聶銅鍵 袁海泉

摘? ?要：根據(jù)國(guó)內(nèi)外對(duì)跨學(xué)科理論探索與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向的課程目標(biāo)，關(guān)注真實(shí)且富有挑戰(zhàn)性的跨學(xué)科實(shí)踐情境與任務(wù)，以古代的發(fā)明創(chuàng)造走馬燈為載體，帶領(lǐng)學(xué)生思考跨學(xué)科知識(shí)運(yùn)用背景下的走馬燈創(chuàng)意設(shè)計(jì)，為基于物理的跨學(xué)科實(shí)踐教學(xué)提供參考。

關(guān)鍵詞：跨學(xué)科實(shí)踐；科學(xué)技術(shù)史；核心素養(yǎng)；初中物理

跨學(xué)科教學(xué)的概念是相對(duì)于分科教學(xué)的，分科教學(xué)已然是人們熟悉的教學(xué)形式，它可以讓學(xué)生更好地掌握某一學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)的知識(shí)內(nèi)容，形成體系化的認(rèn)識(shí)。但與此同時(shí)我們也要注意到其不足，分科教學(xué)有可能會(huì)導(dǎo)致學(xué)生看待知識(shí)的視角變得狹隘，深度有了，卻喪失了廣度，人為地隔絕了學(xué)科之間縱橫密切的關(guān)系。美國(guó)2013年制定的《下一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》中就已經(jīng)將跨學(xué)科學(xué)習(xí)（Crosscutting）作為與實(shí)踐（Particles）和核心概念（Core ideas）并列的學(xué)習(xí)科學(xué)學(xué)科的三個(gè)維度，認(rèn)為跨學(xué)科概念可以幫助學(xué)生形成對(duì)于周圍世界的連續(xù)且基于科學(xué)的觀點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科教學(xué)具有的潛在價(jià)值也許是改革目前教育的一劑良藥，為學(xué)生提供跨學(xué)科內(nèi)容、不同領(lǐng)域的聯(lián)系和知識(shí)，可以豐富他們對(duì)實(shí)踐的應(yīng)用和對(duì)核心思想的理解，提升核心素養(yǎng)[ 1 ]。我國(guó)新頒布的義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)也強(qiáng)調(diào)了跨學(xué)科實(shí)踐教學(xué)的重要性，指出應(yīng)設(shè)立跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)活動(dòng)，加強(qiáng)學(xué)科間相互關(guān)聯(lián)，帶動(dòng)課程綜合化實(shí)施，強(qiáng)化實(shí)踐性要求。物理跨學(xué)科實(shí)踐立足于物理學(xué)科教學(xué)，將實(shí)際問題融入到教學(xué)情境中，強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)和應(yīng)用相關(guān)科學(xué)知識(shí)和數(shù)學(xué)工具，通過改進(jìn)和創(chuàng)新技術(shù)方法來解決某一具體問題，從而達(dá)到提高學(xué)生綜合學(xué)習(xí)能力的目的[ 2 ]。本文的教學(xué)設(shè)計(jì)將跨學(xué)科實(shí)踐與中國(guó)悠久的歷史相結(jié)合，以科學(xué)發(fā)展融入生產(chǎn)生活的科學(xué)技術(shù)史為出發(fā)點(diǎn)，以核心素養(yǎng)思想指導(dǎo)下發(fā)展學(xué)生跨學(xué)科運(yùn)用知識(shí)的能力、動(dòng)手操作的實(shí)踐能力為目標(biāo)，讓學(xué)生在探究實(shí)踐的過程中了解中華民族的悠久歷史，發(fā)展核心素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生的愛國(guó)情懷和問題解決的能力。

1? 設(shè)計(jì)依據(jù)

科學(xué)技術(shù)史是人類研究認(rèn)識(shí)自然、改造自然歷史的科學(xué)。它以科學(xué)發(fā)現(xiàn)與技術(shù)發(fā)明過程，以及發(fā)明、發(fā)現(xiàn)的社會(huì)條件作為研究對(duì)象，是自然科學(xué)史與技術(shù)史相交叉形成的綜合性學(xué)科。我國(guó)的科學(xué)技術(shù)史繁榮發(fā)達(dá)，自古以來各種發(fā)明創(chuàng)造層出不窮，如著名的冶鑄、四大發(fā)明等?；谖覈?guó)科學(xué)技術(shù)史設(shè)計(jì)跨學(xué)科實(shí)踐，可以使學(xué)生體會(huì)物理學(xué)對(duì)人類生活、工程實(shí)踐和社會(huì)發(fā)展的影響，樂于思考和實(shí)踐，勇于探索，增強(qiáng)愛國(guó)意識(shí)和可持續(xù)發(fā)展的責(zé)任感。

義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）新設(shè)立跨學(xué)科實(shí)踐為課程內(nèi)容一級(jí)主題，強(qiáng)調(diào)注重學(xué)生經(jīng)歷活動(dòng)過程，強(qiáng)化情感價(jià)值體驗(yàn)，提出以素養(yǎng)為導(dǎo)向，設(shè)計(jì)切實(shí)可行的教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)，加強(qiáng)學(xué)科間相互關(guān)聯(lián)，帶動(dòng)課程綜合化實(shí)施，注重對(duì)價(jià)值體認(rèn)與踐行、知識(shí)綜合運(yùn)用、問題解決等方面的培養(yǎng)與考察[ 3 ]?？鐚W(xué)科實(shí)踐的教學(xué)過程，是一種在多學(xué)科融合下，對(duì)創(chuàng)造性思維、發(fā)現(xiàn)及解決問題的能力以及創(chuàng)造性想象力等方面的培養(yǎng)過程。學(xué)生在物理教師的帶領(lǐng)下進(jìn)行跨學(xué)科實(shí)踐，不僅要充分理解物理學(xué)科的基本知識(shí)與核心概念，還要綜合運(yùn)用其他學(xué)科的方法和技術(shù)來解決實(shí)踐中出現(xiàn)的真實(shí)問題，學(xué)生在實(shí)踐過程中不斷學(xué)習(xí)、主動(dòng)探索，將理論與實(shí)際有機(jī)結(jié)合，真正實(shí)現(xiàn)“做中學(xué)”[ 4 ]。

走馬燈最早在秦漢就出現(xiàn)于我國(guó)歷史，文學(xué)中有許多提及，如辛棄疾的《青玉案·元夕》中以玉壺光轉(zhuǎn)形容走馬燈。其在科技發(fā)展史上也具有意義，是我國(guó)古代第一個(gè)利用熱力使一個(gè)軸帶著其他的附件轉(zhuǎn)動(dòng)，是能帶動(dòng)另一組件規(guī)律運(yùn)動(dòng)的發(fā)明，原理如圖1[ 5 ]。它可以看作是近代以來才真正達(dá)到成功應(yīng)用的燃?xì)廨喌氖甲?。以?duì)我國(guó)科學(xué)技術(shù)史為源頭，引入到對(duì)走馬燈的藝術(shù)層面和技術(shù)原理層面的討論探究，進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生討論，以多學(xué)科、跨學(xué)科的視角，思考走馬燈中的動(dòng)力系統(tǒng)，如何綜合運(yùn)用學(xué)科知識(shí)，達(dá)成一個(gè)統(tǒng)一的目標(biāo)：帶動(dòng)走馬燈轉(zhuǎn)起來。不管是利用基于物理原理的方法（如經(jīng)典走馬燈中的熱力系統(tǒng)），還是綜合運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)，在實(shí)踐中，在解決問題的過程中實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科實(shí)踐教學(xué)的育人目標(biāo)。

2? 跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)設(shè)計(jì)

教師利用融合了科學(xué)技術(shù)史的探究活動(dòng)展開教學(xué)，開展基于實(shí)踐制作活動(dòng)的跨學(xué)科實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)。下面以“創(chuàng)意設(shè)計(jì)走馬燈”為例，說明融合了科學(xué)技術(shù)史的跨學(xué)科實(shí)踐教學(xué)的階段流程，如圖2所示。

教學(xué)實(shí)踐中的具體活動(dòng)和學(xué)習(xí)目標(biāo)設(shè)計(jì)見表1。

3? 跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)的實(shí)施

3.1? 興趣階段：從探索興趣轉(zhuǎn)向認(rèn)知興趣

學(xué)生起初就對(duì)于實(shí)踐活動(dòng)充滿興趣，教師利用學(xué)生對(duì)于實(shí)踐活動(dòng)積極性高的特點(diǎn)，及時(shí)將學(xué)生的興趣引導(dǎo)至項(xiàng)目和探究方面。在課前，教師向?qū)W生布置自主探索走馬燈并作主題匯報(bào)的任務(wù)，激發(fā)學(xué)生自主探索的興趣，以主題匯報(bào)為驅(qū)動(dòng)力。

在走馬燈的主題匯報(bào)中，學(xué)生各顯神通，找來各種各樣的歷史資料，其中蘊(yùn)含豐富的歷史與語文知識(shí)內(nèi)容，也不乏科學(xué)知識(shí)并解釋其中蘊(yùn)含的科學(xué)原理。在這個(gè)過程中，教師要做的是補(bǔ)充完善學(xué)生的匯報(bào)，對(duì)學(xué)生的勞動(dòng)成果充分肯定，激勵(lì)學(xué)生，在這個(gè)過程中，將學(xué)生對(duì)于探索未知的興趣，轉(zhuǎn)入對(duì)走馬燈原理的認(rèn)知興趣?；趯?duì)走馬燈原理的認(rèn)識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生思考如何以綜合運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)的角度讓走馬燈轉(zhuǎn)動(dòng)起來？是否可以實(shí)踐制作？

3.2? 實(shí)踐階段：從科學(xué)探究到解決問題的動(dòng)手實(shí)踐

（1）科學(xué)探究階段

通過學(xué)生討論，各種各樣的方案被提出，教師引導(dǎo)學(xué)生提出方案，分析方案的實(shí)踐可行性是本教學(xué)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)內(nèi)容?；谔岢龅目鐚W(xué)科應(yīng)用的主題，在整個(gè)班級(jí)集體討論的氛圍下，不同學(xué)科的知識(shí)與概念通過教師的引導(dǎo)在學(xué)生的思維中來回流轉(zhuǎn)?？鐚W(xué)科實(shí)踐的教學(xué)重點(diǎn)不在于具體教學(xué)內(nèi)容的聚焦，而應(yīng)該重視在實(shí)踐過程中培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題能力的培養(yǎng)。如一位學(xué)生匯報(bào)了關(guān)于水果電池驅(qū)動(dòng)小馬達(dá)來帶動(dòng)走馬燈的方案，出發(fā)點(diǎn)為從化學(xué)課中了解的水果電池。教師提出問題：水果電池提供的電壓是否足以驅(qū)動(dòng)小型馬達(dá)呢？針對(duì)這個(gè)問題，向?qū)W生進(jìn)一步提出，如何才能通過查詢相關(guān)資料來解決這個(gè)問題？通過集體討論得出，應(yīng)該查詢兩個(gè)參數(shù)，一是一般的水果電池能夠提供的電壓為多少，二是能夠買到的小型馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)電壓為多少。確定問題后，教師當(dāng)堂查詢兩個(gè)參數(shù)，得到數(shù)據(jù)：一般的水果電池能提供的電壓在1 V左右，而在網(wǎng)絡(luò)上能購(gòu)買到的各類小馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)電壓在3 V左右。因此，基于探究和證據(jù)，否定了這個(gè)方案。

在這個(gè)過程中，許多學(xué)生還提出為什么不同水果做的電池電壓會(huì)不同，為什么電壓不足小馬達(dá)就不轉(zhuǎn)，小馬達(dá)的原理與結(jié)構(gòu)是怎樣的等問題，若有余力，教師可針對(duì)這些問題進(jìn)行簡(jiǎn)單的講解，充分落實(shí)課標(biāo)提出的加強(qiáng)學(xué)科間相互關(guān)聯(lián)，帶動(dòng)課程綜合化實(shí)施的要求，通過知識(shí)綜合運(yùn)用解決問題來培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)。

雖然課堂上創(chuàng)意不斷，但大多最終在實(shí)踐制作上總有各種困難，如某小組提出的小倉(cāng)鼠的跑動(dòng)轉(zhuǎn)輪驅(qū)動(dòng)方案，大家對(duì)此非常感興趣，卻對(duì)設(shè)計(jì)連軸轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)一籌莫展，因此沒有實(shí)踐這個(gè)方案。大部分小組最后的方案設(shè)計(jì)都基于電動(dòng)力驅(qū)動(dòng)走馬燈旋轉(zhuǎn)的方案，此方案的優(yōu)點(diǎn)在于實(shí)際操作性較強(qiáng)，對(duì)整體機(jī)械機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)較容易，只需一個(gè)轉(zhuǎn)軸系統(tǒng)即可，電路元件則較容易獲取和進(jìn)行設(shè)計(jì)與組裝。

（2）動(dòng)手實(shí)踐，解決問題

教師需在課前查閱相關(guān)資料，并咨詢相關(guān)專業(yè)人士，在教學(xué)實(shí)施前自己制作出一個(gè)電動(dòng)力驅(qū)動(dòng)走馬燈。同時(shí)考慮到課上時(shí)間問題，特意定制了一些部件半成品，避免木工制作耗費(fèi)時(shí)間過長(zhǎng)，以此對(duì)制作過程進(jìn)行一定的簡(jiǎn)化。雖然制作的開放性會(huì)降低，但可行性大大提高了。嘗試幾種不同的制作方案后，教師確定了材料的選擇和主要制作步驟，并將可能遇到的問題大致羅列出來，以便帶領(lǐng)學(xué)生探究問題以及更好地指導(dǎo)學(xué)生完成制作。

學(xué)生在制作的過程中遇到了很多問題，例如“馬達(dá)轉(zhuǎn)速過快導(dǎo)致轉(zhuǎn)軸不能承受”等，教師引導(dǎo)學(xué)生從物理學(xué)的視角審視問題，經(jīng)歷與上述問題解決類似的過程，學(xué)生不僅利用物理知識(shí)解釋了事實(shí)現(xiàn)象，也在物理知識(shí)的指導(dǎo)下克服了實(shí)踐中的諸多困難。最終，解決多個(gè)實(shí)際問題后，各小組完成了制作。

學(xué)生感悟：“將方案落實(shí)，動(dòng)手實(shí)踐的過程是一個(gè)不斷發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的過程?！庇袑W(xué)生表示，“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，不親身經(jīng)歷過就無法想象可能遇到的問題，雖然已經(jīng)盡力簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，努力提高方案的可操作性，但實(shí)際制作中仍有不少困擾，通過靈活運(yùn)用所學(xué)到的知識(shí)解決問題，提高了我們的思維能力?！薄霸趧?dòng)手制作前的方案設(shè)計(jì)和分工非常重要，后面的工作能否順利進(jìn)行，問題能否順利解決都依賴是否有提前的準(zhǔn)備。在設(shè)計(jì)方面的用心能極大地提高工作的效率”。

由此可見，學(xué)生在設(shè)計(jì)方案和落實(shí)方案的實(shí)踐過程中，不僅深化了對(duì)課上所講的知識(shí)的理解，鍛煉了科學(xué)思維模式，實(shí)現(xiàn)了知識(shí)的遷移和應(yīng)用，更培養(yǎng)了學(xué)生問題解決、技術(shù)應(yīng)用、自我管理等核心素養(yǎng)。

3.3? 評(píng)價(jià)階段：項(xiàng)目成果展示與評(píng)價(jià)

學(xué)生分組匯報(bào)，展示成果，說明本組的設(shè)計(jì)巧思，團(tuán)隊(duì)配合與分工及遇到的問題和問題解決過程。教師對(duì)工程進(jìn)行結(jié)項(xiàng)點(diǎn)評(píng)，引導(dǎo)學(xué)生提出適當(dāng)?shù)慕ㄔO(shè)性改進(jìn)意見，實(shí)施多元化評(píng)價(jià)。為落實(shí)豐富跨學(xué)科教學(xué)實(shí)踐的評(píng)價(jià)內(nèi)容與評(píng)價(jià)維度的要求，教師制定評(píng)分表進(jìn)行量化打分，作為最終評(píng)定優(yōu)秀項(xiàng)目的依據(jù)，如表2。應(yīng)注意表2的打分不是在最后一蹴而就的，而是追蹤整個(gè)教學(xué)過程，全面而整體的進(jìn)行打分，如設(shè)計(jì)巧思部分的打分主要依據(jù)在階段2和階段3的表現(xiàn)。問題解決部分的打分主要依據(jù)在階段3、階段4的表現(xiàn)。教師要重視評(píng)價(jià)的客觀中肯，確保教、學(xué)、評(píng)的一致性。最終打分應(yīng)參考義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)跨學(xué)科實(shí)踐的學(xué)業(yè)要求與教學(xué)提示部分，符合課程標(biāo)準(zhǔn)，落實(shí)課標(biāo)要求。

4? 教學(xué)反思與改進(jìn)

隨著新義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)的頒布，跨學(xué)科實(shí)踐將逐步落地實(shí)施，最終呈現(xiàn)怎樣的面貌還不得而知。為了促進(jìn)跨學(xué)科教學(xué)實(shí)踐順利落實(shí)，積極地進(jìn)行教學(xué)反思與改進(jìn)是促進(jìn)跨學(xué)科教學(xué)實(shí)踐正向發(fā)展的必行之策。教師在實(shí)施跨學(xué)科實(shí)踐教學(xué)過程中以及教學(xué)完成后，應(yīng)根據(jù)課堂觀察、學(xué)生反饋，對(duì)自己的教學(xué)過程進(jìn)行回顧思考，尋找教學(xué)的改進(jìn)點(diǎn)。進(jìn)一步通過反思，教研組研討，專題學(xué)習(xí)等方式優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)，豐富教學(xué)策略。當(dāng)前的研究認(rèn)為，教學(xué)反思是教師專業(yè)發(fā)展的核心要素，尤其是針對(duì)新提出的跨學(xué)科實(shí)踐教學(xué)要求。珍惜實(shí)踐教學(xué)機(jī)會(huì)，重視反思，以更好地適應(yīng)新課標(biāo)對(duì)教師提出的新要求。

經(jīng)過對(duì)教學(xué)過程的反思，“多學(xué)科創(chuàng)意設(shè)計(jì)走馬燈”跨學(xué)科實(shí)踐可在以下幾個(gè)方面進(jìn)一步完善改進(jìn)：一是壓縮課時(shí)要求，目前的課程設(shè)計(jì)不計(jì)算課下的任務(wù)布置，需要兩個(gè)課時(shí)。這對(duì)于只占百分之十的跨學(xué)科實(shí)踐課程來說，實(shí)施起來時(shí)間跨度較長(zhǎng)?？蛇M(jìn)一步精簡(jiǎn)壓縮為一課時(shí)內(nèi)容，課上著重于綜合化的指導(dǎo)，課下用于“工程”的實(shí)施。二是，靈活點(diǎn)評(píng)對(duì)教師的知識(shí)儲(chǔ)備水平要求較高，應(yīng)加強(qiáng)與化學(xué)、生物等其他學(xué)科教師的聯(lián)系溝通，尤其是綜合實(shí)踐活動(dòng)課和勞動(dòng)課的教師，與其協(xié)調(diào)配合是高效落實(shí)跨學(xué)科實(shí)踐的一個(gè)好方法。三是教學(xué)評(píng)價(jià)方面，除了進(jìn)一步完善教師評(píng)價(jià)的專業(yè)性與客觀性，發(fā)揮評(píng)價(jià)育人功能外，應(yīng)加強(qiáng)學(xué)生互評(píng)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生也參與到對(duì)其他小組工作的評(píng)價(jià)中，互相學(xué)習(xí)借鑒。四是在實(shí)際動(dòng)手操作方面，通過學(xué)校資源為學(xué)生提供更多的原材料與技術(shù)支持，如3D打印設(shè)備和完成度適中的實(shí)踐原材料，培養(yǎng)學(xué)生模型設(shè)計(jì)與機(jī)械加工能力，給學(xué)生更加開放的平臺(tái)，讓他們的創(chuàng)造力自由發(fā)揮。

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