《義務教育物理課程標準（2022年版）》（以下簡稱“課標”）新增了“跨學科實踐”一級主題課程內(nèi)容，涵蓋物理學與日常生活、工程實踐和社會發(fā)展三個方面。項目式學習具有綜合性和實踐性的特點，是跨學科教學的有效方式之一。與傳統(tǒng)學科教學相比，教師借助信息技術(shù)開展跨學科項目式學習活動，資源更豐富，協(xié)作更便利。教師利用智慧教育平臺整合教學資源可幫助學生深入地了解和探究跨學科主題。學生借助在線協(xié)作工具進行溝通和合作，有利于全面發(fā)展。筆者結(jié)合課標的具體要求與教學活動建議，設計并實施了以“汽車發(fā)動機中的能量利用”為主題的跨學科項目式學習活動。筆者以熱機的工作過程、熱機效率等知識為載體，融合物理、化學、歷史等學科課程資源，引導學生在任務驅(qū)動下參與跨學科實踐活動，旨在引導學生對熱機相關(guān)內(nèi)容建立系統(tǒng)的認知，學會從跨學科視角綜合分析并解決實際問題，體會人類生存與發(fā)展面臨的環(huán)境、能源等方面的危機與挑戰(zhàn)，從而增強他們的社會責任感和可持續(xù)發(fā)展意識。

一、跨學科與項目式學習高度契合

跨學科實踐具有綜合性、實踐性和生成性，切合物理學科核心素養(yǎng)發(fā)展的目標訴求，回應物理課程育人導向的價值關(guān)切，在初中物理教學中具有重要價值^[1]。項目式學習是以建構(gòu)主義理論為指導，以小組合作方式進行規(guī)劃并解決實際問題的學習方式^[2]。項目式學習活動是課程改革的重要載體。跨學科學習和項目式學習本質(zhì)上都是對固化知識邏輯的挑戰(zhàn)，都需要學生圍繞真實問題進行探索^[3]。

物理跨學科實踐既要立足物理課程內(nèi)容，又要跨出物理學科。教師開展物理跨學科項目式學習活動，要緊密結(jié)合物理教學內(nèi)容，引導學生在解決真實問題的過程中提升物理核心素養(yǎng)，激發(fā)學生的求知欲和學習熱情。設計跨學科項目式學習活動包括選定主題、梳理學科內(nèi)容、確定目標、設計任務和建立評價體系等環(huán)節(jié)（如圖1）。教師需要依據(jù)課標提供的跨學科主題及教材中蘊含的跨學科元素，或結(jié)合教學實際將教學活動與學校的相關(guān)主題活動進行結(jié)合，如科技節(jié)、科普活動等，選定合適的主題。此外，教師也可以將學生自主發(fā)現(xiàn)的問題作為主題，因為真實情境中產(chǎn)生的問題往往需要跨學科的知識進行解決。在實施過程中，教師創(chuàng)設問題情境，提出驅(qū)動性問題，設置分階段任務，引導學生在任務驅(qū)動下逐步深入探索，實現(xiàn)知識的整合與應用。

二、借助技術(shù)開展跨學科項目式學習活動的策略

信息技術(shù)為教師提供了強大的教學支持。教師可以利用多種教學平臺和工具開展教學設計、資源管理、成果展示等活動，有助于提升教學效果，激發(fā)學生的參與熱情。

（一）利用智慧教學平臺引導學生參與項目探究活動

借助智慧教育平臺，教師可以上傳與教學內(nèi)容相契合的學習資源，如網(wǎng)絡上的視頻資源、文獻資料等。利用網(wǎng)絡特有的通信快、資源多等優(yōu)點，開展線上線下融合的項目教學，有利于學生迅速融入項目情境之中。對于本案例，教師應用國家中小學智慧教育平臺整合教學資源開展教學。國家中小學智慧教育平臺是教育部為推動基礎教育現(xiàn)代化而建設的在線教育平臺。在“雙減”政策深入實施和推進基礎教育高質(zhì)量發(fā)展的背景下，教師利用該平臺能夠共享優(yōu)質(zhì)教育資源。平臺匯聚豐富教學資源，包括專題教育、課程教學、課后服務、教師研修、家庭教育和教改經(jīng)驗等板塊。在開展跨學科項目教學時，教師可以充分利用該平臺內(nèi)置的資源，并結(jié)合教學內(nèi)容進行補充、完善。

（二）運用數(shù)字工具增強課堂互動，深化學生對知識的理解

教師運用數(shù)字工具能夠模擬真實世界中的復雜情境，如本案例中應用NOBOOK虛擬實驗平臺演示汽油機的四個沖程，為學生提供了互動性強、易于操作的虛擬實驗環(huán)境。這不僅有助于學生深入理解抽象概念，而且能夠增強課堂的互動性，提高學生的實踐能力。

（三）借助平臺進行交流和展示

在跨學科項目式學習活動中，學生借助網(wǎng)絡平臺進行協(xié)作和展示，有助于提高溝通能力，培養(yǎng)團隊合作精神。在本案例中，學生使用“語雀”平臺分組交流協(xié)作，借助“騰訊會議系統(tǒng)”進行成果展示。“語雀”平臺具有強大的文檔編輯、知識管理和團隊協(xié)作功能，能為學生提供交流思想、共享資料和協(xié)作編輯文檔的空間。利用這類平臺，學生可以構(gòu)建個人或小組的知識庫，促進知識的積累和共享。同時，學生利用相關(guān)平臺進行項目成果的展示和分享，便于向同伴、教師展示成果。

三、跨學科主題活動的設計與實踐

教師結(jié)合課標中關(guān)于跨學科實踐的建議，以熱機的知識為載體，融合多學科知識，以“汽車發(fā)動機中的能量利用”為主題開展跨學科項目式學習活動。本項目包含5項連續(xù)的活動（如圖2）。

（一）項目主題及內(nèi)容分析

課標要求學生能嘗試分析能源的開發(fā)與利用對社會發(fā)展的影響，了解我國的科技成就。熱機在生活中廣泛應用，從發(fā)展脈絡上看，從蒸汽機到內(nèi)燃機，再到發(fā)射火箭用的噴氣發(fā)動機，熱機的發(fā)明和改進極大促進了工業(yè)發(fā)展，這一發(fā)展歷程涉及能源的利用與轉(zhuǎn)化的問題。項目涉及跨學科內(nèi)容如下（見表1）。

（二）教學目標

1. 了解汽車發(fā)展歷程，知道內(nèi)能對人類社會的價值，體會科技對人類和社會發(fā)展的推動作用。

2. 認識熱機的應用，了解汽油機和柴油機的結(jié)構(gòu)及工作過程，從能量角度認識熱值和熱機效率。

3. 從經(jīng)濟與環(huán)保角度對熱機如何影響環(huán)境進行分析，培養(yǎng)科學論證能力和保護環(huán)境的意識。

4. 參與查閱資料、撰寫調(diào)查報告、辯論等活動，具有搜集和處理信息的能力，同時在協(xié)作和交流過程中提升合作和溝通表達能力。

（三）教學過程

為了引導學生探究，教師設置了以下任務。

【任務一】了解熱機的發(fā)展歷史和應用

活動1：教師在活動開始前引導學生搜集并整合相關(guān)資源，如與蒸汽機的發(fā)明、熱機的發(fā)展歷史相關(guān)的微課視頻、文獻資料等，將其上傳到國家中小學智慧教育平臺，為學生提供信息支持。

活動2：課前，教師將學生分成若干小組，引導學生圍繞“熱機在生活中的應用及影響”搜集資料，利用平臺工具及“語雀”進行頭腦風暴，交流討論，匯總資料，形成思維導圖或文稿等材料，為后續(xù)學習做準備。教師結(jié)合學生線上交流討論情況提出驅(qū)動性問題：

1. 熱機的發(fā)展對現(xiàn)代社會有哪些影響？

2. 熱機在生活中的應用有哪些？

3. 熱機產(chǎn)生動力的原因是什么？

4. 熱機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作流程是怎樣的？

5. 發(fā)動機尾氣成分是什么？對環(huán)境有什么影響？

6. 新能源汽車和燃油汽車哪種更環(huán)保？

設計意圖：以熱機在生活中的應用這一真實情境切入話題，將學科知識與生活實際相聯(lián)系，調(diào)動學生學習的積極性。引導學生了解汽車的發(fā)展歷史，分析第一次工業(yè)革命的社會影響及意義?；趯W生頭腦風暴提出驅(qū)動性問題，將項目進行拆解，推進項目式學習活動。同時引導學生自主學習和思考，培養(yǎng)對信息的提取與分析能力。

【任務二】認識熱機的結(jié)構(gòu)和工作過程

活動1：教師演示實驗，在試管內(nèi)裝入一些水，用橡膠塞塞住管口，用酒精燈加熱使水沸騰（保證足夠的安全距離）。以此引導學生觀察管口橡膠塞的狀態(tài)及試管中的變化情況，引導學生分析實驗過程中能量轉(zhuǎn)化情況。

活動2：教師借助多媒體設備展示內(nèi)燃機剖面圖，應用NOBOOK虛擬實驗室中的汽油機四沖程的演示動畫，講解熱機的概念、內(nèi)燃機的結(jié)構(gòu)及工作過程。對比分析內(nèi)燃機與蒸汽機的不同，比較柴油機和汽油機的區(qū)別。

設計意圖：讓學生觀察實驗現(xiàn)象，啟發(fā)學生從能量視角認識熱機工作原理，并借助信息技術(shù)加深其對7o2q4jIYNTatJesGhydYNQ==熱機結(jié)構(gòu)及工作過程的理解。

【任務三】繪制熱機燃料的能量走向圖

活動1：教師以課堂討論的方式引導學生認識燃料，理解內(nèi)燃機的能量來源。教師讓學生討論并列舉不同的燃料，引導學生理解燃燒過程中的能量轉(zhuǎn)化，分析數(shù)據(jù)，了解不同燃料燃燒釋放熱能的差異，比較常見燃料的熱值。引導學生分析燃料的使用效率，使用“語雀”的協(xié)作制圖功能繪制熱機燃料的能量走向圖，認識熱機效率。

活動2：教師引導學生討論熱機工作會對周圍環(huán)境產(chǎn)生哪些影響，如何在保證熱機為人類生活帶來積極效益的同時減少其對環(huán)境的危害。學生分組討論，分析尾氣的成分及其產(chǎn)生的原因，從大氣環(huán)境、自然環(huán)境、人體及周圍植物等多角度分析發(fā)動機尾氣對周圍環(huán)境的影響。探討如何處理尾氣，設計簡易的尾氣處理裝置。提出減少發(fā)動機對環(huán)境危害的具體方案。

設計意圖：引導學生建立熱值的概念，培養(yǎng)學生運用物理知識解決實際問題的能力。同時，指導學生繪制熱機的能量走向圖，并探索節(jié)能減排的方法，使學生辯證地看待問題，提高學生運用跨學科知識解決實際問題的能力。

【任務四】探討新能源汽車和燃油汽車哪種更環(huán)保

活動1：教師引導學生參考國家中小學智慧教育平臺、學習強國App等線上資源，搜集新能源汽車的相關(guān)資料。組織學生撰寫“新能源汽車的發(fā)展概況”報告，報告內(nèi)容包含新能源汽車的分類及特點、發(fā)展歷程、核心技術(shù)及面臨的挑戰(zhàn)等，讓學生利用在線協(xié)作工具進行數(shù)據(jù)可視化分析，完善調(diào)查報告。學生分組展示，教師鼓勵學生小組之間進行交流與討論。

活動2：教師組織學生分為正反兩方辯論小組，以“新能源汽車和燃油汽車哪種更環(huán)保”為主題進行辯論。學生在辯論過程中對自己和他人的觀點加以評價。

設計意圖：讓學生撰寫調(diào)查報告，提升其利用信息技術(shù)資源平臺整合知識的能力。學生參與辯論，增強合作意識，提高推理與表達能力。

【任務五】展示匯報學習成果

活動：教師引導學生總結(jié)參與本項目式學習活動有哪些收獲并分享。學生組間交流、討論，將學習內(nèi)容及收獲以筆記、思維導圖等方式進行總結(jié)，每組選派一名代表進行匯報。教師對學生的分享匯報進行點評。

設計意圖：引導學生對項目式學習活動進行總結(jié)，培養(yǎng)學生整合信息及交流表達的能力。

（四）項目評價

跨學科主題學習旨在以跨學科視角深化學生對知識的理解和應用，其評價既要立足于學科又要高于學科。項目式學習是以學生為中心，在解決真實問題的過程中培養(yǎng)學生的綜合能力的學習模式。教師既要關(guān)注最終的成果展示，又要關(guān)注整個項目活動過程中學生的表現(xiàn)和發(fā)展。教師對跨學科項目式學習活動進行評價時，要采用多元化的評價機制，將過程性評價和終結(jié)性評價相結(jié)合。本案例采用學生自我評價、組內(nèi)評價和教師評價相結(jié)合的方式進行綜合評價，學習活動評價表如下（見表2）。

教師開展跨學科項目式學習活動，能有效提升學生的多門學科素養(yǎng)和通識性知識能力素養(yǎng)。具體來說，通識性素養(yǎng)包括溝通能力、信息素養(yǎng)、團隊合作和批判性思維等。此外，在開展跨學科主題學習活動時，教師既要關(guān)注化學、生物學等與物理同類的自然科學類學科，又要關(guān)注地理、歷史等人文社會科學類學科，指導學生融會貫通，全面提升素養(yǎng)。應用信息技術(shù)開展跨學科教學，能夠進一步增強學生學習體驗，激發(fā)學生的創(chuàng)新思維，提高學生解決復雜問題的能力。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，教師將有更多的機會借助虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實和人工智能等前沿技術(shù)，為學生提供沉浸式和個性化的學習體驗，培養(yǎng)更具創(chuàng)新精神和社會責任感的高素質(zhì)復合型人才，為社會的進步和發(fā)展貢獻力量。

參考文獻

[1] 荊鵬，侯恕.初中物理跨學科實踐教學的內(nèi)涵、價值與路徑[J].物理教師，2022（10）：32-36.

[2] 楊金燕.項目式學習的特點[J].課程教材教學研究（中教研究），2017（7/8）：36.

[3] 夏雪梅.跨學科項目化學習：內(nèi)涵、設計邏輯與實踐原型[J].課程·教材·教法，2022（10）：78-84.

（作者臧運瑤系吉林師范大學物理學院碩士研究生；張勇系吉林師范大學物理學院教授）

責任編輯：祝元志