前面的系列文章介紹了跨學(xué)科實踐設(shè)計的目的、方法和特點，下面具體介紹幾個跨學(xué)科案例。為了讓更多教師理解，案例涉及的學(xué)科范圍比較廣泛。

一、小夜燈

設(shè)計制作小夜燈，該活動要考慮電路的連接、美觀以及整體的封裝（如圖1）。

如果把電池供電改成水果發(fā)電，則要考慮什么水果和金屬的配合效果好（如圖2）。

這一活動涉及物理、化學(xué)、藝術(shù)、技術(shù)、工程、生物、數(shù)學(xué)等，是一個STEM活動項目。

關(guān)于這一項目，可以考慮的問題包括但不限于：水果發(fā)電的原理是什么？不同水果的效果如何？不同金屬的效果如何？電壓不夠如何處理？過程中涉及什么能量轉(zhuǎn)換？過程中產(chǎn)生了什么物質(zhì)？如何收集、證明新物質(zhì)是什么？如何寫反應(yīng)方程？整個裝置如何封裝？如何增加藝術(shù)性？如何拓展應(yīng)用？

這一活動也涉及高階思維，如：批判思維——水果能否發(fā)電要通過實踐證實，這是基于事實處理問題的模式；創(chuàng)造思維——藝術(shù)本身充滿了創(chuàng)造性，藝術(shù)與技術(shù)結(jié)合更有創(chuàng)意，工程本身就是創(chuàng)造不存在的物品；工程思維——裝置要結(jié)實、耐用，制作過程也是一種技術(shù)工程實踐，要系統(tǒng)地進(jìn)行思考設(shè)計；計算思維——裝置的榫卯結(jié)構(gòu)、各部件的連接關(guān)系，都需要進(jìn)行計算，是計算思維的體現(xiàn)。

二、露似珍珠月似弓

白居易在《暮江吟》中寫道：

一道殘陽鋪水中，半江瑟瑟半江紅。

可憐九月初三夜，露似珍珠月似弓。

根據(jù)這首詩（有的寫作“真珠”），教師可以給學(xué)生布置一些跨學(xué)科的探究任務(wù)，包括但不限于：

對詩詞如何理解？“可憐”“珍珠”的含義是什么（語文）？

自己做實驗，看看最大能形成多大的水珠（探究）。

解釋露珠為什么容易在晚上出現(xiàn)（科學(xué)+物理）？

農(nóng)歷初三的月亮在什么時間范圍內(nèi)可以看到（數(shù)學(xué)+地理）？

農(nóng)歷初三的月亮是什么形狀的（科學(xué)+地理）？

查找資料，比較農(nóng)歷初三的月相與古代弓的形狀，詩詞中的描述是否夸張（歷史+語文）？

為什么露似珍珠？這與表面張力有關(guān)，表面張力是液體表面由于分子引力不均衡而產(chǎn)生的作用力（如圖3）。

露珠很小，尺寸一大，就會由于重力作用導(dǎo)致塌陷，所以在地面上難以形成很圓的大水珠。下面是與真實的珍珠、硬幣對比的圖像，可以看出詩詞中把露珠比作珍珠，略有夸張成分（如圖4）。

空氣中含有水汽，溫度低時，多余的水汽就凝結(jié)成水滴附著在地面物體上，形成露。農(nóng)歷九月初三附近有寒露和霜降兩個節(jié)氣，晚上水汽容易凝結(jié)成露。

關(guān)于月亮，有一個基礎(chǔ)常識：農(nóng)歷初一時，太陽月亮同升同落，農(nóng)歷十五時，兩者一升一落。由此，可以畫出農(nóng)歷每天18：00時（太陽落山時），月相大致的樣貌（如圖5）。

根據(jù)太陽、月亮運(yùn)動的規(guī)律可以判斷：如果是農(nóng)歷初三（如圖6），白居易詩歌中的太陽約在18：00落山，能看到月亮的時間大概率在18：00—19：30。考慮到秋天白晝較短，上述整個時間提前約半小時。時間太早，太陽沒有落山，基本看不到月亮；時間太晚，月亮也落山了。對此，有興趣的學(xué)生可以做一個簡單裝置，來測量月亮、太陽的夾角，看看與上述分析是否吻合。

農(nóng)歷初三真的月似弓嗎？通過比較，我們可以看到農(nóng)歷初三時月亮的形狀和古代弓箭的形狀很接近（不看箭頭）。不過，有興趣的同學(xué)可以再看看現(xiàn)代比賽的弓，結(jié)構(gòu)就復(fù)雜得多了，有很多附加零件（如圖7）。當(dāng)然，根據(jù)跨學(xué)科概念“結(jié)構(gòu)與功能”，自然也可以分析出其背后的道理。

本活動除了涉及語文（詩詞）、物理（表面張力、凝結(jié)）、地理（月相）、歷史（弓的形狀及演化）和數(shù)學(xué)（月亮運(yùn)動的快慢）外，也涉及高階思維，如：批判思維——分析露珠產(chǎn)生的條件，對露珠和月亮的形狀有自己的見解；創(chuàng)造思維——科學(xué)與文學(xué)結(jié)合，根據(jù)月相估計詩中場景的大概時間；計算思維——根據(jù)月亮的運(yùn)動規(guī)律，計算出某一時刻月亮的位置；工程思維——設(shè)計制作“太陽-月亮”角度觀察儀，驗證理論上的結(jié)論。

三、滿招損，謙受益

太陽在不同季節(jié)所處的黃道位置不同，人們由此確定了二十四節(jié)氣。不難發(fā)現(xiàn)，一些節(jié)氣有“大”與“小”的區(qū)別，如小暑與大暑、小雪與大雪、小寒與大寒。然而，根據(jù)這一規(guī)律應(yīng)該有“小滿與大滿”，結(jié)果發(fā)現(xiàn)并沒有，變?yōu)椤靶M與芒種”了。這里面有什么道理呢？

原來，這里面涉及中華古語“滿招損，謙受益”：小滿勉強(qiáng)還可以接受，大滿是萬萬不能接受的。這個思想經(jīng)過孔子宣傳，已經(jīng)成為中國傳統(tǒng)文化的組成部分了。

《荀子·宥坐篇》記載：

孔子觀于魯桓公之廟，有欹器焉?？鬃訂栍谑貜R者曰：“此謂何器？”守廟者曰：“此蓋為宥坐之器?！笨鬃釉唬骸拔崧勫蹲髡?，虛則欹，中則正，滿則覆。”孔子顧謂弟子曰：“注水焉?！钡茏愚谒⒅?。中而正，滿而覆，虛而欹，孔子喟然而嘆曰：“吁！惡有滿而不覆者哉！”

其中，“欹”是傾斜的意識，“宥座”是右座?！疤搫t欹，中則正，滿則覆”的意思是：這一裝置在空的時候是傾斜的，加一部分水后就直立起來，加滿水就會倒下。

欹器是孔子時代的一種獨特的裝置，現(xiàn)已失傳，能否利用多學(xué)科、跨學(xué)科的知識進(jìn)行復(fù)原（了解原理、設(shè)計并制作）？

可以從不同的視角看待這一問題：孔子及其“中庸之道”——歷史；“滿招損，謙受益”——教育；設(shè)計、制作、調(diào)試——能力；平衡、穩(wěn)定、重心——力學(xué)。這正符合清華大學(xué)“三位一體”的教育理念：價值塑造、能力培養(yǎng)、知識傳授。

經(jīng)過分析，欹器有幾種可能的形式。我?guī)ьI(lǐng)學(xué)生選擇“座右銘”形式進(jìn)行復(fù)原（如圖8，具體分析略）。

欹器的復(fù)原，涉及了地理（節(jié)氣）、語文（古文）、歷史（孔子）、物理（受力、平衡）、數(shù)學(xué)（形狀的方程）、技術(shù)（設(shè)計）、工程（加工）、計算機(jī)（根據(jù)形狀方程計算），是大范圍的跨學(xué)科活動，從文科到理科，從理論到實踐，是真正的跨學(xué)科實踐活動。

這一活動也涉及高階思維，如：批判思維——通過模型獲得可以重復(fù)的證據(jù)，直觀且有說服力；創(chuàng)造思維——從節(jié)氣聯(lián)想到中國文化，把復(fù)雜的現(xiàn)象同物體的平衡與穩(wěn)定關(guān)聯(lián)在一起；計算思維——座右銘式的欹器比較復(fù)雜，其設(shè)計需要大量計算；工程思維——利用設(shè)計和物化做出裝置，借助模型印證“滿招損，謙受益”。