基于《义务教育化学课程标准（2022年版）》的“化学与社会·跨学科实践”主题要求，通过“了解碳达峰与碳中和概念”“测定不同环境中二氧化碳含量”“梳理碳循环模型”及“设计低碳行动方案”等任务，综合运用化学、地理、生物学和道德与法治等多学科知识来开展跨学科教学。例如：数字化实验，就为学生理解二氧化碳转化为有用物质搭建了平台；结合生物学学科，学生可以探究植物的光合作用在碳循环中的作用；从地理学科角度，学生可以分析二氧化碳在大气圈、水圈、生物圈和岩石圈中的循环路径。这种跨学科的综合分析，有助于学生从多维度理解碳中和的复杂性和重要性，培养学生的科学观念、科学态度和社会责任感。
1 活动目标
初中化学教学渗透跨学科教育，旨在深化教育改革，培养具备化学视角、综合思维和责任担当的新型人才，为生态文明建设和可持续发展储备人力资源。开展跨学科实践活动，便于学生理解二氧化碳在自然界中的循环机制及人类活动对碳平衡的影响，帮助学生深入理解温室效应原理，夯实低碳实践的科学基础，形成元素守恒、物质转化的化学观念，增强科学探究意识与创新实践能力。在分析碳排放问题、设计减排方案的过程中，发展逻辑推理与系统性思维，提升多学科知识整合能力，让学生认识到化学技术在可持续发展中的价值，树立资源节约、环境友好的生态理念，自觉践行低碳生活方式，培育解决复杂环境问题的社会责任并拓展其全球视野。
2 教学思路
基于实践活动，教学计划应融合地理学科知识，分析二氧化碳含量对全球气候变化的影响；结合自制地理模型对二氧化碳在自然界中的循环进行梳理，以培养学生的科学素养和社会责任感；结合化学与生物学知识，通过以菠菜为实验材料，探究光合作用对二氧化碳浓度的影响，测定不同环境中二氧化碳的含量变化，分析碳排放与吸收的平衡关系，进而引导学生认识到植树造林可减少环境中二氧化碳的含量，培养学生的科学思维和探究能力。
在设计低碳行动方案环节，参考杨艳君等
［1］、关健等
［2］、胡久华等
［3］基于碳中和理念设计的低碳行动方案，融合道德与法治的知识，涵盖减少碳排放和增加碳吸收的措施，并从个人、国家、国际3个层面系统设计低碳行动方案；用先进的工程技术列举二氧化碳的捕集、封存、利用等技术；最后，将化学学科与微机学科融合展开跨学科教学，利用人工智能技术实现科学家说话，提升学生的信息素养。“基于碳中和理念设计低碳行动方案”的内容结构如
图1所示。在教学过程中，希望学生不仅掌握科学知识，还能提升综合分析能力和实践能力，从而为应对全球气候变化贡献力量。
教学任务线聚焦于测定二氧化碳含量、梳理自然界中的碳循环和设计低碳行动方案；知识线包括理解全球变暖、碳中和概念，以及自然界碳循环的科学原理；素养线旨在培养学生的社会责任感、科学思维和实践能力，其教学流程如
图2所示。
3 活动过程
3.1 任务一：了解相关概念，聚焦核心物质
【情境引入】播放冰川融化、极端天气等视频。
【提出问题】“碳达峰”“碳中和”指的是什么？
【小组讨论】讨论二氧化碳的主要来源和碳排放的危害，设计测定呼吸作用对二氧化碳影响的实验方案。
3.2 任务二：测定不同环境中二氧化碳的含量
【学生实验】利用手持式二氧化碳浓度传感器测定有无学生在教室内的二氧化碳浓度。对比数据发现：有学生的教室内二氧化碳浓度显著高于无学生的教室内二氧化碳浓度，说明呼吸作用增加了教室内二氧化碳的含量。其二氧化碳浓度对比如
表1所示。
【演示实验】使用手持式二氧化碳浓度传感器测定光照前后盛有菠菜的密闭塑料袋内的二氧化碳浓度，实验装置如
图3所示。
【实验现象】由电脑屏幕显示的曲线变化趋势可知：光照前，二氧化碳浓度几乎不变；光照后，二氧化碳浓度明显减小。实验变化如
图4中红色曲线所示。
【实验结论】由模拟光合作用可知，光合作用通过吸收二氧化碳，参与维持大气中二氧化碳和氧气的相对平衡。
3.3 任务三：梳理自然界中的碳循环
【展示自制教具】凭借地理模型分析自然界中的碳循环（
图5）发现：空气中二氧化碳的一部分溶解于海水中，温度过高时又会被释放到空气中，另一部分会被海洋中的浮游动植物吸收，转化为碳酸盐，其残骸沉积到海底，形成碳酸盐岩石；一些碳酸盐岩石随火山喷发的岩浆释放到空气中，另一些和陆地上的动植物残骸一起被埋到地底下，再经一系列地质变化转化为煤、石油、天然气等化石燃料，而汽车、工厂等燃烧含碳燃料，又将二氧化碳释放到空气中。自然界存在碳循环，则二氧化碳含量相对稳定，但人类活动破坏了它的相对稳定性，所以我们不仅要恢复生态，还要依靠人工技术手段来缓解温室效应。目前的人工技术手段，主要是通过物理和化学方法来缓解。
【探究实验】哪种试剂对二氧化碳的吸收效果更好？
【提供试剂】水、澄清石灰水、氢氧化钠溶液（资料：CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O）。
【作出假设】①猜想一：水；②猜想二：澄清石灰水；③猜想三：氢氧化钠溶液。
【设计并实验】①量取等量的3种试剂；②将3种试剂分别迅速倒入集满二氧化碳的3只相同的矿泉水瓶中（
图6-a）；③立即同时旋紧三者的瓶盖，振荡，观察现象。
【实验现象】倒入水的塑料瓶变瘪，倒入澄清石灰水的塑料瓶变得更瘪，倒入氢氧化钠溶液的塑料瓶变得最瘪，实验现象如
图6-b所示。
【实验结论】氢氧化钠溶液对二氧化碳的吸收效果更好。但强碱与二氧化碳的反应是不可逆的，因此溶液再生较为困难，只适用于微量二氧化碳的吸收
［4］；而迄今为止开发的用于碳捕集的吸收剂种类繁多，主要有氨水、有机胺、氨基酸盐、离子液体、碳酸钾和相变吸收剂
［5］。
【模型建构】为应对全球气候变暖问题，实现人类可持续发展，国际社会倡导采取低碳行动（
图7）。要降低二氧化碳含量，应从减排、增收两个角度考虑，通过各种手段减少二氧化碳等温室气体含量，推动经济社会发展和全面绿色转型，实现“碳达峰”“碳中和”的“双碳”目标。
3.4 任务四：设计低碳行动方案
【行动方案】为了解决问题，学生从“衣、食、住、行”诸方面提出低碳措施。
【教师追问】在这些措施中，哪些是个人层面的？哪些是国家层面的？国际层面还有哪些行动？
【成果展示】根据学生的回答，教师补充并总结个人层面、国家层面、国际层面的具体措施，最终形成如
图8所示的思维导图，并展示如
图9所示的学生课后手绘作品。
【素养提升】介绍一位被誉为“科技泰斗，士子楷模”的科学家——侯德榜，利用AI技术让科学家说话，倡导学生积极学习科技知识，寻找更多吸收二氧化碳的新技术。
【学生评价】根据该节课的学习情况进行等级评价，详情见
表2。同时，学生可以通过自评和互评分析各自的不足与优点。
从该节课教学班的评价结果可知，学生自评和互评为优秀等级的最多，说明跨学科实践活动比较成功，不仅对核心知识的掌握度较高，还提升了学生的核心素养。
4 教学成效与改进方向
4.1 教学成效
在教学过程中，多学科融合教学，即化学、地理、生物学、道德与法治等学科的融合，让学生学会了利用多学科知识解决社会实际问题，并在设计低碳行动方案的课程中体验到学以致用的价值。
该课由学生自己设计熟悉的定性实验到引导学生利用手持技术设计定量实验，有效培养了学生的科学探究思维和动手实践能力。另外，紧跟时代最新技术，让学生了解了前沿科技知识，并利用AI技术让科学家说话，提高了学生的学习兴趣，激发了学生的求知欲。
4.2 改进方向
由于时间有限，在教学中没有让学生动手实验验证植物的光合作用对二氧化碳浓度的影响。虽然以小组合作实验的方式激发了学生的积极性与参与热情，但部分学生在小组合作中仍存在依赖他人的现象，未充分发挥自身的主观能动性。从课堂表现及效果评价结果可以看出，学生完成任务四（设计低碳行动方案环节）的优秀率是最低的。该任务涉及的知识面较广，大部分学生只能从个人层面设计简单的低碳行动方案，所以教师应该对该环节教学内容进行再设计，以帮助学生突破难点。
京公网安备11010202008535号
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