摘 要：“跨學(xué)科實(shí)踐”作為《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》的重要內(nèi)容，為落實(shí)新課標(biāo)提供了方法和路徑。跨學(xué)科項(xiàng)目化作業(yè)設(shè)計(jì)是以項(xiàng)目化學(xué)習(xí)理論為指導(dǎo)，以解決真實(shí)問(wèn)題為導(dǎo)向，將枯燥繁重的假期作業(yè)轉(zhuǎn)化為形式創(chuàng)新、知識(shí)多元、內(nèi)涵豐富、能滿足學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)需求且能提升不同學(xué)科核心素養(yǎng)的實(shí)踐活動(dòng)。本文以“可變焦液體視力矯正眼鏡的設(shè)計(jì)與制作”為例，闡述跨學(xué)科作業(yè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，為一線教師提供靈感和參考。

關(guān)鍵詞：跨學(xué)科實(shí)踐；項(xiàng)目化學(xué)習(xí)；作業(yè)設(shè)計(jì)

實(shí)踐類作業(yè)將學(xué)生置于真實(shí)的情境之中，真正做到了讓學(xué)生在情境中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、思考問(wèn)題并解決問(wèn)題。這一類作業(yè)能夠塑造學(xué)生的思維，鍛煉學(xué)生的能力，對(duì)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)有著極強(qiáng)的引導(dǎo)培養(yǎng)作用。［1］《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》將跨學(xué)科實(shí)踐作為一級(jí)主題納入了義務(wù)教育物理課程結(jié)構(gòu)之中?？鐚W(xué)科實(shí)踐既是物理課程內(nèi)容的重要組成部分，又是物理課程學(xué)習(xí)的重要方式。［2］教師要讓跨學(xué)科實(shí)踐成為物理課程的有機(jī)組成部分，避免增加學(xué)生學(xué)業(yè)負(fù)擔(dān)。［3］跨學(xué)科實(shí)踐是以學(xué)生為主體，基于真實(shí)問(wèn)題解決的實(shí)踐活動(dòng)。項(xiàng)目化學(xué)習(xí)是為了促進(jìn)素養(yǎng)目標(biāo)而圍繞一個(gè)真實(shí)問(wèn)題進(jìn)行深入持續(xù)地探究，形成項(xiàng)目成果。［4］如何將初中物理跨學(xué)科項(xiàng)目實(shí)踐與假期作業(yè)相結(jié)合，以體現(xiàn)物理學(xué)科育人價(jià)值，是廣大教師要注重和探討的問(wèn)題。

物理與工程的跨學(xué)科實(shí)踐具有顯著的跨學(xué)科性和實(shí)踐性的特點(diǎn)，并應(yīng)立足于物理本學(xué)科提升核心素養(yǎng)。［5］項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的主題來(lái)源于生活中的真實(shí)問(wèn)題，并以其多元性和趣味性調(diào)動(dòng)學(xué)生的探索欲望。在進(jìn)行項(xiàng)目化學(xué)習(xí)時(shí)，學(xué)生要應(yīng)用多學(xué)科知識(shí)解決實(shí)踐活動(dòng)中的問(wèn)題，并最終獲得項(xiàng)目成品。項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的過(guò)程能夠極大地培養(yǎng)學(xué)生不同學(xué)科的核心素養(yǎng)。本文以項(xiàng)目化學(xué)習(xí)理論為依據(jù)，提出基于物理學(xué)，融合工程與生物學(xué)的跨學(xué)科實(shí)踐作業(yè)，并圍繞透鏡開發(fā)了“可變焦液體視力矯正眼鏡的設(shè)計(jì)與制作”項(xiàng)目。

1 跨學(xué)科項(xiàng)目化作業(yè)的總體設(shè)計(jì)

夏雪梅在《項(xiàng)目化學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)：學(xué)習(xí)素養(yǎng)視角下的國(guó)際與本土實(shí)踐》一書中提出了項(xiàng)目化學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)框架，本項(xiàng)目嵌入該框架后的各環(huán)節(jié)如表1所示。

筆者依據(jù)布魯姆高階認(rèn)知理論，開發(fā)了具有跨學(xué)科性質(zhì)且具有實(shí)際生活價(jià)值的項(xiàng)目，將作業(yè)設(shè)計(jì)和跨學(xué)科項(xiàng)目化學(xué)習(xí)進(jìn)行融合，從假期前、假期中、開學(xué)后三個(gè)階段設(shè)計(jì)和組織實(shí)踐活動(dòng)，以實(shí)物展示和匯報(bào)評(píng)比作為完成作業(yè)的標(biāo)志，作業(yè)具體階段安排設(shè)計(jì)如表2所示。

2 案例實(shí)踐：可變焦液體視力矯正眼鏡的設(shè)計(jì)與制作

2.1 問(wèn)題提出

學(xué)生在學(xué)習(xí)凸透鏡成像規(guī)律后，能夠解釋投影儀、照相機(jī)、放大鏡成像的基本原理。在了解視力矯正原理的過(guò)程中，有學(xué)生提出，隨著近視程度的變化，需要不斷地更換眼鏡片，如果鏡片可以調(diào)節(jié)焦距就能極大地降低換鏡片的成本。此問(wèn)題來(lái)源于學(xué)生對(duì)真實(shí)生活情境的思考，在此氛圍下，教師順勢(shì)開展“可變焦液體視力矯正眼鏡的設(shè)計(jì)與制作”跨學(xué)科假期實(shí)踐活動(dòng)，既滿足了學(xué)生的求知探索欲望，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)在驅(qū)動(dòng)力，又有利于學(xué)生對(duì)跨學(xué)科綜合知識(shí)的應(yīng)用，提升了學(xué)生解決問(wèn)題的創(chuàng)造力和工程思維能力。

2.2 活動(dòng)目標(biāo)

學(xué)生已經(jīng)了解眼睛的生物學(xué)構(gòu)造和視力缺陷的原因及矯正方法，理解視力矯正眼鏡的物理原理，并能夠依據(jù)所學(xué)知識(shí)，從實(shí)際生活情境出發(fā)，嘗試設(shè)計(jì)多種可變焦透鏡的方案，在假期里依照可行性方案進(jìn)行分組制作。在設(shè)計(jì)與制作的過(guò)程中，學(xué)生能夠逐漸形成科學(xué)態(tài)度、工程思維以及跨學(xué)科思考和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，同時(shí)，學(xué)生還能了解視力矯正的先進(jìn)技術(shù)手段，感受科技的力量，從而激發(fā)自身的物理情感和對(duì)物理的學(xué)習(xí)興趣，充分發(fā)揮物理學(xué)科的育人作用，提高學(xué)生物理核心素養(yǎng)，落實(shí)立德樹人的根本任務(wù)。

2.3 活動(dòng)方案

“可變焦液體視力矯正眼鏡的設(shè)計(jì)與制作”是以物理為主導(dǎo)學(xué)科展開的跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)。學(xué)生在活動(dòng)中首先搜集可變焦透鏡設(shè)計(jì)的相關(guān)資料，并與八年級(jí)物理課程中的“凸透鏡成像”相關(guān)知識(shí)相互印證，綜合運(yùn)用生物、勞動(dòng)技術(shù)、工程技術(shù)等學(xué)科知識(shí)，最終得到一種設(shè)計(jì)精巧、材料易得、制作簡(jiǎn)便的可變焦透鏡。教師在教室中組織成品展覽，邀請(qǐng)小組代表分享設(shè)計(jì)以及改進(jìn)過(guò)程，之后進(jìn)行應(yīng)用精度分析和評(píng)比活動(dòng)。最后，在“愛眼護(hù)眼對(duì)職業(yè)發(fā)展的幫助”活動(dòng)中，學(xué)生的思想得到了升華。

2.4 項(xiàng)目實(shí)施

本跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)內(nèi)容可劃分為假期前認(rèn)知、假期中探索、開學(xué)后展示三個(gè)部分，采取分組探究的形式。為充分發(fā)揮學(xué)生的奇思妙想，在保證安全和使用身邊常見材料的前提下不限制實(shí)物成果形狀和尺寸，學(xué)生假期可以在家或者學(xué)校STEAM教室進(jìn)行實(shí)踐活動(dòng)。整個(gè)流程可以概括為引、喚、激、滿、感、揭、提、拓八字并由以下四個(gè)活動(dòng)組成。

2.4.1 活動(dòng)一：了解前沿科技引發(fā)學(xué)生好奇心，真實(shí)問(wèn)題情境喚起學(xué)生求知欲

假期前，教師組織學(xué)生搜集整理可變焦透鏡相關(guān)高新技術(shù)成果，讓學(xué)生了解數(shù)碼和光學(xué)兩種變焦方案的優(yōu)劣，在喚起學(xué)生好奇心的同時(shí)，為同學(xué)們搭建起知識(shí)與情境相結(jié)合的橋梁。教師引導(dǎo)學(xué)生從工程師的角度思考鏡片變焦技術(shù)的迭代方向，組織學(xué)生進(jìn)行頭腦風(fēng)暴，在真實(shí)問(wèn)題情境中，利用前沿科技為同學(xué)們的求知欲和探索欲提供驅(qū)動(dòng)力。學(xué)生自然而然地從物理的光學(xué)知識(shí)以及生物學(xué)的眼睛工作原理中汲取靈感，提出可以設(shè)計(jì)制作一種通過(guò)改變內(nèi)部液體體積來(lái)引起透鏡表面發(fā)生形變，從而調(diào)節(jié)透鏡折射率的液體透鏡，以應(yīng)用于視力的動(dòng)態(tài)矯正中。在思維碰撞的過(guò)程中，教師讓學(xué)生嘗試用所學(xué)凸透鏡成像規(guī)律解釋液體透鏡的工作原理，并提出需要解決的潛在問(wèn)題，師生對(duì)問(wèn)題進(jìn)行梳理和凝練，最終確立研究的大方向，即如何設(shè)計(jì)并制作控制液態(tài)透鏡內(nèi)部液量的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。最后，教師提出具體要求：學(xué)生自主設(shè)計(jì)一個(gè)可以動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)焦距的液體透鏡，并邀請(qǐng)存在視力缺陷的同學(xué)和教師檢驗(yàn)產(chǎn)品并進(jìn)行優(yōu)化。

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生知道高科技設(shè)備制造的背后其實(shí)就是我們所學(xué)的物理原理，展示先進(jìn)技術(shù)既能打開學(xué)生的思路，為學(xué)生進(jìn)行本次跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)構(gòu)建知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，又能聯(lián)系生活實(shí)際，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造潛能。并且班級(jí)中近視人數(shù)較多，不同同學(xué)的近視程度也有所不同，部分教師還存在老花眼的問(wèn)題，這樣的情況可以引導(dǎo)同學(xué)們思考液態(tài)鏡片如何為視力缺陷人士矯正視力，以解決真實(shí)問(wèn)題。

2.4.2 活動(dòng)二：使用身邊材料激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造力，成果展示互評(píng)滿足學(xué)生表現(xiàn)欲

假期前，教師發(fā)布探究任務(wù)和檢驗(yàn)指標(biāo)，要求學(xué)生在真實(shí)情境下，以問(wèn)題為導(dǎo)向，以小組為單位，融合跨學(xué)科知識(shí)，巧借身邊材料和工具設(shè)計(jì)制作可變焦液體透鏡，透鏡需要滿足

以下條件：①成像清晰，可調(diào)節(jié)凹凸程度；②易攜帶，易操作，實(shí)用性強(qiáng)；③不漏液，可代替常規(guī)實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行凸透鏡成像規(guī)律探究。

假期中，教師借助網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)統(tǒng)計(jì)學(xué)生實(shí)踐完成度，對(duì)學(xué)生的成果進(jìn)行初步點(diǎn)評(píng)并給出建議，學(xué)生在最終展示前繼續(xù)優(yōu)化成果。

開學(xué)后，在展示課上，教師邀請(qǐng)各小組代表上臺(tái)展示成果，分享設(shè)計(jì)制作的心路歷程并著重介紹在產(chǎn)品優(yōu)化過(guò)程中遇到的問(wèn)題和對(duì)應(yīng)的解決方法。展示形式不限，最大程度地體現(xiàn)了課堂的包容性和開放性，充分體現(xiàn)了以學(xué)生為主體的理念。

此環(huán)節(jié)涌現(xiàn)出大量精巧的成果和有價(jià)值的問(wèn)題：行知組將塑料膜夾在圓柱形塑料禮品盒中間作為液體透鏡主體，注水密封后形成單面可形變的液體透鏡；求索組對(duì)PVC水管進(jìn)行裁切并組裝為雙面可形變結(jié)構(gòu)，其創(chuàng)新點(diǎn)在于采用膠水密封和鐵絲加固的雙重保障方式，值得一提的是小組成員還貼心地用鐵絲制作了透鏡支架以方便驗(yàn)證凸透鏡成像規(guī)律；沁竹組采用相對(duì)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定、易組裝的可拆卸三明治結(jié)構(gòu)水透鏡，水量少且易于調(diào)節(jié)的特點(diǎn)讓該組成為最終視力矯正環(huán)節(jié)的贏家。成果展示如圖1所示。課程設(shè)計(jì)緊密有序，踐行以學(xué)生為主體的教學(xué)思路，配合教師“課堂觀察量表”和學(xué)生“成果展示互評(píng)表”實(shí)現(xiàn)教學(xué)評(píng)一致性（見表3、表4）。通過(guò)對(duì)觀察量表中觀察維度的精心設(shè)計(jì)，我們能準(zhǔn)確、有效地收集學(xué)生在設(shè)計(jì)與制作過(guò)程中的實(shí)際收獲和現(xiàn)場(chǎng)學(xué)習(xí)情況等信息。

設(shè)計(jì)意圖：戴爾學(xué)習(xí)金字塔理論認(rèn)為，主動(dòng)式學(xué)習(xí)的保留效果明顯優(yōu)于被動(dòng)式學(xué)習(xí)。所有的物理概念、物理規(guī)律、實(shí)驗(yàn)技能都是發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的手段，教師需要設(shè)計(jì)課程讓學(xué)生經(jīng)歷概念、規(guī)律的誕生過(guò)程和使用過(guò)程，促使學(xué)生在創(chuàng)造中成長(zhǎng)。而本次實(shí)踐作業(yè)的小組式探究形式能夠在頭腦風(fēng)暴中激發(fā)組員的學(xué)習(xí)探究能力，能將物理知識(shí)與生產(chǎn)生活建立聯(lián)系，能有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，便于教師引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)。展示課上學(xué)生利用成果完成相關(guān)實(shí)踐探究，教師和學(xué)生依據(jù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)作品進(jìn)行最終評(píng)價(jià)。針對(duì)探究過(guò)程中遇到的問(wèn)題，學(xué)生主動(dòng)思考并提出解決方案。本環(huán)節(jié)充分體現(xiàn)項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的核心：激活學(xué)生的思維，讓學(xué)生在真實(shí)問(wèn)題的解決中發(fā)展思維。

2.4.3 活動(dòng)三：游戲化教學(xué)感受物理魅力，可視化證據(jù)揭開光線神秘面紗

教師輔助學(xué)生將液體透鏡固定在光具座上，通過(guò)液體透鏡觀察“F”形光源的清晰程度和液體透鏡調(diào)節(jié)流暢性來(lái)對(duì)變焦透鏡的性能進(jìn)行評(píng)比，隨后邀請(qǐng)班級(jí)內(nèi)近視的同學(xué)測(cè)試產(chǎn)品的近視矯正能力并依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，教師及時(shí)提醒學(xué)生總結(jié)反思過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題。在展示過(guò)程中，有同學(xué)提出疑問(wèn)：液體透鏡改變光路的過(guò)程是怎樣的？教師順?biāo)浦郏儐?wèn)學(xué)生如何讓光路可視化，以“看清”光路變化的過(guò)程。學(xué)生想到可以利用多束激光作為光源，但操作過(guò)程比較復(fù)雜且成本較高，此時(shí)教師提示學(xué)生回憶課本上介紹過(guò)的視覺(jué)暫存現(xiàn)象，讓一束激光轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，速度足夠快的情況下可觀察到視覺(jué)圖像，接下來(lái)教師利用自制教具對(duì)視力矯正過(guò)程進(jìn)行可視化模擬。光路可視化教具演示如圖2所示，將三根激光筆固定在兩個(gè)指尖陀螺的軸承處，利用橡皮筋進(jìn)行固定，旋轉(zhuǎn)指尖陀螺即可形成激光柱；利用PVC水管固定PE膜制作液體透鏡；在圓柱形透明亞克力收納桶內(nèi)充入煙霧，輔助呈現(xiàn)變化的光路。

2.4.4 活動(dòng)四：“失敗的實(shí)驗(yàn)”提升愛眼驅(qū)動(dòng)力，保護(hù)視力拓寬視野

教師在完成實(shí)驗(yàn)后故意設(shè)計(jì)將液體透鏡處于凸起程度較大的狀態(tài)，長(zhǎng)時(shí)間的突起使得橡皮模松弛而無(wú)法恢復(fù)，教師以此作為類比，眼部肌肉好比橡皮膜，如果長(zhǎng)期看近處且保持狀態(tài)不變，那么晶狀體就會(huì)鼓到某個(gè)程度不變化，長(zhǎng)此以往就會(huì)造成晶狀體失去彈性。當(dāng)我們有規(guī)律地調(diào)節(jié)液體透鏡內(nèi)的水量，橡皮膜也會(huì)有節(jié)奏地拉伸和松弛，在運(yùn)動(dòng)中保持彈性和活力，眼睛也一樣。教師隨后拋出問(wèn)題，請(qǐng)同學(xué)們自己思考如何保持眼部肌肉的活力。教師對(duì)學(xué)生的回答進(jìn)行總結(jié)：一是用眼時(shí)要控制物體到眼睛的距離；二是長(zhǎng)時(shí)間看近處時(shí)，需要間歇性遠(yuǎn)眺來(lái)避免睫狀肌失去活力，減緩視覺(jué)疲勞。

在展示課結(jié)束前，教師播放中央電視臺(tái)關(guān)注青少年視力健康的公益廣告，引發(fā)同學(xué)們對(duì)未來(lái)職業(yè)選擇和視力健康關(guān)系的思考，教師讓同學(xué)們?cè)谝暳ΡＷo(hù)卡上寫下自己的夢(mèng)想職業(yè)，以及該職業(yè)對(duì)視力的要求，讓同學(xué)們意識(shí)到愛眼護(hù)眼的重要性。

設(shè)計(jì)意圖：項(xiàng)目化學(xué)習(xí)使教學(xué)如春風(fēng)化雨，教師并非簡(jiǎn)單地說(shuō)教，而是引導(dǎo)學(xué)生自己去思考視力保護(hù)問(wèn)題，并總結(jié)視力保護(hù)方法。教學(xué)中要包含有價(jià)值、有意義的問(wèn)題，才能引發(fā)學(xué)生的深入思考，以達(dá)到認(rèn)同和共情的狀態(tài)。好的課堂設(shè)計(jì)要以提升學(xué)生能力和素養(yǎng)為落腳點(diǎn)，讓學(xué)生在思考中增加知識(shí)的跨度和深度，在思辨中獲得解決問(wèn)題的能力，從而達(dá)成“行是知之始，知是行之成”的升華，且讓學(xué)生擁有獲得感。

3 總結(jié)與反思

跨學(xué)科項(xiàng)目化實(shí)踐與作業(yè)設(shè)計(jì)的整合是一條落實(shí)新課標(biāo)育人要求的康莊大道，本研究提出了進(jìn)行初中物理跨學(xué)科項(xiàng)目實(shí)踐的路徑，并據(jù)此開發(fā)了“可變焦液體視力矯正眼鏡的設(shè)計(jì)和制作”案例，此案例基于對(duì)項(xiàng)目化學(xué)習(xí)理論的挖掘和對(duì)實(shí)踐性作業(yè)設(shè)計(jì)的探索，開發(fā)了具有跨學(xué)科性質(zhì)并有實(shí)際生活價(jià)值的項(xiàng)目，從假期前、假期中、開學(xué)后三個(gè)階段設(shè)計(jì)和組織實(shí)踐，以實(shí)物展示和匯報(bào)評(píng)比作為完成作業(yè)的標(biāo)志，實(shí)現(xiàn)了初中物理作業(yè)設(shè)計(jì)和跨學(xué)科項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的有機(jī)結(jié)合。

讓物理教學(xué)“活”起來(lái)的核心是實(shí)踐，是教師和學(xué)生基于真實(shí)問(wèn)題的實(shí)踐解決。在此過(guò)程中，教師要思考如何教給學(xué)生“活”知識(shí)。本次跨學(xué)科實(shí)踐設(shè)計(jì)就包含很多“活”元素：探究實(shí)驗(yàn)中，利用豐富多彩的成果展示活動(dòng)讓學(xué)生的氛圍活躍起來(lái)；用多指標(biāo)的學(xué)生組間成果互評(píng)表，讓學(xué)生的思維在評(píng)價(jià)與自我評(píng)價(jià)當(dāng)中活起來(lái)；用極具創(chuàng)意的實(shí)驗(yàn)讓一束激光活動(dòng)起來(lái)，讓成像原理變得活靈活現(xiàn)。學(xué)生在實(shí)踐探究過(guò)程中學(xué)會(huì)活學(xué)活用，最終師生攜手共進(jìn)，相互成就。

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