摘 要：隨著課程改革的不斷推進(jìn)，育人方式的探索一直在進(jìn)行?？鐚W(xué)科實(shí)踐教學(xué)是目前探索的重要方向之一?？萍拣^展品優(yōu)秀的互動(dòng)性為跨學(xué)科實(shí)踐教學(xué)提供了豐富的教學(xué)資源。以“探索視錯(cuò)覺與平衡的奧秘”為教學(xué)主題，從設(shè)計(jì)理念、設(shè)計(jì)思路和教學(xué)實(shí)施等方面，融合了物理學(xué)、感知心理學(xué)和工程實(shí)踐，探索了跨學(xué)科實(shí)踐教學(xué)，對(duì)跨學(xué)科實(shí)踐教學(xué)提供借鑒。

關(guān)鍵詞：跨學(xué)科實(shí)踐；教學(xué)資源開發(fā)；科技館資源；重心與平衡

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2024）11-0072-4

義務(wù)教育課程方案中明確要求“加強(qiáng)課程綜合，注重與社會(huì)生活的關(guān)聯(lián)”，并規(guī)定各門課程應(yīng)安排不少于１０％的課時(shí)進(jìn)行跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)［１］。這是新課程改革的一大亮點(diǎn)。利用科技館資源設(shè)計(jì)跨學(xué)科實(shí)踐教學(xué)的獨(dú)特性在于，其展品能夠?yàn)閷W(xué)生提供互動(dòng)性的感知體驗(yàn)。首先，科技館擁有涵蓋多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的豐富科技實(shí)物展品和科普教育資源，與學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn)和教學(xué)內(nèi)容相吻合，為跨學(xué)科教學(xué)提供了多樣性的學(xué)科知識(shí)和豐富的物質(zhì)基礎(chǔ)。其次，科技館采用多媒體、互動(dòng)等先進(jìn)技術(shù)，能夠提供生動(dòng)直觀的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，深化學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解。最后，科技館展品具有趣味性和實(shí)踐性，能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，將科學(xué)知識(shí)與跨學(xué)科課程所強(qiáng)調(diào)的真實(shí)情境相結(jié)合。因此，利用科技館資源，開展主題為“探索視錯(cuò)覺與平衡的奧秘”的跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)，讓學(xué)生了解重心的意義和位置，通過觀察、體驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證、制作等過程，總結(jié)物體保持平衡的因素，培養(yǎng)學(xué)生批判質(zhì)疑、勇于探究的科學(xué)精神及科學(xué)價(jià)值觀，是一個(gè)可行的教學(xué)案例。本文從設(shè)計(jì)理念、設(shè)計(jì)思路和教學(xué)實(shí)施三個(gè)方面對(duì)此進(jìn)行探討。

１ 設(shè)計(jì)理念

跨學(xué)科實(shí)踐教學(xué)立足于物理課程標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)與內(nèi)容要求，融合不同學(xué)科的內(nèi)容和思維方法，關(guān)注真實(shí)情境中的問題解決，綜合運(yùn)用多學(xué)科的知識(shí)和方法，讓學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)加以深化，發(fā)展高階思維能力［２］?？萍拣^資源恰好能為跨學(xué)科教學(xué)提供互動(dòng)體驗(yàn)的學(xué)習(xí)環(huán)境，將抽象知識(shí)融入真實(shí)情境，深化學(xué)科知識(shí)關(guān)聯(lián)?？萍拣^豐富資源的作用體現(xiàn)在三個(gè)方面：

（１）跨學(xué)科知識(shí)整合。科技館資源涵蓋物理、化學(xué)、生物、地理等多學(xué)科領(lǐng)域，引導(dǎo)學(xué)生從多角度理解知識(shí)和解決問題。同時(shí)，資源以環(huán)境、實(shí)物、圖文、數(shù)字模擬、專題講座等多樣方式呈現(xiàn)［３］，豐富教學(xué)方式，吸引學(xué)生注意，拓展文化視野，促進(jìn)深入理解。

（２）深化跨學(xué)科知識(shí)理解?？萍拣^采用多媒體、互動(dòng)等技術(shù)，激發(fā)多感官，提供具體體驗(yàn)，增強(qiáng)學(xué)習(xí)趣味性。教學(xué)遵循師生互動(dòng)原則，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)、提出、解決問題，體驗(yàn)沉浸式學(xué)習(xí)，深化對(duì)知識(shí)的理解。

（３）創(chuàng)設(shè)真實(shí)教學(xué)情境?？萍拣^通過趣味實(shí)驗(yàn)、科學(xué)秀等方式生動(dòng)呈現(xiàn)科學(xué)現(xiàn)象及其知識(shí)，將學(xué)科知識(shí)與實(shí)際情境相結(jié)合，使學(xué)生在真實(shí)情境中應(yīng)用所學(xué)。同時(shí)，依托資源包開展科技制作，讓學(xué)生在真實(shí)情境中探索、發(fā)現(xiàn)和解決問題［４］。

２ 設(shè)計(jì)思路

“探索視錯(cuò)覺與平衡的奧秘”是基于日常生活中的跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)，利用科技館中的“空中自行車”和“錐體上滾”展品，讓學(xué)生體會(huì)物理學(xué)、感知心理學(xué)和工程實(shí)踐等學(xué)科的融合。具體教學(xué)分為三個(gè)部分：

（１）引入與實(shí)踐體驗(yàn)。觀察“怪坡現(xiàn)象”后，利用“錐體上滾”進(jìn)行演示，引導(dǎo)學(xué)生從物理和心理學(xué)角度思考原理，了解物體重心和平衡條件，及其在生活中的應(yīng)用。

（２）探究與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。體驗(yàn)“空中自行車”，制作迷你自行車，在制作過程中總結(jié)物體平衡條件，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力。

（３）學(xué)以致用與拓展延伸。通過“木條支撐瓶裝水”驗(yàn)證平衡條件，并對(duì)迷你自行車進(jìn)行改造升級(jí)，培養(yǎng)學(xué)生的批判質(zhì)疑和探究精神。

案例計(jì)劃安排３個(gè)課時(shí)，涉及的學(xué)科知識(shí)、內(nèi)容及學(xué)業(yè)要求如表１所示。

３ 教學(xué)實(shí)施

教學(xué)實(shí)施分３個(gè)環(huán)節(jié)：具身體驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)探究、應(yīng)用與實(shí)踐。在具身體驗(yàn)環(huán)節(jié)中，學(xué)生親身體驗(yàn)“錐體上滾”和“空中自行車”展品，并將其與日常生活中的“怪坡現(xiàn)象”聯(lián)系起來，增強(qiáng)認(rèn)知能力。在實(shí)驗(yàn)探究環(huán)節(jié)中，學(xué)生通過制作迷你自行車探索物體保持平衡的條件，并通過“木條支撐瓶裝水”實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證平衡條件的準(zhǔn)確性。在應(yīng)用與實(shí)踐環(huán)節(jié)中，學(xué)生改變迷你自行車的配重和懸掛繩長，進(jìn)行升級(jí)改造，呈現(xiàn)研究成果。

３．１ 引入與實(shí)踐體驗(yàn)

任務(wù)１：從物理學(xué)視角思考“怪坡”的原因。

活動(dòng)１：播放“怪坡”視頻，讓學(xué)生觀察斜坡上車子逆行而上的現(xiàn)象。利用“錐體上滾”演示“怪坡”，觀察錐體結(jié)構(gòu)，提出驅(qū)動(dòng)型問題。

驅(qū)動(dòng)型問題１：物體在重力作用下由高向低運(yùn)動(dòng)，為何錐體能在斜面上自下而上滾動(dòng)？

驅(qū)動(dòng)型問題２：錐體上滾軌道的結(jié)構(gòu)有何特點(diǎn)？

教學(xué)提示：讓學(xué)生親自操作“錐體上滾”，觀察不受外力時(shí)錐體的運(yùn)動(dòng)。拆解錐體結(jié)構(gòu)，引導(dǎo)學(xué)生從物理學(xué)角度分析此現(xiàn)象。

任務(wù)２：從心理學(xué)視角思考“怪坡”的成因，與“錐體上滾”原理是否相同。

活動(dòng)２：介紹視錯(cuò)覺概念，觀察錐體上滾軌道是否存在視錯(cuò)覺，提出驅(qū)動(dòng)型問題。

驅(qū)動(dòng)型問題１：“錐體上滾”與“怪坡”原理是否相同？

驅(qū)動(dòng)型問題２：物體平衡的決定因素是什么？

教學(xué)提示：“怪坡”是一種視錯(cuò)覺現(xiàn)象。人眼在特定條件下會(huì)錯(cuò)誤判斷斜坡的傾斜角度。當(dāng)人站在特定坡道上時(shí)，周圍環(huán)境或坡道設(shè)計(jì)會(huì)導(dǎo)致人眼產(chǎn)生誤解，感覺坡道水平或與實(shí)際傾斜相反。因此，需引導(dǎo)學(xué)生從心理學(xué)角度思考這種現(xiàn)象的成因。觀察“錐體上滾”軌道，發(fā)現(xiàn)雙錐體與Ｖ形軌道巧妙結(jié)合。在軌道窄口處（Ａ端），間距最小，雙錐體重心最高；在軌道寬口處（Ｂ端），間距最大，雙錐體重心最低（圖１）。盡管表面看似由低向高滾動(dòng)，實(shí)際是雙錐體重心降低的過程。由此可了解物體穩(wěn)定性與重心的關(guān)系。

３．２ 探究與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

任務(wù)１：探究物體保持平衡是否與重心有關(guān)。

活動(dòng)３：在學(xué)自行車的初期，還沒有掌握好騎車的要領(lǐng)，總會(huì)有要摔倒的感覺。在生活中非常難以控制的事，在科技館中卻極易實(shí)現(xiàn)。接著展示“空中自行車”，通過工作人員演示騎車走鋼絲引發(fā)學(xué)生積極參與，并通過遮擋道具的下半部分設(shè)置懸念，激發(fā)學(xué)生的探究欲望，并提出驅(qū)動(dòng)型問題。

驅(qū)動(dòng)型問題１：自行車為什么能在鋼絲上行走？

驅(qū)動(dòng)型問題２：道具被遮擋的關(guān)鍵部分是什么？

教學(xué)提示：在工作人員的引導(dǎo)下，學(xué)生可以通過親自體驗(yàn)騎車走鋼絲來進(jìn)一步思考自行車能夠保持平衡的原因，并且與生活中的騎車經(jīng)歷形成鮮明對(duì)比，引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突。

任務(wù)２：選材制作迷你自行車，并使其保持平衡。

活動(dòng)４：根據(jù)科技館提供的材料，選用合適的材料制作迷你自行車，并讓自行車能夠保持平衡，并做直線運(yùn)動(dòng)。

驅(qū)動(dòng)型問題１：“空中自行車”能夠在鋼絲上行走與“錐體上滾”原理是否相同？

驅(qū)動(dòng)型問題２：在制作的過程中總結(jié)物體保持平衡的條件？

教學(xué)提示：以問題為導(dǎo)向引發(fā)學(xué)生思考“空中自行車為何能在鋼絲上行走，是否與重心有關(guān)”。在制作迷你自行車的過程中，引導(dǎo)學(xué)生探索并總結(jié)保持物體平衡的條件。通過問題與動(dòng)手實(shí)踐相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力。教師要耐心引導(dǎo)學(xué)生制作，并注意觀察學(xué)生的注意力，在注意力分散時(shí)及時(shí)引導(dǎo)學(xué)生思考問題。

３．３ 學(xué)以致用與拓展延伸

任務(wù)１：驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)總結(jié)出的物體平衡條件的準(zhǔn)確性。

活動(dòng)５：利用教師準(zhǔn)備的小木條、瓶裝水、細(xì)線等材料，進(jìn)行“木條支撐瓶裝水”實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證平衡條件。去掉展品遮擋物，觀察被藏起來的部分，再次體驗(yàn)“空中自行車”。

驅(qū)動(dòng)型問題１：如何調(diào)整小木條的位置和傾斜角度，使得瓶裝水在不倒下的情況下保持穩(wěn)定？

驅(qū)動(dòng)型問題２：改變小木條的長度和材質(zhì)會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生什么影響？

驅(qū)動(dòng)型問題３：什么條件下小木條支撐的穩(wěn)定性最佳？

教學(xué)提示：學(xué)生實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證時(shí)，教師要引導(dǎo)其辯證地思考，完成探究過程，得出“當(dāng)整個(gè)物體的重心在支持面正下方時(shí)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定”的結(jié)論。然后，教師引導(dǎo)學(xué)生回歸展品，解決“自行車為什么能在鋼絲上行走”的問題，發(fā)現(xiàn)被遮擋的是自行車的配重，它才是自行車保持平衡的根本原因。最后，學(xué)生再次親身體驗(yàn)和感受，加深對(duì)重心與平衡的認(rèn)識(shí)。

任務(wù)２：對(duì)迷你自行車進(jìn)行改造升級(jí)。

活動(dòng)６：引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)觀察“空中自行車”的標(biāo)識(shí)牌，提出驅(qū)動(dòng)型問題１。通過已有材料反復(fù)更換迷你自行車的配重以及懸掛配重的繩長，提出驅(qū)動(dòng)型問題２。

驅(qū)動(dòng)型問題１：為什么展品會(huì)有體重的限制？

驅(qū)動(dòng)型問題２：自行車的配重應(yīng)該如何進(jìn)行選擇？

教學(xué)提示：通過升級(jí)、改造作品，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，體會(huì)學(xué)以致用的過程。這不僅能幫助HW6U6Xm8o45a4X2tTPa+6YK6FEU+g+z7Y+WuJczgv90=學(xué)生掌握知識(shí)，還能夠培養(yǎng)其創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力。跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)是一種有效的教學(xué)方式，可以加深學(xué)生對(duì)跨學(xué)科知識(shí)的理解，提升其綜合能力、操作技能和物理核心素養(yǎng)。

３．４ 研究成果交流與評(píng)價(jià)

應(yīng)用評(píng)價(jià)量表（表2），教師引導(dǎo)學(xué)生之間互相交流和評(píng)價(jià)教學(xué)實(shí)施過程及成果。

跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)具有情境性、整合性和實(shí)踐性特征，定量評(píng)價(jià)并非唯一標(biāo)準(zhǔn)［５］。教師可采用多元評(píng)價(jià)方式，例如，利用課堂來觀察學(xué)生的精神狀態(tài)以及思維活動(dòng)，檢驗(yàn)學(xué)生的問題解決能力是否得到提升，驗(yàn)收學(xué)生作品制作的規(guī)范性等。通過這些方式，評(píng)價(jià)學(xué)生是否達(dá)到預(yù)期學(xué)習(xí)目標(biāo)，幫助教師思考教學(xué)的合理性與價(jià)值所在。

４ 結(jié) 論

開發(fā)和利用教學(xué)資源是物理教學(xué)的重要課題。科技館展品蘊(yùn)含豐富的教育資源，能為跨學(xué)科教學(xué)提供互動(dòng)體驗(yàn)，將抽象知識(shí)融入真實(shí)情境，深化學(xué)科知識(shí)關(guān)聯(lián)。然而，目前科技館資源利用不足。改善這一狀況需從兩個(gè)層面著手：一是學(xué)校應(yīng)整合校內(nèi)外可用教學(xué)資源，建立合作關(guān)系，制定相關(guān)政策，組織培訓(xùn)，鼓勵(lì)教師參與，提升專業(yè)能力。二是教師應(yīng)與場館專家合作，汲取經(jīng)驗(yàn)，深入了解學(xué)生需求，設(shè)計(jì)生動(dòng)、創(chuàng)新且貼近生活的教學(xué)資源，提高教學(xué)啟發(fā)性。

參考文獻(xiàn)：

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［２］許靜，于海波．物理跨學(xué)科實(shí)踐教學(xué)的內(nèi)涵價(jià)值、現(xiàn)實(shí)困境與優(yōu)化策略［Ｊ］．物理教學(xué)，２０２４，４６（１）：１２－１５，６１．

［３］劉嵩萍．科技館物理課程資源開發(fā)利用研究［Ｄ］．重慶：西南大學(xué)，２０１４．

［４］鄒麗暉．初中物理課堂中的跨學(xué)科實(shí)踐教學(xué)研究［Ｊ］．課程·教材·教法，２０２３，４３（１０）：１１１－１１７．

［５］李宇煒，馮爽． 基于社會(huì)性科學(xué)議題的物理跨學(xué)科實(shí)踐課程設(shè)計(jì)——以“霧霾的危害、防護(hù)與治理”為例［Ｊ］． 教學(xué)管理與教育研究，２０２３，８（１５）：３６－４０．

（欄目編輯 賈偉堯）