摘 要：跨學(xué)科實踐與項目式學(xué)習(xí)均強調(diào)綜合運用多學(xué)科知識解決真實問題?；诳鐚W(xué)科實踐和項目式學(xué)習(xí)的理念，以“聲與光”為核心內(nèi)容，融合生物、化學(xué)、美術(shù)和工程等學(xué)科，從項目設(shè)計、項目細化、項目實施和評價與反思四個方面展開，建立以“制作放大檢耳鏡”為例的跨學(xué)科實踐教學(xué)設(shè)計框架，促進學(xué)生物理核心素養(yǎng)的提升。

關(guān)鍵詞：跨學(xué)科實踐；教學(xué)設(shè)計與實施；項目式學(xué)習(xí)；聲與光

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2024）11-0090-6

跨學(xué)科實踐是新一輪義務(wù)教育物理課程改革的重要內(nèi)容?！读x務(wù)教育物理課程標準（２０２２年版）》（以下簡稱“新課標”）的課程內(nèi)容中增設(shè)了“跨學(xué)科實踐”一級主題，要求“設(shè)立跨學(xué)科主題活動，加強學(xué)科間相互關(guān)聯(lián)”［１］?？鐚W(xué)科教學(xué)的核心在于真實的問題情境，旨在解決真實問題的過程中培養(yǎng)學(xué)生的問題解決能力，弱化分科教學(xué)帶來的學(xué)生知識碎片化、解決實際問題能力不強和知識遷移度較低等問題［2］。我國初中物理跨學(xué)科實踐通常以物理學(xué)科為起點和終點，以任務(wù)、議題為設(shè)計形式，發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)［3］，但目前我國基礎(chǔ)教育改革中跨學(xué)科課程教學(xué)的實施在理論和實踐之間存在落差［4］?？鐚W(xué)科主題學(xué)習(xí)與項目式學(xué)習(xí)有類似之處，項目式學(xué)習(xí)是對復(fù)雜、真實問題的探究過程，也是精心設(shè)計項目作品、規(guī)劃和實施項目任務(wù)的過程［5］，而跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)同樣強調(diào)真實問題的解決和產(chǎn)品的制作。有鑒于此，研究基于項目式學(xué)習(xí)，以“制作放大檢耳鏡”為項目主題，設(shè)置驅(qū)動性任務(wù)并對其細化，設(shè)計初中物理跨學(xué)科實踐教學(xué)設(shè)計框架。

１ 項目設(shè)計

“放大檢耳鏡”作為醫(yī)用器具，融合了多學(xué)科的特征，讓學(xué)生自己動手制作，不僅能加深學(xué)生對相關(guān)物理原理的理解，還能讓學(xué)生從學(xué)科整合的視角來審視現(xiàn)實中的真實問題，激發(fā)學(xué)生的好奇心和創(chuàng)造力，增強學(xué)生的動手能力。

項目式學(xué)習(xí)強調(diào)以問題和情境實現(xiàn)任務(wù)驅(qū)動，基于項目式學(xué)習(xí)的跨學(xué)科教學(xué)涉及的知識具有跨學(xué)科的特點，任務(wù)也較為綜合，強調(diào)明確項目式主題并細化驅(qū)動性任務(wù)，引導(dǎo)項目式學(xué)習(xí)的展開［6］。研究選擇新課標一級主題“運動和相互作用”下的二級主題“聲和光”，綜合生物、美術(shù)、工程、醫(yī)學(xué)等學(xué)科，以“制作放大檢耳鏡”為項目主題，設(shè)計側(cè)重點不同的“知識遷移”“產(chǎn)品設(shè)計”“價值引領(lǐng)”“合作與交流”四個驅(qū)動性任務(wù)，構(gòu)建初中物理跨學(xué)科實踐教學(xué)設(shè)計框架，項目主題與驅(qū)動性任務(wù)如圖 １所示。

２ 項目細化

依據(jù)驅(qū)動性任務(wù)和新課標要求，將項目細化，如表 １所示。

２．１ 知識遷移：科學(xué)與生產(chǎn)生活的聯(lián)系

通過“聽力檢測報告”設(shè)置本節(jié)課的主線情境，教師引導(dǎo)學(xué)生利用“聲音的特性”的知識對生活中的問題進行知識識別、關(guān)聯(lián)，自主讀圖解決問題，鍛煉學(xué)生的數(shù)據(jù)收集、處理能力和知識遷移能力。學(xué)生在觀察圖片的基礎(chǔ)上對癥狀進行歸納分類，結(jié)合跨學(xué)科知識對“耳聾”原因提出大膽猜測，模擬現(xiàn)實生活中解決問題的思路，深化學(xué)生對學(xué)科和跨學(xué)科知識的掌握，鍛煉學(xué)生的觀察、歸納和推理能力。

２．２ 產(chǎn)品設(shè)計：制作“放大檢耳鏡”

通過觀察和思考一連串的驅(qū)動性問題，讓學(xué)生自己探索并意識到檢耳鏡中蘊含的光學(xué)原理，鍛煉學(xué)生的觀察和動手能力，同時讓學(xué)生了解檢耳鏡作為一個工程產(chǎn)品，既要求美觀，又講求功能，還要使用便捷。引導(dǎo)學(xué)生查找材料的性質(zhì)，自主分工、設(shè)計、制作檢耳鏡和說明書，使每個學(xué)生都參與到教學(xué)之中，鍛煉學(xué)生的動手和統(tǒng)籌能力。

２．３ 價值引領(lǐng)：科學(xué)的魅力

學(xué)生通過對醫(yī)療工程產(chǎn)品的分析與制造，結(jié)合“聲與光”的知識，思考并總結(jié)物理學(xué)對日常生活、工程實踐和社會發(fā)展的意義，同時意識到科技是一把雙刃劍，在日常生活中要合理運用科技，并向?qū)W生滲透職業(yè)規(guī)劃意識。

２．４ 合作與交流：研究成果展示

小組代表利用小組成員擅長的方式展示放大檢耳鏡，向其他同學(xué)分享設(shè)計思路、難點以及創(chuàng)新點等，并從科學(xué)、工程、藝術(shù)的角度完成組內(nèi)自評和互評，向?qū)W生滲透科學(xué)共同體、同行評議的觀念。

３ 項目實施

３．１ 知識遷移：科學(xué)與生產(chǎn)生活的聯(lián)系

任務(wù)１：分析聲音在人耳中的傳播。

教師活動：按小組分發(fā)人耳模型。教師通過多媒體展示多份不同患者的“聽力檢測報告”，示例如圖 ２所示，向?qū)W生介紹聽力檢測的流程和原理（聽力檢測名為“純音聽閾測定”，患者需要戴上耳機，待在隔音房中，耳機會向患者播放多種頻率固定但分貝不同的聲音，來判斷患者目前在不同頻率下能夠聽到的最小分貝，從而測定患者的聽力水平），并提出問題。

驅(qū)動性問題１：觀察人耳模型，結(jié)合相關(guān)知識，小組討論并向大家介紹患者是如何聽到耳機中的聲音的？（聲音在人耳中如何傳播）

驅(qū)動性問題２：聽力檢測過程涉及了哪些物理知識？

驅(qū)動性問題３：觀察圖片的橫縱坐標，解釋圖片所呈現(xiàn)的物理意義，描述患者目前的聽力狀況。

學(xué)生活動：①通過觀察人耳模型，在已經(jīng)學(xué)習(xí)的“人耳的結(jié)構(gòu)和功能”以及“聲音的產(chǎn)生與傳播”的基礎(chǔ)上，認識到空氣振動產(chǎn)生聲波穿過外耳道引起鼓膜振動，振動產(chǎn)生的信號通過聽小骨及其他組織傳給聽覺神經(jīng)，聽覺神經(jīng)把信號傳給大腦，人就聽到聲音了。②學(xué)生仔細觀察“聽力檢測報告”，根據(jù)圖中“頻率”“分貝”單位，推斷出圖片橫縱坐標分別為“音調(diào)”和“響度”。同時，通過理解教師講解的聽力檢測流程和原理，認識到聲音的傳播需要介質(zhì)。③通過小組探討認識到圖片所表達的含義，并組織語言找尋合適的表述方式，示例：“圖中縱坐標單位是分貝，橫坐標單位是千赫茲，所以縱坐標指的是聲音的響度，橫坐標指的是聲音的振動頻率，是音調(diào)。圖2中左側(cè)坐標圖顯示，橫坐標為０．１２５ kＨｚ、０．２５0 kＨｚ、０．５00 kＨｚ、０．７５0 kＨｚ的坐標點對應(yīng)的縱坐標為６０分貝～７０分貝，而橫坐標為８ kHz、４ kHz、２ kHz的坐標點對應(yīng)的縱坐標為１０分貝。０分貝是剛剛引起人聽覺的響度，所以這位‘患者’應(yīng)該是右耳朵低頻率的聲音聽不清楚了?！?/p>

任務(wù)２：探究“耳聾”的機理。

教師活動１：引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合“聲音的特性”，發(fā)現(xiàn)并總結(jié)各圖片之間的不同，啟發(fā)學(xué)生不同的聽力檢測報告圖可以判斷出不同的病癥。

驅(qū)動性問題１：根據(jù)聲音的特性，圖片可以分為哪幾類？

驅(qū)動性問題２：根據(jù)“聲音傳播的條件”和 “人耳的結(jié)構(gòu)與功能”，小組討論猜測聽力下降可能存在的原因。

學(xué)生活動１：①學(xué)生通過歸納，意識到圖片根據(jù)頻率劃分，可分為三類——低頻率段聽力下降、高頻率段聽力下降和全頻率段聽力下降。②通過小組討論，結(jié)合跨學(xué)科知識，大膽猜測聽力下降的原因可能是“外耳道堵塞”“鼓膜無法傳播振動”“內(nèi)耳部分的前庭、耳蝸出現(xiàn)問題”“聽覺神經(jīng)不傳輸信號了”……

教師活動２：總結(jié)學(xué)生發(fā)言“聽力下降一般有三種類型，一種是傳導(dǎo)式聽力下降，比如外耳道堵塞，可能是耵聹栓塞、中耳炎、外耳道腫物等，由于切斷了聲音的傳播，因此聽力通常是全頻率下降；第二種是感音神經(jīng)性聽力下降，比如突發(fā)性耳聾、藥物性耳聾，這種是神經(jīng)信號傳導(dǎo)的問題，所以可能出現(xiàn)各種聽力結(jié)果，還需要進一步診斷，但低頻率或者高頻率單獨下降通常就是神經(jīng)信號傳導(dǎo)出現(xiàn)問題；第三種是混合性，比較復(fù)雜，感興趣的同學(xué)可以自行了解。”

教師活動３：教師引導(dǎo)并提出“制作耳鏡”的項目主題，“對于聽力突然下降的患者，醫(yī)生診斷時一般會同時讓患者做電耳鏡檢查，從而排除傳導(dǎo)式聽力下降，結(jié)合聽力檢查的結(jié)果基本就可以確定患者是感音神經(jīng)性聽力下降。今天我們就來自己制作一個檢耳鏡?！?/p>

３．２ 跨學(xué)科實踐：“制作放大檢耳鏡”

任務(wù)１：探究檢耳鏡結(jié)構(gòu)，了解光學(xué)原理。

教師活動：按小組向?qū)W生發(fā)放提前購置的成品“放大檢耳鏡”（圖 ３），引導(dǎo)學(xué)生觀察、使用并拆解檢耳鏡。

驅(qū)動性問題１：檢耳鏡由哪幾部分構(gòu)成？想要完成它的功能有哪些結(jié)構(gòu)是必需的？

驅(qū)動性問題２：將拿握處做成“筆帽”的形狀，除了美觀、方便攜帶以外，還有其他作用嗎？

驅(qū)動性問題３：檢耳鏡在使用過程中體現(xiàn)哪些光學(xué)原理？

驅(qū)動性問題４：通過檢耳鏡看到的是什么像？將檢耳鏡逐漸遠離物體，有沒有看不清成像的位置？（可以用作圖說明）

驅(qū)動性問題５：檢耳鏡入耳部分設(shè)計成錐形的原因有哪些？

學(xué)生活動：①學(xué)生以小組為單位，拆解檢耳鏡，認識到檢耳鏡的主要功能是能更為清晰地看清外耳道的情況，認識到檢耳鏡各組件的作用，哪些是關(guān)乎檢耳鏡功能的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。②結(jié)合科學(xué)課學(xué)習(xí)過的電學(xué)相關(guān)知識，猜測筆帽夾是控制小燈泡的開關(guān)（摁壓筆帽夾會觸碰到電池外的金屬殼，從而構(gòu)成通路，小燈泡發(fā)光）。③結(jié)合光沿直線傳播和光的反射的知識，認識到小燈泡發(fā)出的光沿直線傳播到單面鏡，經(jīng)過光的反射，光傳播到錐形部分照亮耳朵內(nèi)部，一部分光經(jīng)過多次反射進入人眼，讓我們可以更清楚地看到耳朵內(nèi)部的情況。④觀察并結(jié)合透鏡的相關(guān)知識，認識到透鏡起到放大的作用，且是正立放大的虛像，當物距大于等于透鏡的一倍焦距時逐漸看不清成像。⑤根據(jù)觀察使用和日常經(jīng)驗，猜測錐形部分有聚光、方便入耳、可以通過改變頂角適配不同的人群……

任務(wù)２：選擇合適材料，探究工程需求。

教師活動１：在學(xué)生理解檢耳鏡工作原理的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生思考驅(qū)動性問題。

驅(qū)動性問題１：有哪些結(jié)構(gòu)的材料可以更換？哪些結(jié)構(gòu)的材料不可更換？

驅(qū)動性問題２：考慮到材料的物理性質(zhì)（硬度、導(dǎo)電性等），應(yīng)當如何選擇材料？

驅(qū)動性問題３：考慮到產(chǎn)品的經(jīng)濟性，應(yīng)當如何選擇材料？

驅(qū)動性問題4：如何選擇透鏡讓圖像達到尺寸合適且較為清晰的狀態(tài)？

學(xué)生活動１：①學(xué)生通過理解檢耳鏡的工作原理，認識到檢耳鏡的不同結(jié)構(gòu)應(yīng)當選用不同種類的材料。②學(xué)生在教師指導(dǎo)下查閱相關(guān)資料，利用表格對材料的性質(zhì)和經(jīng)濟性進行綜合對比，選擇合適的材料，示例如表 ２ 所示。③通過計算和實驗，選定合適焦距的透鏡。

教師活動２：讓學(xué)生以小組為單位，向大家介紹材料選擇的原因，教師注意對材料進行二次把控，確保材料可以制作檢耳鏡。讓學(xué)生以小組為單位，根據(jù)每個人的優(yōu)勢進行分工，并提供分工安排表，設(shè)計、制作檢耳鏡，并配備使用說明書。制作方案的設(shè)計可使用軟件，也可以手繪，允許學(xué)生結(jié)合自身優(yōu)勢選擇呈現(xiàn)形式，能提供設(shè)計成果并說明原創(chuàng)即可。

學(xué)生活動２：學(xué)生利用選擇的材料，設(shè)計檢耳鏡的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，以線上和線下討論交流的方式合理分工制作檢耳鏡。

３．３ 價值引領(lǐng)：科學(xué)的魅力

教師活動：利用多媒體向?qū)W生介紹，醫(yī)療中利用電耳鏡和聽力檢測確診病癥之后，例如神經(jīng)性耳聾，會在基礎(chǔ)治療之上結(jié)合“微波治療儀”“鼓膜治療儀”讓病人進行理療恢復(fù)（戴上“鼓膜治療儀”后會聽到類似心跳的咚咚聲，由此讓鼓膜振動，增強鼓膜和聽小骨的傳音功能；“微波治療儀”通過向耳朵傳送微波，起到提升局部溫度擴張血管，促進炎癥吸收，修復(fù)受損細胞的作用）。

驅(qū)動性問題１：本節(jié)課認識了哪些與物理學(xué)原理相關(guān)的醫(yī)療工程產(chǎn)品？上述提到的“鼓膜治療儀”發(fā)揮了“聲”的什么功能？

驅(qū)動性問題２：“聲和光”對人類和自然界只有利處嗎？舉個例子？

驅(qū)動性問題３：怎樣認識物理學(xué)與日常生活、技術(shù)生產(chǎn)和社會發(fā)展的關(guān)系？我們應(yīng)當如何正確識別并發(fā)揮科學(xué)的魅力？

學(xué)生活動：學(xué)生歸納總結(jié)本節(jié)課所認識的工程產(chǎn)品，并總結(jié)其物理原理。在教師組織之下，結(jié)合“聲的利用”“噪聲的危害和控制”“光的反射（光污染）”等有證據(jù)地表達自己對物理學(xué)的看法。

３．４ 合作與交流：研究成果展示

教學(xué)活動：學(xué)生以小組為單位匯報展示，小組代表向其他同學(xué)分享設(shè)計思路、制作過程、設(shè)計難點以及創(chuàng)新點等，展示完成之后其他同學(xué)對代表進行提問，代表基于證據(jù)完成答辯。各小組答辯完成后，分發(fā)評價量表，學(xué)生和教師分別完成過程性評價和終結(jié)性評價量表。

３．４．１ 過程性評價

新課標要求“發(fā)揮評價的育人功能”，研究依據(jù)新課標跨學(xué)科評價的相關(guān)要求，結(jié)合阿維斯提出的過程性評價維度［7］，設(shè)計本節(jié)課的學(xué)生互評量表。學(xué)生根據(jù)小組成員的課堂表現(xiàn)情況，匿名完成組內(nèi)自評、互評，如表 ３所示。

３．４．２ 終結(jié)性評價

針對本節(jié)課的教學(xué)目標，教師對本節(jié)課學(xué)生的知識掌握情況、問題解決能力、檢耳鏡的制作方案、使用說明和展示情況以及課堂表現(xiàn)進行評價，終結(jié)性評價如表 ４所示。

最終評價得分＝過程性評價得分×５０％＋終結(jié)性評價得分×５０％。

４ 結(jié) 語

研究通過對聽力檢測報告、聲音在人耳中如何傳播和耳聾成因的討論，使學(xué)生感受到科技工程產(chǎn)品在醫(yī)療診斷過程中的重要性，同時讓學(xué)生認識到物理源于生活又服務(wù)于生活，感悟物理的社會價值。項目實施過程中，無論是探究成品檢耳鏡結(jié)構(gòu)，還是設(shè)計制作“放大檢耳鏡”，都讓學(xué)生自主觀察、動手、思考，極大地鍛煉了學(xué)生的科學(xué)探究、實踐能力。同時，項目實施過程注重價值傳播，通過一連串的問題，激發(fā)學(xué)生對物理學(xué)與生產(chǎn)生活關(guān)系的思考，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與責任。項目實施的最后，通過學(xué)生展示產(chǎn)品、答辯，培養(yǎng)學(xué)生的語言表達和邏輯思維能力，同時設(shè)計學(xué)生自評和互評量表、教師評價量表，將“教－學(xué)－評”完成銜接，培養(yǎng)學(xué)生的社會責任感和嚴謹認真的科學(xué)態(tài)度。另外，項目實施過程保留了一定的靈活度，教師應(yīng)根據(jù)學(xué)情進行合理調(diào)整，例如對光的反射和折射掌握較好的班級，可以使用光纖款檢耳鏡，初步滲透“全反射”的知識內(nèi)容。當然，其前提是不能脫離學(xué)生的認知水平，使學(xué)情與教學(xué)設(shè)計分離。

參考文獻：

［１］中華人民共和國教育部．義務(wù)教育物理課程標準（2022年版）［S］．北京：北京師范大學(xué)出版社，２０２２．

［２］于海波，陳宗成．初中物理跨學(xué)科實踐的深度理解與教學(xué)實踐——《義務(wù)教育物理課程標準（２０２２年版）》研討系列一［Ｊ］．福建教育，２０２２（１９）：２５－２７．

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

［４］田娟，孫振東．跨學(xué)科教學(xué)的誤區(qū)及理性回歸［Ｊ］．中國教育學(xué)刊，２０１９（4）：６３－６７．

［５］巴克教育研究所． 項目學(xué)習(xí)教師指南——２１世紀的中學(xué)教學(xué)法［Ｍ］．任偉，譯.北京：教育科學(xué)出版社，２００７：４．

［６］范偉杰，桑芝芳．基于項目式學(xué)習(xí)的高中物理跨學(xué)科實踐活動教學(xué)設(shè)計——以“探究濃度對電解液電阻的影響”為例［Ｊ］．物理教學(xué)，２０２４，４６（６）：７－１１．

［７］Ａｌｖｅｓ Ａ Ｃ，Ｍｏｒｅｉｒａ Ｆ，Ｌｅａｏ Ｃ Ｐ．Ｐｅｅｒ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｉｎ ＰＢＬ：Ｄｏｅｓ ｇｅｎｄｅｒ ｍａｔｔｅｒ［Ｃ］．２０１７ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ（ＩＣＥ／ＩＴＭＣ），２０１７：１３５８．

（欄目編輯 李富強）