跨学科实验设计：融合高中化学与其他科学领域的教学创新

引言

当代科学教育强调学科交叉融合，高中化学与其他科学领域的整合实验设计为学生构建了更广阔的认知视野。多学科与化学的深度融合，不仅强化了知识的系统性，更激发了学生的科学探究兴趣。通过跨学科实验，学生能直观理解化学反应的微观机制与宏观现象的关联，同时培养综合分析与解决问题的能力。这种教学模式打破了传统学科的壁垒，为科学教育提供了创新路径，也为培养未来复合型科学人才奠定了基础。

一、跨学科实验设计的背景

当代科学教育正面临从单一学科向跨学科整合的转变，这一趋势源于科学研究的复杂性与实际问题的多学科交叉属性，传统的高中化学教学往往局限于理论讲解与验证性实验，难以激发学生的深层探究兴趣，而化学作为一门中心学科，与物理学、生物学、地理学等领域的知识天然交融，为跨学科实验设计提供了丰富可能，近年来，全球教育改革的重点之一便是培养学生的核心素养，其中跨学科思维、问题解决能力与创新实践能力成为关键目标，中国《普通高中化学课程标准（2017 年版）》也明确提出要加强学科交叉，倡导项目式学习与真实情境下的科学实践，在这样的背景下，跨学科实验设计成为突破传统教学模式的重要途径，它不仅能够帮助学生建立知识间的联系，更能培养其综合运用多学科工具解决复杂问题的能力，同时，随着 STEM（科学、技术、工程、数学）教育理念的推广，化学与其他学科的融合实验成为提升学生科学素养的有效手段，这种教学模式不仅符合新高考改革的方向，也为培养未来科技创新人才奠定了坚实基础。

二、高中化学跨学科实验设计

（一）化学与物理学的实验融合

化学与物理学的交叉点主要体现在能量转化、物质结构与反应动力学等方面，通过实验设计，可以让学生直观理解化学反应中的能量变化，如利用热力学原理解释燃烧反应的热效应，或结合电化学知识设计原电池实验，探究电能与化学能的相互转换，在气体定律的应用中，可以引入理想气体状态方程，研究温度、压强对化学反应速率的影响，同时，光学与化学的结合也能拓展实验维度，例如通过分光光度法测定溶液浓度，让学生理解光的吸收与物质浓度的关系，这类实验不仅深化了学生对化学原理的认识，也强化了物理思维在化学研究中的应用能力，此外，借助现代实验技术如传感器实时监测反应过程中的温度、pH 值变化，学生能够更精准地分析实验数据，建立定量研究的科学思维。

（二）化学与生物学的实验结合

化学与生物学在生命科学领域的深度融合为实验设计提供了广阔空间，酶催化反应是典型的跨学科案例，学生可以通过实验探究不同条件下酶的活性变化，理解 pH、温度等因素对生物催化剂的影响，蛋白质的显色反应（如双缩脲反应）则能够帮助学生建立化学试剂与生物大分子的联系。

（三）化学与地理学的实验关联

化学与地理学的结合主要围绕环境问题与自然资源展开，在土壤酸碱性检测实验中，学生可以运用化学滴定法分析不同区域土壤的 pH 值，并探讨其对农作物生长的影响，水污染治理实验则涉及混凝沉淀、吸附等化学方法，模拟工业废水处理过程，让学生理解污染物迁移与转化的科学原理，大气化学实验可设计模拟酸雨形成，研究二氧化硫与氮氧化物在空气中的反应机制及其对生态系统的影响，矿物资源的鉴别与利用也是重要方向，例如通过焰色反应分析矿石中的金属元素，或利用化学反应模拟金属冶炼过程，这类实验不仅增强了学生的环保意识，也培养了其运用化学知识解决地理问题的综合能力。

创新策略

三、跨学科实验设计：融合高中化学与其他科学领域的教学

（一）教学资源的开发与共享

跨学科实验的成功实施依赖于高质量的教学资源，以 2019 版苏教版必修一为例，在“氧化还原反应”教学中可整合物理学中的电池原理，开发实验案例库，如利用水果电池实验串联化学能与电能的转换，同时结合生物学中的神经电信号传递，深化学生对电子转移的理解，学校应建立跨学科实验资源平台，整合实验视频、模拟软件与教案，促进教师间的协作创新，此外，可引入虚拟实验室技术，让学生在数字化环境中模拟复杂化学反应与物理现象的交互作用，提升实验教学的可视化与互动性。

（二）教师培训与专业发展

跨学科教学对教师的专业素养提出了更高要求，学校可组织化学、物理、生物等学科教师共同研讨实验设计，例如围绕苏教版必修一“金属的腐蚀与防护”主题，联合地理教师探讨不同气候条件下的金属锈蚀差异，设计对比实验，鼓励教师参与高校或科研机构的跨学科研修项目，学习前沿实验技术如纳米材料制备与生物传感应用，同时建立教师学习共同体，定期开展跨学科教学案例分享，提升教师的课程整合能力与创新意识。

（三）学校课程体系的优化与整合

学校层面的课程体系重构是实施跨学科实验教学的关键支撑。基于 2019 版苏教版必修一教材内容，需要从课程结构、实施方式和评价体系等多个维度进行系统性变革。在 " 硫及其化合物 " 单元教学中，可以突破传统课时限制，采用主题式模块化设计，将化学知识与社会热点问题有机融合，例如设计为期两周的" 酸雨综合防治 " 项目，组织学生通过文献查阅、实地考察、实验模拟等多种方式，探究硫氧化物在大气中的迁移转化规律及其对生态系统的影响。在课程实施过程中，应当注重打破学科壁垒，建立灵活的教学组织形式，如采用 " 化学教师 + 地理教师 " 双师授课模式，在讲解硫的化学性质时同步分析不同地理环境下的酸雨形成特征。同时需要重构评价体系，将实验设计能力、跨学科思维、团队协作等纳入考核维度，采用实验报告、学术海报、方案答辩等多元评价方式。

结束语

跨学科实验设计重新定义了高中化学教育的可能性，它超越了单一学科的局限，构建了多维度、立体化的学习场景。通过融合多领域的核心概念，学生得以在真实问题中应用化学知识，形成科学思维的整体性。育的终极目标在此过程中得以实现——培养既能深入专业又能跨界思考的新时代人才。

参考文献

[1] 苟合飞 . 跨学科融合在高中化学实验教学中的探索——以“化学能转化成电能”为例 [J]. 化学教与学 ,2025,(12):16-18.

[2] 周文平 . 跨学科实验设计：融合高中化学与其他科学领域的教学创新[A] 中国陶行知研究会2023 年学术年会论文集（四）[C].中国陶行知研究会, 中国陶行知研究会,2023:3.

[3] 康凤, 杨学博. 高中化学与其他学科交叉渗透的策略研究[J].教育艺术 ,2023,(02):65.

[4] 马晓蕊, 郑柳萍. 高中化学跨学科主题教学案例的开发—“此盐（食用盐）非彼盐（工业盐）的探秘”[J]. 化学教与学,2022, (20):17-22.

[5] 刘子静 . 中美高中化学教材跨学科内容的比较研究 [D]. 西南大学 ,2020.

本文系 2024 年度河北省承德市教育科学规划课题一般课题《跨学科融合背景下的高中化学“协同创新”实践模式研究》（课题编号2412020）的研究成果