题目大多把重点放在学科里面的知识点上，像“写出电解饱和食盐水时候电极的反应式子”“判断原电池的正负极并且算出电流的大小”这样，没有涉及到跨学科能力的考察。打个比方，在“给校园铁质宣传栏设计防腐方案”这个实践任务当中，学生得把鲁科版化学的“牺牲阳极办法”、物理的“静电屏蔽道理”、美术的“防腐涂层颜色挑选”结合起来去设计方案，然而现在的评价仅仅留意“牺牲阳极法的原理对不对”，没有去评估学生应用物理屏蔽道理是不是合理，还有涂层挑选跟防腐效果之间关联分析的能力。再比如说鲁科版教材“拓展视野”这个栏目介绍了“微生物电池”，学生在探究报告里把生物的“微生物代谢产生电的原理”、化学的“电极反应设计”结合起来提出改进方案，可因为评价体系缺少“跨学科知识整合程度”这个指标，没办法得到有针对性的反馈，打击了学生跨学科探究的积极性。

二、跨学科融合的高二电化学教学优化方法

（一）构建“三维联动”知识体系，强化学科逻辑关联（鲁科版案例）

拿鲁科版《化学反应原理》第三章“电解池”当关键，从知识、办法、应用这些方面搭建跨学科体系。在知识这一块，把“电解池能量转换”当作关键连接点，把化学（电解氯化铜溶液电极反应、电解精炼铜原理）、物理（电路欧姆定律算电解池电流、内阻对电解效率的影响）、数学（用一次函数拟合“电解时间跟析出铜质量”的关系曲线）这些知识要点串起来，形成有条理的网络。比方说，讲“电解池工作原理”的时候，结合鲁科版教材里“电解氯化铜溶液”这个实验，领着学生用化学办法分析阴极铜离子得到电子析出的过程，用物理办法测电路里的电流、电压，用数学办法算电流强度跟铜析出速度的比值，弄明白各学科知识在“电解效率分析”里起啥作用。在应用方面，设计“鲁科版教材拓展任务 —— 废旧干电池回收和利用”，让学生结合化学知识（分析干电池里二氧化锰、锌电极的反应）、物理知识（拆开干电池电路结构）、环境科学知识（设计电池重金属回收方案），实现从教材知识要点到实际应用的转变，解决鲁科版课后“怎样减少电池污染”这个探究问题。

（二）建立“多元协同”评价体系，适配跨学科能力目标

对着鲁科版电化学教学方面内容，从三个方面把评价体系优化一下。在评价内容这块，把鲁科版《化学反应原理》第三章“原电池跟电解池”相关知识点结合起来，设定“学科基础（像写氢氧燃料电池电极反应式子）”“跨学科运用（像结合物理知识去分析燃料电池输出功率的影响因素）”“创新设计（像依照鲁科版‘新型电池’内容，设计适合在户外用的微型燃料电池）”这三类指标。打个比方，评价“氢氧燃料电池探究实验”的时候，不光考察电极反应式对不对（化学方面），还会评估学生能不能结合物理“气体压强对反应速率有啥影响”去调整实验装置，还有是不是提出“利用太阳能电解水给燃料电池供应氢气”这样的创新想法。在评价主体方面，把化学老师（评价化学原理）、物理老师（评价电路设计）、鲁科版教材编写人员（评价知识点适配程度）请来一起参与，对着学生“电解法制备纳米材料”的报告，从好多维度给出反馈。在评价方式这块，过程性评价盯着学生完成鲁科版“电解池实验报告”的过程，记录一下学生是不是主动去查物理、生物资料；终结性评价采用“鲁科版跨学科测试 加上 成果展示”的方式，比如说让学生就“基于电化学原理的海水淡化装置设计”（把化学电解、物理膜分离、地理海水资源知识都结合起来）进行答辩，全面体现学生对鲁科版电化学知识跨学科运用的能力。

总结：高二电化学教学实践搞跨学科融合，打破了传统的学科隔阂，让学生在多学科知识一块动起来的过程里，对电化学本质的认识加深了，不光化学学习成绩提高了，知识迁移跟综合应用的能力也得到锻炼。在教学的过程当中，虽然碰到学科知识整合难度大、教学时间不好协调等难题，不过靠优化教学设计、整合资源，这些难题得到缓解。以后，得进一步把跨学科教学评价体系弄完善，加强对老师跨学科素养的培训，推动跨学科融合在高中化学教学里更广泛、更深入地展开，帮着学生核心素养全面发展。

参考文献：

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