跨学科融合视角下高中有机化学实验教学发展核心素养的路径研究

引言

当前高中有机化学实验教学存在模式固化、评价单一等局限，制约了核心素养的培育。跨学科融合为解决这一困境提供了新思路：通过引入生物学情境、物理学原理及环境科学议题，重构实验教学目标与内容。这种融合不仅深化学生对有机反应本质的理解，还能培养其科学探究能力与社会责任意识。基于此，本文基于跨学科理念，探索实验教学与核心素养协同发展的优化路径，为有机化学教育转型提供理论支撑与实践范式。

一、核心素养的三维解析

核心素养的三维解析聚焦文化浸润、个体发展与社会联结的有机统一。文化基础强调人文积淀与科学思维的融合，通过经典智慧的内化形成真善美的价值追求；自主发展关注元认知能力构建，涵盖学习策略优化、生命意义体悟及人格完善的终身成长路径；社会参与侧重责任伦理实践，表现为生态意识觉醒、技术伦理思辨及复杂社会议题的协同解决能力。三者形成知识奠基- 自我觉醒- 行动担当的素养生成闭环，推动个体从知识接受者向责任践行者转化。

二、跨学科融合的学理基础

跨学科融合的学理基础植根于系统论的整体性思维，强调学科间要素的关联与协同；建构主义学习理论主张通过主动知识建构打破学科壁垒，而多元化智能理论则从认知多样性视角支撑跨学科思维培养。协同学理论揭示不同学科子系统的动态耦合机制，知识建构理论则关注知识在跨域交互中的动态整合。超学科范式进一步突破学科边界，以问题导向重构知识生产逻辑，形成超越单一学科的解释框架。

三、高中有机化学实验教学的现状分析

高中有机化学实验教学仍面临多维困境。教学模式固化，部分课堂沿用灌输式教学，学生被动执行既定流程，实验设计与生活脱节，导致探究兴趣衰减。实验条件受限，部分学校因设备陈旧、通风设施不足，难以开展高阶实验，制约学生技术视野拓展。评价体系失衡，过度关注产率计算等结果性指标，忽视实验设计合理性、绿色化学理念践行等过程性素养。教师发展滞后，跨学科知识储备不足难以引导学生构建有机化学与生命科学、环境科学的关联认知。线上资源开发薄弱，虚拟仿真等数字化手段应用不足，导致实验预习与复习环节缺乏深度交互支持。这些结构性矛盾阻碍了核心素养导向的实验教学目标落地，亟待系统性改革。

四、跨学科融合视角下高中有机化学实验教学路径设计

（一）模块化实验设计

在跨学科融合视角下《纸层析法》模块化实验设计，以生物学情境锚定，通过植物叶片色素分离案例阐释层析法的生命科学价值；流体力学机制解构，结合毛细作用原理揭示流动相与固定相分配系数差异的分离本质。实验模块包含点样技术标准化（微量移液器控制斑点扩散）、展开剂极性梯度优化（丙酮- 盐酸与正丁醇- 乙酸双体系对比）及显色路径差异化（氨熏与茚三酮显色联用）。环境科学伦理拓展，引入食品合成色素风险评估任务，将 STS 理念融入实验后效分析。通过生物情境 - 物化机理 - 生态责任的跨域串联，实现分离技术掌握 - 分析思维建构- 社会责任培育的教学闭环。

（二）项目式学习

在生物学 - 化学 - 环境科学跨学科框架下，项目式学习围绕《纸层析法》展开以下教学流程：以植物叶片色素分离为生物学背景，结合光合作用原理揭示色素分离的科学意义；通过毛细作用实验（如滤纸浸润速度观察）建立流体力学与化学分离技术的关联；使用微量移液器控制斑点直径（ ≤3mm ），训练精密操作能力；对比丙酮 - 盐酸体系（金属离子分离）与正丁醇 - 乙酸体系（氨基酸分离），探究溶剂极性对迁移率的影响；引入氨熏显色与茚三酮显色双路径对比，强化分析化学思维；设计食品色素安全性检测任务，结合 STS 理念评估合成色素风险。科学探究（Rf 值计算）、创新思维（展开剂配比优化）、社会责任（溶剂回收方案）。

（三）翻转课堂

学生通过微课学习层析法原理（Rf= 斑点移动距离 / 溶剂前沿移动距离）、流动相（丙酮 - 盐酸体系）与固定相（滤纸吸附水）的极性梯度分配规律，结合植物叶片色素分离的生物学案例完成知识建构。对比叶绿体色素分离与合成色素毒性检测的环境科学任务，建立分离技术 - 生态伦理认知闭环；分组优化展开剂配比（如正丁醇/ 乙酸体积比调整），推导极性参数（ ）对迁移率的影响规律；执行双显色路径（氨熏显色 Fe ⁺、茚三酮显色氨基酸），训练紫外 - 可见光谱表征思维。设计食品添加剂安全性评估项目报告，要求运用层析数据建立合成色素风险矩阵模型，融合 STS 教育理念。因此，通过生物情境导入- 物化原理解构- 环境伦理延伸的跨学科路径，实现分离技术掌握与创新思维培养的双重目标。

（四）教师专业发展

跨学科融合视角下的高中有机化学教师专业发展，需通过跨学科知识重构与教学能力升级实现。教师应参与跨学科培训，掌握生物、环境科学等关联领域知识体系，提升实验课程开发能力；建立校际协作教研机制，融合物理流体力学、光谱分析技术优化实验设计；通过虚拟仿真技术培训强化信息化教学手段，结合STS 理念构建绿色化学伦理认知。最终形成学科交叉- 技术整合- 伦理思辨的专业发展闭环。

结束语

总之，跨学科融合视角下的有机化学实验教学，通过模块化实验设计，有效促进了核心素养的落地。该路径能激发学生的创新潜能并强化其科学伦理认知。未来需进一步开发校本化跨学科案例库，推动虚拟仿真技术与实验教学的深度融合，同时完善过程性 - 发展性评价体系，以实现知识迁移- 素养内化- 终身学习的育人目标。

参考文献

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课题名称指向核心素养发展的高中化学实验教学实践研究

课题批准号 JKY2024003