基于“教、学、评”一体化的跨学科融合教学探究
——以“分子的手性”为例

沈玉勤|浙江省平湖中学

化学是一门在分子、原子水平上研究物质的基础学科，与其他学科存在着密切的联系。但当前的化学教学中仍存在缺少系统性思维的统领、缺少跨学科融合的目标体系、评价体系与目标不一致等问题，这就使学生在面对与其他学科相关联的概念或问题时不能融会贯通，甚至觉得它们相互矛盾。

为解决这一问题，笔者基于《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称“《课程标准》”）所倡导的“教、学、评”一体化理念，对跨学科融合教学的路径进行了探索。“教、学、评”一体化要求在整个教学系统中，教师的教、学生的学以及对学习结果的评价之间要协调配合，旨在实现所学即所教、所教即所评、所学即所评［1］。具体教学中，笔者以系统性思维为统领，创设真实情境，运用物理、数学、生物等学科的知识和方法，共同指向要解决的化学问题，引导学生进行深度学习，使其在应用和发展各学科知识的同时，提高处理现实世界复杂问题的能力，进而系统掌握知识、提升学科核心素养，以下详细阐述。

一、以化学系统性思维为统领

在化学教学中，要打破学科界限、整合知识，需要有化学系统性思维［2］。化学系统性，包括化学学科内部的系统性以及化学与其他学科之间的系统性（其层级框架详见图1）。因此，化学系统性思维重视学科内的重组以及跨学科的关联，从整体的角度综合思考目标体系问题，强调可持续发展的观念。在系统性思维统领下实施教学，能帮助学生克服“学科孤立”的问题。

图1 化学系统性层级框架

“分子的手性”首次出现于人教版普通高中教科书《化学》选择性必修2《物质结构与性质》第二章第三节，选择性必修3《有机化学基础》中也有相当部分的内容有所涉及。手性的发现开启了化学通向生命科学的大门，而发现手性的实验又依赖于物理、数学等学科的知识。手性还体现了化学之美，可造福人类，对探究新领域也有启示。“分子的手性”相关内容详见图2。

图2“分子的手性”相关内容

在具体展开“分子的手性”教学时，还会涉及技术要素、思政教育、美学素养等更多方面的内容。

二、确定跨学科融合教学的目标

目标是课程的灵魂，是教学的关键。跨学科融合教学的目标要与交叉学科的学习要求有机融合，而非简单地罗列。因此，教师不但要清楚化学学科的要求，也要了解相关学科的课程标准，明确其他学科与化学相关联的概念、知识和技能，实现和谐统一。该目标还要在学生已有知识技能的基础上统筹规划，体现对跨学科知识、技能、思维的培养，指向具体的知识技能、素养达成等。

高中阶段对“分子的手性”的教学要求并不高，《课程标准》对《物质结构与性质》中此部分内容的要求是“结合实例初步认识分子的手性对其性质的影响”，对《有机化学基础》此部分内容的要求是“能说明立体异构现象”。高中生物学教材虽然没有对手性作出具体要求，但生物分子中的手性现象更为普遍，因此可以将生物学中的相关内容纳入化学中的“分子的手性”教学，以帮助学生更好地理解相关知识。“分子的手性”教学也需要用到偏振光等，而物理学科对偏振光及其应用有具体的教学要求。此外，“分子的手性”教学也涉及思政、历史等学科。

根据上述分析，笔者在设计“分子的手性”跨学科融合教学时融入思政、人文、价值观等教育，设定目标，并厘清了相关跨学科知识，详见表1。

表1 “分子的手性”跨学科融合教学的目标及相关跨学科知识

三、建立跨学科融合教学的评价体系

“教、学、评”一体化的关键在于发挥“评”对“教”和“学”的导向和促进作用。评价目标与教学目标应保持一致性，既要依据教学目标设置评价目标，又要依据评价目标开展评价活动、设定教学流程、展开教学活动。评价要有融合性、针对性、多样性、多元性，要将诊断性评价、形成性评价和终结性评价相结合。除了重视教师对学生的评价外，还应重视学生对教师的评价，以及学生自评、生生互评的有机结合。跨学科融合教学的评价体系详见图3。

图3 跨学科融合教学的评价体系

根据以上原则，笔者基于“分子的手性”跨学科融合教学的目标，确定其教学环节、评价目标及评价方案，详见表2。

表2 “分子的手性”跨学科融合教学的教学环节、评价目标及评价方案

四、在真实情境下设计驱动任务，展开教学活动

依据教学目标和评价目标，选择凸显化学主体地位的真实情境，是跨学科融合教学的具体依托。教师要以教学目标为起点和核心，先在与之对应的评价体系上实施任务驱动，设置符合逻辑性、导向性、层次性、生成性且有利于学科融合的问题，再将评价任务拆分成小的任务，并根据学生在活动中的反馈不断调整教、学、评的方式，从而推动教学目标的有效达成。

在教学活动的设计上，教师要懂得“压薄”，即精简活动，减少对学生思维的限制，使学生的思维发展空间变大、活动形式更加多样化，从而使学习的范围“变宽”，更有利于实现跨学科融合教学［3］。教师不仅要以培养学生适应社会发展的能力为终极目标，注意启发学生的思维并使其向多元的方向延展，还要懂得留白，给学生留有自主发展提升的空间，使其达成学习能力的进阶、提升终身学习的能力。

“分子的手性”跨学科融合教学的具体环节如下。

【环节1】神奇的分子手性

［任务］认识镜像对称和空间叠合的区别

情境：照镜子，观察右侧戴花和不戴花、左右手的对称性。

问题：镜子中的“我”是不是我？

设计意图：从宏观生活小实验认识镜像对称和空间叠合，诊断学生的空间判断能力，为手性的认识做好铺垫。

【环节2】认识分子的手性

［任务1］初识分子的手性

情境：学生搭建CHFClBr 分子模型，比较空间特点并尝试叠合。

问题：（1）搭建的模型是不是同种分子？（2）能否将分子叠合？

设计意图：通过实验自主探究，引导学生发现具有相同组成和空间结构的分子无法在空间叠合，这与宏观层面中左右手的关系类似，使其认识到手性异构体和手性分子的微观结构特点，初步建立对手性分子的认识。组织学生自评和互评，诊断和发展学生从实物模型到知识模型、从宏观到微观的认识水平，帮助学生发展核心素养。

［任务2］探究手性分子的形成条件

情境：学生搭建CH2ClBr 分子模型，比较空间特点并尝试叠合。

问题：（1）互为镜像对称的CH2ClBr 分子能否叠合？（2）与CHFClBr 相比，CH2ClBr 在空间上有什么特点？（3）手性分子在组成和结构上存在什么特点？

设计意图：通过自主实验，引导学生逐步探究手性分子的形成条件，建立含一个碳原子的手性分子的模型，认识到CH2ClBr 分子不具有手性是因为其分子具有对称面。此处不仅有抽象的化学知识，还能充分调动学生的数学素养。教师参与到活动中，与学生一起探讨、归纳和补充，实现互相评价。诊断和发展学生利用模型认识微观结构的科学探究意识，发展学生从个别到一般的证据推理能力以及从现象到结构的模型认知素养。

［任务3］认识常见的手性分子，再探手性碳原子和手性分子

情境：（1）展示甘氨酸、丙氨酸、乳酸、甘油醛的结构；（2）以图片和视频的形式展示酒石酸盐晶体结构；（3）阅读巴斯德首次发现分子的手性并手工分离两种晶体的科学史。

问题：（1）这些常见的有机物质是否具有手性？用“*”标出其中的手性碳原子；（2）酒石酸盐晶体属于对映异构体吗？

设计意图：以生物学中常见的物质为例，既融合了有机化学部分的知识，也结合了生物学的知识。让学生思考后在黑板上演示，引导生生互评。诊断并强化学生对手性碳原子和手性分子的理解和判断，使其将含一个碳原子的手性特点拓展到含多个碳原子的分子，认识到晶体也有手性，从而完善认识模型，实现认知的深化。

［任务4］认识手性分子的性质

情境：（1）观看酒石酸盐旋光性的实验视频；（2）肌肉运动和糖类发酵产生不同结构的乳酸。

问题：（1）手性分子具有哪些特别的性质？（2）这些性质与什么相关联？

设计意图：以实例说明手性分子能使偏振光发生偏转，手性分子的产生与生命活动有关，利用了旋光仪的测定技术，结合了偏振光的相关知识和生物活性问题。让学生充分讨论后表达自己的观点，并通过生生互评和师生互评得出结论。调动学生的多学科知识，诊断并发展学生的归纳和科学探究能力，发展结构决定性质的科学观，促进知识在学科间的融会贯通。

［任务5］知道手性分子的简单命名

情境：知识拓展：以CHFClBr 为例介绍绝对命名法，以甘油醛、葡萄糖为例介绍相对命名法。

问题：结合模型，你认为乳酸分子名称中D、L的含义是什么？

设计意图：结合模型，知道两种常见的手性命名，知道有机化学、生物学中常见分子名称的含义，诊断并发展学生的知识迁移能力。

［任务6］综合判断手性碳原子和手性分子

情境：展示酒石酸的结构简式，并简单介绍R-S命名法。

问题：（1）用“*”标出手性碳原子；（2）酒石酸可能有哪些光学异构体？（3）这些光学异构体中哪些互为对映异构体？（4）这些手性碳原子使偏振光的偏转一致吗？

设计意图：通过层层深入的问题驱动，经过分组讨论、书写及师生共同探讨，引导学生判断含多个碳原子的分子的手性问题，简单认识外消旋体和内消旋体。诊断并提升知识迁移能力，强化结构决定性质的观念、运用模型解释化学问题的能力，并在不断打破原有“分子的手性”模型的基础上建立更完善的认知模型，推动深度学习。

【环节3】用好分子的手性

［任务1］理解手性分子发现的重要意义

情境：（1）“反应停”的社会问题；（2）“化学史上最美实验”与巴斯德介绍。

问题：（1）沙度利安有没有对映异构体？（2）通过“反应停”事件，你能认识到什么问题？（3）如何看待巴斯德的实验位居“化学史上最美实验”之首？

设计意图：引导学生交流评价“反应停”事件，认识到巴斯德发现手性对人类社会的重要意义，通过巴斯德的事迹，认识科学家伟大品格的魅力。新的认识模型在此处得以应用。诊断并发展学生从化学理论迁移到具体应用的能力，让学生体会化学之美，提升学生的科学态度和社会责任感，使学生树立用科学服务人类的信念。

［任务2］认识不对称催化的重要意义和前景

情境：（1）与学生互动握手；（2）2001 年诺贝尔化学奖介绍；（3）周其林及其团队凭借“高效手性螺环催化剂的发现”获得了2019 年度国家自然科学奖一等奖。

问题：（1）若有机合成产物同时有左旋和右旋产物，会造成什么问题？（2）为什么握手的时候都用右手？能不能是右手和左手？（3）通过握手，给我们在手性合成中带来怎样的灵感？

设计意图：诊断并评价学生对绿色化学的理解；通过与学生互动，引导学生将催化剂的专一性以及生物学中酶催化的锁钥原理迁移到使用手性催化剂实现高效不对称合成技术中，使新建认识模型进一步得以应用。诊断和提升学生的知识迁移融合能力和问题解决能力，发展创新精神，增强民族自信。

【环节4】再识分子的手性

［任务1］宏微结合再识手性

情境：（1）图片展示地球的旋转，海螺，缠绕的藤蔓，石英螺旋链和石英的左、右型晶体，DNA双螺旋结构；（2）再次照镜子观察。

问题：（1）通过这节课，你获得了哪些新的知识？（2）再次归纳，什么样的物质具有手性？（3）“我”有没有手性因素？镜子中的“我”是不是我？

设计意图：通过交流讨论，展开生生互评、师生互评，从宏微结合的角度归纳总结手性知识。手性的关键在于结构的不对称，导致三维空间无法叠合。“分子的手性”认识模型得以进一步完善。诊断并提升学生的总结归纳能力和模型建构水平，首尾呼应，从不同角度判断手性问题，并引发哲学思辨。

综上，“分子的手性”实际应用广泛，涉及化学与其他学科的诸多方面。笔者基于“教、学、评”一体化实施跨学科融合教学，以系统性思维为统领，使学生从多元化的视角“发现→认识→完善→应用‘分子的手性’”，既使学生掌握了陌生知识，建立了认识新事物的一般模型，又使学生梳理了已有认识并学以致用，实现了知识、能力、素养的共同提升。