核心素养下高中化学与物理教学的交叉融合

占文芳

(福建省福安市第一中学 福建 福安 355000)

在核心素养的背景下，实现高中化学与物理的交叉融合能够使得学生的知识基础更加稳固，课堂教学模式多元化，进而增强学生学习积极性。在此种教育趋势下，教师就应当积极探究如何推动学科之间的融合，通过对化学知识与物理知识的整理，推动交叉融合教学的开展，以此帮助学生了解相关知识点，提高学生学科成绩，培养学生学科素养。在化学教学中融入物理知识，不仅能够使得课堂分类更加优越，同时也能够帮助学生深层了解物理与化学概念，满足学生在学习过程中的各项需求，培养学生的综合素质与核心素养。

1.学科交叉融合教学概述

学科交叉也就是指跨学科，早在20世纪30年代就被提出，在当前教育教学活动中的应用十分频繁，随着对化学学科教学的深入探究，跨学科教学逐渐衍生出跨学科关系、跨学科理论等多项专门术语。通过跨学科教学能够实现突破学科之间的界限，通过教学活动的开展，实现两门学科的交叉融合。在专业化学科教学时，两门学科应统一中心题目，而后应用不同的学科知识开展教学，通过来自不同学科的思维模式探讨增强教学效果，培养学生学科素养[1]。学科教程在此种教学模式下应运而生，通过与其他学科的联系，技能与思维模式的整合，实现教学活动的高效开展。化学与物理学科之间存在着密切的关系，将与化学相关的物理知识进入到化学课堂中，不仅帮助学生突破化学基本概念的学习难点，同时也能够实现对学生知识面的有效拓宽，加强学生对科学知识的掌握。

就物理学科与化学学科而言，在课程标准中，两门学科的课程性质与学科素养之间都存在一定的交叉，在课程性质上，两门学科都源于自然科学的观察实验与科学理论推导，物理学对化学学科的发展产生重要影响。化学学科与物理学科都离不开实验、材料、信息，推动了社会的发展与进步。而在义务教育的基础上，对高中化学学科与物理学科的深入探究，不仅能够落实教书育人的教育任务，也能够培养学生的学科素养，为学生终身发展提供帮助。而在教学理念上，化学学科与物理学科的教学目的都是在于对学科核心素养的培育，通过设置基础教学内容满足学生多元化发展的教学需求，倡导在学科素养的基础下实现对学科内容的全面完善。化学学科、物理学科的核心素养在于培养学生的科学思维、严谨的科学态度与责任。而在课程教学目标上，化学学科与物理学科都离不开实验的支持，在运动能量、证据、创新、探究、态度、环境等多个要素中都有所相同之处。而在高中课程内容选择上，高中化学与高中物理之间存在着密切的关联，如固液气、静电场、能源、热力学、原子核等等，而交叉的内容也包括方法、思维与责任等多类教学内容。

2.高中化学与物理学科之间的交叉整理

2.1 发展历程。人类的发展经历千年的发展与探索，无论是钻木取火，还是当今的人工智能都经历了漫长的研究与探索。在远古时代，人们就在探究自然中的万物，从思维角度出发，思考着物质的含义，因此在最初阶段的自然学科中，也实现了与哲学的融合。到了16世纪著名物理学家伽利略发现了惯性定律，并逐步推理了物质运动，标志着物理学科的发展。通过对前人研究结果的整合，牛顿又研究了运动定律以及万有引力定律，物理学科在此基础上实现了新的发展。到了17世纪以后，英国科学家针对化学元素进行定义，使得化学成为自然学科中的内容，被人们所认知。随后第一本现代化学教科书问世，质量守恒定律被解释出来，而道尔顿也阐述了原子理论以及化学现象中的原子运动化学成为一门学科。阿伏加德罗也讲述了原子分子假说，门捷列夫也制作了元素周期表，在这一知识的指导下，原子结构认知也在发生了改变，并形成唯物主义思想观念[2]。到了20世纪之后，物理学科快速发展，化学理论更加完整，各项实验、材料实现了研究与探索。随着物理学科与化学学科的快速发展，物理化学结构体系更加完善，人们更了解物质的变化规律，用科学的手段去了解物质的本质。

2.2 课程标准。通过对高中化学课程标准与物理课程标准相对比可以发现，当前学科交叉渗透的内容，包括课程性质与基本理念、学科素养与课程结构。化学与物理学科是现代科学快速发展的基石，对自然科学内容的发展产生巨大影响并作出了巨大贡献，实现了人类文明的进一步发展。高中化学与物理课程在教学过程中应当培养学生的学科素养、科学素质，创新学生的思维模式，弘扬科学发展观念，并形成正确的学习态度，将学生培养为综合素质强硬的人才。就两个学科的基本概念来看，主要目的在于培养学生的科学素养，发挥出科学精神在教学中的作用，为学生未来生活与工作做好准备。在教学过程中，两门学科都要求与时代的发展特性相融合，不仅要教授学生学会基本的化学原理与物理原理，同时也应当为学生探究各高层次的科学问题与社会问题奠定基础，强化学生的社会责任感。在教学过程中也应当应用多元化的教学方法，满足学生多元化的发展需求，拓展学生学习思维，从多个角度了解学生的学习需求，在此基础上强化学生探究能力。

化学学科素养培育的主要内容，包括证据推理、科学创新、宏观辨识、科学态度、微观探析、社会责任等等；物理学科核心素养培育的主要内容，包括物质观念、科学态度、科学思维以及科学探究。其中科学思维包括学生对科学论证与质疑、科学推理与创新等多个要素，而科学探究则包括问题求证、交流与解释等多个要素，与化学学科核心素养之间有着密切关联，可见，无论是物理学科还是化学学科，都立足于学生学习过程，注重对学生价值观念的培养，将能力、知识与责任融为一体[3]。化学学科与物理学科之间在课程结构上也大致相同，目前都需要完成教书育人的基本任务，践行素质教育基本观念，同时在制定各种教学方案时，应当尊重学生的发展特点及学生个性化教学内容，通过对不同层次课程结构的合理设计，满足学生的发展需求。同时课程教学也应当结合时代的发展特点，科学设计课堂教学内容与教学形式，注重教学知识的一体性，融合教学经验与教学成果，使得课程教学的开展更加灵活。

2.3 学科知识。通过对鲁教版高中化学知识与物理学科知识内容探究可以发现，二者之间的学科知识也存在一定关联。比如在化学教材中讲述物质的分类时，描述了胶体之间的介稳性，并阐述其原因是由于胶体离子会携带电荷，而胶体离子之间会发生布朗运动，使得质量较大的颗粒沉淀。而在物理学科中讲解布朗运动时将其称为悬浮颗粒进行无规则运动的模式。可见，高中化学学科与物理学科之间的知识点只有相同之处，在教学过程中应当对其进行交叉渗透。

2.1 化学计量单位。物质的量是化学学科中的基本单位，也是学生学习化学学科的基础，在初中及高中阶段都对物质的量有所阐述。在初中阶段，学生已经基本掌握了分子的性质，并了解到分子是难以通过肉眼观看到的微小颗粒。而在物理教材中，在估计分子大小时，采用了油膜法通过粗略的估算描述分子的数量级别，但是在现实中却难以识别，因此使用物质的量来表示粒子的集合体。单位为摩尔，1mol所包含的粒子的数称为阿伏加德罗常数，为了确保阿伏加德的常数计算的准确性，人们在测量时采取了多种方法，并利用X射线，最终认为阿伏加德的常数为NA=6.0221367×1023mol-1，这一常数在物理化学中都具有重要意义，能够将摩尔体积、摩尔质量与粒子质量等多个两相连接[4]。

在学习完基底摩尔体积后，阿伏加德罗的推论是重点教学知识点，老师可以气体状态方程对其加以讲述。在物理学科中，主要根据气体的等温、等压变化等多项内容来推导理想气体的状态，而老师在讲述阿伏加德罗对论时也可以分别向学生展示三类图像，学生在掌握正反比例函数的基础上，能够分别从图像中探究其中的关系，了解气体状态方程的来源，学生也能够认识到压强、体积与气体、温度之间的关系。而后老师可以再次讲述阿伏加德罗推论，通过详细的说明以及等式的合并，加强了学生对知识的理解，让学生能够对阿伏加德罗定律有一个更深层次的理解。

2.2 无机非金属知识。化学与物理是现代科技发展的基础，在学习化学知识，要能结合实际生活内容开展教学，比如硅作为非金属，不仅仅需要学习其性质特点，也要学习其用途。硅属于良好的半导体材料，在信息技术的发展中具有关键作用，同时在构建集成电路时，也需要应用到高纯度硅，硅晶片属于集成电路中的IC，应用1克硅能够生产大约20亿个晶体管，因此的集成电路具有体积小与重量轻的优点。在学习本节内容时，老师就可以适当拓展教学内容，向学生讲解高科技产品，实现对学生视野的有效拓展，利用科学技术激发学生的探索欲望。

而在学习二氧化硅时，学生已经对晶体也有了初步的了解，也能够结合熔点来区分晶体与非晶体之间的区别。晶体的物理性状存在一定差距，在不同物质条件下能够生成不同晶体，因此二氧化硅有许多晶体表现不出的性质，而非晶体没有确定性状。在讲解晶体与非晶体之间的物理性质差异时，老师就可以结合物理教材向学生讲述晶体的微观结构，让学生能够了解重物质之间，既可能是晶体，也可能是非晶体，比如天然水晶的主要成分为二氧化硅属于晶体，但在溶化后凝固成的水晶是非晶体。在探究二氧化硅的性质时，就可以结合晶体结构的简单内容，帮助学生了解结构决定性质、性质决定及用途的基本物理原则。

2.3 化学反应能量。在高中化学学习中，化学能与热能是其重要学习内容，化学能与人能之间会相互转化，逐步帮助学生理解与学习能量变化中的吸热与放热。老师在教授这节内容时，需要向学生传递能量守恒的定理，经过对化学反应的研究可以发现，无论是哪种化学反应，分几步完成，最终释放的总热量相同，这也就是能量守恒定律的基础。能量守恒定律之间的能量形成相互转换，燃料在燃烧过程中也会形成热量，化学能逐步转化为内能，而在吸热过程中，内能则会转化为化学能力。

在讲解电动势时，主要是讲解化学能转化为电能，学生需对电池原理进行更深一步探讨。在掌握原电池的基本运行原理后，学生需要掌握电池构成的基本条件。在外部电路运行中，正电荷会从正极电源流向负极电源，确保电源的稳定性，使电源内部能够正常产生氧化还原反应，而电池内部也会发生化学反应，负电机则会向外部电路提供电子。在一次性电池内部，电极需要浸入到电解质之中，内部电路则会根据正负离子取向形成运动。在讲解原电池的化学能转化为电能内容时，可以与物理知识中的电流流向相结合，帮助学生掌握电源知识，并让学生在脑中能够区分电路中的电子流向，强化知识的记忆。

在学习生活中的电池时，本节内容的主要重点在于让学生能够了解化学与生活之间的关系，知道化学来源于生活并回归于生活[5]。化学电源主要分为电池与充电电池，充电电池最早是以铅蓄电池为主，那么老师就可以将其延伸到汽车应用之中，由于汽车内阻较小，在充放电次数超过一定数额后才会报废，而汽车在启动过程中间距电池为驱动内燃机与电动机旋转，而后在运行过程中，内燃机会驱动发电机完成铅蓄电池充电，加深学生对铅蓄电池应用的了解，拓宽学生视野。

2.4 离子反应。物质导电性的判断是教学中的重点内容，也是离子反应中的重点内容，学生已经初步了解金属与非金属具有导电性，金属能够在水溶液中导电，这主要是由于在金属导体中含有移动电荷。同时也包含着正离子与负离子，在酸碱等溶液中能够实现移动。如果导体中并不存在电压，自由电荷则会形成不规则运动，而在不同方向上所含有的移动自由电荷数量相同；如果导体上存在电压自由电荷，则会在一个方向内进行移动。

在电荷守恒定律学习中，电离方程式与离子方程式的书写规则是重点学习内容，在教学过程中，学生在学习本节内容时，只知道应用电荷守恒定律将两边的电荷数保持一致，但对电荷守恒的真正含义了解却不够清晰，电荷守恒意味着电荷不再被破坏，只能从一个物体转移向另一个物体，但在转移过程中，电荷量并不会发生改变。在新课程标准下，化学教学除了要教授学生基本的学习知识内容以外，也要让学生了解化学原理，也要强化对化学学科的理解，那么老师在教学过程中就可以结合电荷守恒定律，帮助学生了解确保两边两个数相等的原因，逐步帮助学生形成正确的学科核心素养。

2.5 物质结构。原子核主要由质子和电子组成，原子的质量则主要集中于原子核。老师在教学过程中，就可以针对原子质量以及问题向学生介绍质子的发现过程，通过对居里夫人案例的描述，帮助学生了解质子的发现过程与质量，进而引出质量数的概念。在这种学习模式下，老师能够潜移默化地向学生传递学习概念，学生在此基础上，能够了解其质量数与合作之间的关系，让学生能够形成基本的框架模型。

或者在学习同位素与核素时，由于这两个知识内容较为混乱，而同位素在物理学科中只是讲述了质子、中子与电子之间的质量比较。相同的元素具有相同的质子数量与核外电子，化学性质基本相同，但中子数不同。而具有相同质子数与不同种子数的原子核在元素周期表中的位置相同。但同位素的应用交互为广泛，在对恶性肿瘤采取放射性治疗时就会用到同位素[6]。

总之在物理教材中包含着许多与化学学科相关的知识内容，化学学科在教学过程中，不仅要精细讲解化学教材中的知识内容，同时也要与物理知识相融合，开展整体化教学，进而帮助学生深层次的掌握与理解化学知识，清晰了解相应的学习内容，使得碎片化的知识能够系统化。与此同时也要培养学生科学与辩证的思维，鼓励学生学习科学精神，不断培养学生的核心素养。而老师在教学设计时也应当适当的拓展教学内容，在具体教学过程中可以通过巧妙的提问方式，逐步引导学生进行思考，帮助学生深层次理解化学知识。

3.高中化学与物理教学的交叉融合案例

3.1 二氧化硅教学案例。二氧化硅是鲁教版化学教学中的重点内容，属于元素化合物知识的教学，与生活之间的内容息息相关。在教学过程中，学生既能够了解到二氧化硅与现代科学技术之间的关系，也能够形成学生正确的科学态度，培养学生的核心素养。本节课程化学教学的目标是让学生了解元素组成的不同物质以及物质的性质及分类。同时也要让学生掌握在一定条件下，物质可以实现相互转换以及元素中的不同价态，实现对学生化学知识能力的有效巩固。在教学过程中，老师可以通过创设情景引出归元素在自然界中的存在，以及归元素为什么会通过氧化物的形式存在，如何制作硅酸等多个问题，让学生能够对本节课程产生探究欲望，通过小组合作的方式帮助学生掌握规律。在对化学与物理学科进行交叉融合时，老师可以引出物理教学内容，让学生回忆晶体与非晶体之间的区别，并通过对晶体结构的简单介绍，加强学生对二氧化硅结构性质的了解，激发学生的学习兴趣。

3.2 化学能与热能教学案例。本节课中化学学习的目标是要让学生认识到物质的能量了解吸热反应与放热反应，并掌握化学反应体系能量改变与化学键断裂之间的关系[7]。物理教学目标则是要让学生强化了解能量守恒定律，解释自然中的现象。首先在教学过程中，老师可以创设天然气燃烧的问题情景，让学生根据化学反应去探究其中的能量变化，通过生活化的问题吸引学生的注意力，将抽象的问题尽量以简单化的模式展现出来。随后老师可以用多媒体向学生展示化学反应中的吸热和放热，鼓励学生联系生活实际,掌握化学反应与能量之间的变化，在逐步操作过程中，构建正确的能量观。而在交叉教学过程中，老师可以引出能量守恒定律，让学生能够将化学能与热能之间进行相互转化，通过对定律概念的讲解，让学生能够再次验证科学知识，培养创造性思维。

结束语

综上所述，随着现代技术的快速发展，如果凭借单一学科开展教学，难以提高教学效率，那么就要实现跨学科教学，通过高中化学与物理学科的交叉融合，满足学生的多元化发展，培养学生的学科素养。