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

李宇煒 馮 爽 (北京師范大學(xué)附屬實(shí)驗(yàn)中學(xué) 100032 北京教育學(xué)院 100120)

在物理課程中開(kāi)展跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng),分析解決與日常生活、工程實(shí)踐、社會(huì)發(fā)展等有關(guān)的問(wèn)題,可以培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng),促進(jìn)各學(xué)科知識(shí)相互關(guān)聯(lián)。社會(huì)性科學(xué)議題是社會(huì)生活中與科學(xué)、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、道德及價(jià)值觀相關(guān)的問(wèn)題,這些問(wèn)題既是科學(xué)問(wèn)題也是社會(huì)問(wèn)題,不同的文化背景、立場(chǎng)方法和價(jià)值取向等均有可能影響到對(duì)此類問(wèn)題的解決方式。

基于社會(huì)性科學(xué)議題開(kāi)展物理跨學(xué)科實(shí)踐課程,制定與學(xué)生認(rèn)識(shí)水平和素養(yǎng)發(fā)展相匹配的教學(xué)目標(biāo),鼓勵(lì)學(xué)生完成挑戰(zhàn)性學(xué)習(xí)任務(wù),對(duì)學(xué)習(xí)效果進(jìn)行多元評(píng)價(jià),可以引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注身邊真實(shí)存在的問(wèn)題,發(fā)展科學(xué)探究能力,培養(yǎng)批判性思維,強(qiáng)化社會(huì)責(zé)任感,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)立德樹(shù)人的根本任務(wù)。

一、跨學(xué)科實(shí)踐課程中選擇社會(huì)性科學(xué)議題的原則

結(jié)合跨學(xué)科實(shí)踐課程的特點(diǎn),社會(huì)性科學(xué)議題可以從綜合性、真實(shí)性、應(yīng)用性三個(gè)原則出發(fā)來(lái)選擇合適的研究問(wèn)題。綜合性指研究問(wèn)題與多個(gè)學(xué)科知識(shí)相互關(guān)聯(lián),這是跨學(xué)科課程的基本特征,學(xué)生在綜合運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)解決問(wèn)題的過(guò)程中會(huì)促進(jìn)各種的知識(shí)關(guān)聯(lián)整合,形成結(jié)構(gòu)化的知識(shí)體系。真實(shí)性指的是選取學(xué)生身邊真實(shí)存在的、熟悉的問(wèn)題作為研究主題,引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注生活、關(guān)注社會(huì),學(xué)會(huì)在真實(shí)情境中思考和解決問(wèn)題。應(yīng)用性指研究問(wèn)題對(duì)個(gè)體生活和社會(huì)發(fā)展影響較大、有較強(qiáng)實(shí)際意義和應(yīng)用價(jià)值,學(xué)生嘗試解決此類問(wèn)題可以幫助他們學(xué)會(huì)進(jìn)行價(jià)值判斷,將更多的精力聚焦于重要而緊迫的問(wèn)題。

以“霧霾的危害、防護(hù)與治理”這節(jié)課為例,霧霾是一種常見(jiàn)的高污染、災(zāi)害性的天氣現(xiàn)象,隨著工業(yè)化、城市化的進(jìn)程,霧霾天氣頻發(fā)且愈加嚴(yán)重,給人們的身心健康帶來(lái)了巨大傷害,對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展也造成了諸多負(fù)面影響。霧霾的形成、危害與物理、數(shù)學(xué)、化學(xué)、生物、地理、工程經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等多個(gè)學(xué)科知識(shí)相關(guān),防護(hù)和治理霧霾需要綜合應(yīng)用各種手段相互配合、協(xié)同推進(jìn),才能在不影響社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展大局的前提下取得成效。霧霾發(fā)生在學(xué)生身邊,他們對(duì)霧霾的影響和危害有著切身的感受,選擇霧霾的危害、防護(hù)與治理作為研究主題,有利于學(xué)生全面了解與霧霾有關(guān)的知識(shí),科學(xué)認(rèn)識(shí)霧霾的危害,以更加積極的態(tài)度參與到環(huán)境保護(hù)和污染治理中去。

二、以培養(yǎng)物理學(xué)科核心素養(yǎng)為重點(diǎn)確定教學(xué)目標(biāo)

基于社會(huì)性科學(xué)議題開(kāi)展跨學(xué)科實(shí)踐,需要緊緊圍繞培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)這一目標(biāo)展開(kāi)。在《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017 年版2020 年修訂)》《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2022年版)》中提出物理課程要培養(yǎng)學(xué)生物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和科學(xué)態(tài)度四個(gè)方面的核心素養(yǎng)?！读x務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2022年版)》把跨學(xué)科實(shí)踐列為物理課程內(nèi)容的五大主題之一,提出學(xué)生能用物理及其他學(xué)科知識(shí)解釋與健康、安全有關(guān)的日常生活問(wèn)題,初步具有運(yùn)用跨學(xué)科知識(shí)解決簡(jiǎn)單問(wèn)題的能力,具有促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展的社會(huì)責(zé)任感。教師在制定教學(xué)目標(biāo)時(shí),要強(qiáng)化培養(yǎng)物理學(xué)科核心素養(yǎng),將學(xué)科間相互關(guān)聯(lián)的知識(shí)、方法納入學(xué)習(xí)目標(biāo),提高學(xué)生在科學(xué)探究活動(dòng)中的證據(jù)意識(shí)和利用科學(xué)思維方法解決問(wèn)題的能力,培育科學(xué)精神和社會(huì)責(zé)任感。

圍繞培養(yǎng)物理學(xué)科核心素養(yǎng)和跨學(xué)科實(shí)踐能力,“霧霾的危害、防護(hù)與治理”這節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)設(shè)定如下:

教學(xué)目標(biāo)物理觀念(1)了解霧和霾的組成和基本特性,了解重力作用與無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)對(duì)霧霾顆粒空間分布的影響(2)了解“靜風(fēng)”與“逆溫”現(xiàn)象產(chǎn)生原因,理解節(jié)能環(huán)保與減少霧霾發(fā)生的相互關(guān)系(3)能綜合運(yùn)用物理及其他學(xué)科知識(shí)解釋與霧霾相關(guān)的問(wèn)題,初步具有運(yùn)用多個(gè)學(xué)科的知識(shí)解決社會(huì)性跨學(xué)科問(wèn)題的能力物理學(xué)科核心素養(yǎng)科學(xué)思維(1)能建構(gòu)霧霾顆粒模型,嘗試?yán)梦锢砗蛿?shù)學(xué)知識(shí)推證霧霾粒子在重力和熱運(yùn)動(dòng)作用下的空間分布規(guī)律,綜合運(yùn)用物理、地理等知識(shí)分析推理空氣活動(dòng)減弱的原因(2)能對(duì)如何提高口罩熔噴布的過(guò)濾效率提出自己的看法,能基于證據(jù)說(shuō)明靜電除塵的科學(xué)原理(3)能利用歸納或演繹的方法對(duì)跨學(xué)科問(wèn)題進(jìn)行推理并獲得結(jié)論,能對(duì)如何解決霧霾問(wèn)題進(jìn)行獨(dú)立思考,并提出自己的見(jiàn)解科學(xué)探究(1)能在對(duì)霧霾現(xiàn)象認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上,結(jié)合物理和其他學(xué)科知識(shí)有針對(duì)性地提出可供探究的問(wèn)題(2)調(diào)查了解防護(hù)霧霾的方法,設(shè)計(jì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證,會(huì)觀察現(xiàn)象獲取證據(jù),有安全意識(shí)(3)能對(duì)跨學(xué)科實(shí)踐方案、實(shí)施過(guò)程及結(jié)果進(jìn)行解釋,能與同伴交流合作,評(píng)估改進(jìn)與霧霾研究相關(guān)的實(shí)驗(yàn)方法,并撰寫(xiě)簡(jiǎn)單的研究報(bào)告科學(xué)態(tài)度與責(zé)任(1)通過(guò)對(duì)霧霾問(wèn)題的研究,認(rèn)識(shí)到解決霧霾問(wèn)題的必要性和緊迫性,理解環(huán)境問(wèn)題與個(gè)體健康和社會(huì)發(fā)展的相互影響(2)通過(guò)對(duì)霧霾產(chǎn)生原因的分析,體會(huì)綜合運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)認(rèn)識(shí)客觀世界的方法和途徑,自覺(jué)用科學(xué)的態(tài)度分析和解決問(wèn)題(3)通過(guò)探尋治理霧霾的方式和手段,體會(huì)物理學(xué)對(duì)人類生活、經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展的影響,培養(yǎng)促進(jìn)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的責(zé)任感

三、以促進(jìn)自主研究為核心的課前學(xué)習(xí)指導(dǎo)

跨學(xué)科實(shí)踐課程涉及的學(xué)科多、知識(shí)廣度大,學(xué)生對(duì)綜合運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)解決問(wèn)題的方法掌握有限,對(duì)社會(huì)性科學(xué)議題的理解還會(huì)受到學(xué)生已有價(jià)值觀和認(rèn)識(shí)水平的影響。同時(shí)課堂教學(xué)時(shí)間有限,學(xué)生學(xué)習(xí)和研究活動(dòng)無(wú)法全部在課堂中完成。因此,利用課余時(shí)間鼓勵(lì)學(xué)生開(kāi)展自主研究是跨學(xué)科實(shí)踐課程的重要環(huán)節(jié)。

1.提前明確研究主題,指導(dǎo)學(xué)生分解主題并選擇自主研究方向。

在教師向?qū)W生公布本次跨學(xué)科實(shí)踐的主題后,可以指導(dǎo)學(xué)生將研究主題進(jìn)一步細(xì)化為一級(jí)主題和二級(jí)主題,使研究問(wèn)題具體化,引導(dǎo)學(xué)生將精力聚焦于自己感興趣的問(wèn)題。

“霧霾的危害、防護(hù)與治理”這節(jié)課的一、二級(jí)主題劃分如下表:

一級(jí)主題 二級(jí)主題(1)霧霾的形成及特點(diǎn)(物理、化學(xué)、地理、氣候)(2)霧霾對(duì)人體的危害及其作用機(jī)理(生物、物理)(3)霧霾給社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)的負(fù)面影響(經(jīng)濟(jì)、社會(huì))二、霧霾的防護(hù)一、霧霾的危害(1)個(gè)人防護(hù)方法與原理(物理、生物)(2)群體防護(hù)方法與原理(物理、環(huán)境)三、霧霾的治理(1)霧霾的成分、主要來(lái)源及空間分布特點(diǎn)(化學(xué)、工程、物理、數(shù)學(xué))(2)霧霾的治理手段及其原理(化學(xué)、物理、環(huán)境、工程)

2.指導(dǎo)學(xué)生以個(gè)體或小組的形式通過(guò)觀察、查閱、檢索、歸納、假設(shè)等方式獲取問(wèn)題的相關(guān)信息,建立起對(duì)研究問(wèn)題的初步認(rèn)識(shí)。

3.指導(dǎo)學(xué)生結(jié)合物理和其他學(xué)科知識(shí),對(duì)研究問(wèn)題進(jìn)行分析推理,必要時(shí)可以設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證自己的猜想,對(duì)如何解決問(wèn)題提出自己的看法。

4.指導(dǎo)學(xué)生撰寫(xiě)研究報(bào)告,對(duì)問(wèn)題做出科學(xué)解釋,提出解決方案。

學(xué)生提交的研究報(bào)告可以作為課堂上師生共同研究的素材,教師組織學(xué)生通過(guò)展示、匯報(bào)、質(zhì)疑、答辯等方式對(duì)課前研究中存在疑問(wèn)的問(wèn)題進(jìn)行交流討論,形成思維碰撞,促進(jìn)自我反思,提升認(rèn)識(shí)水平。

學(xué)生提交的部分研究報(bào)告如圖所示:

四、以提升科學(xué)思維和社會(huì)責(zé)任意識(shí)為重點(diǎn)的課堂教學(xué)設(shè)計(jì)

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)要突出學(xué)生的主體地位,通過(guò)一系列的研究任務(wù)和實(shí)踐活動(dòng)提升學(xué)生的科學(xué)思維水平和社會(huì)責(zé)任意識(shí)。

1.課程基本框架

教師在教學(xué)中提取學(xué)生自主研究報(bào)告中的關(guān)鍵信息和重要結(jié)論作為課堂交流討論的素材,通過(guò)設(shè)問(wèn)、反問(wèn)、追問(wèn)等方式推動(dòng)師生間、生生間形成思維碰撞,鼓勵(lì)學(xué)生追尋問(wèn)題本質(zhì),生成解決方案。課程基本框架如下圖所示:

2.課堂教學(xué)策略

為了順利推進(jìn)課堂教學(xué)進(jìn)程,教師需要事先了解學(xué)生與研究主題相關(guān)知識(shí)的掌握情況,在課堂活動(dòng)中引導(dǎo)學(xué)生給自己的結(jié)論和解決方案尋找證據(jù)和理論支持,適時(shí)進(jìn)行換位思考,學(xué)會(huì)用不同立場(chǎng)和視角去分析問(wèn)題。教師要精心創(chuàng)設(shè)情境、設(shè)計(jì)任務(wù)和安排活動(dòng),擔(dān)任好引導(dǎo)和組織者的角色,在學(xué)生碰到困難時(shí)適時(shí)介入并協(xié)助他們突破困難。

與各個(gè)教學(xué)要素對(duì)應(yīng)的教學(xué)策略見(jiàn)下表:

要素 教學(xué)策略情境創(chuàng)設(shè) 通過(guò)展示研究報(bào)告、海報(bào)、照片、視頻、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)等方式,將學(xué)生帶入到真實(shí)情境中活動(dòng)設(shè)計(jì)立足于物理學(xué)科與其他學(xué)科的關(guān)聯(lián),將跨學(xué)科實(shí)踐課題分解為若干驅(qū)動(dòng)性任務(wù),以研討、推理、實(shí)驗(yàn)、交流等方式開(kāi)展學(xué)習(xí)活動(dòng)教師角色將課前研究報(bào)告轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源,通過(guò)師生對(duì)話、生生交流引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)、深入思考,在學(xué)生研究遇到困難時(shí)給予適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)難點(diǎn)突破處理好知識(shí)建構(gòu)與應(yīng)用的關(guān)系,及時(shí)呈現(xiàn)學(xué)習(xí)成果,教學(xué)過(guò)程中的起承轉(zhuǎn)合依托學(xué)生研究成果展開(kāi),及時(shí)肯定學(xué)生的獨(dú)創(chuàng)性思維

3.課堂教學(xué)環(huán)節(jié)與活動(dòng)設(shè)計(jì)

教學(xué)流程設(shè)計(jì)要遵循“從知識(shí)建構(gòu)到認(rèn)識(shí)深化,從實(shí)踐應(yīng)用到解決問(wèn)題”的思路,將核心問(wèn)題分解為若干具體問(wèn)題,配以適當(dāng)?shù)那榫场⑷蝿?wù)和活動(dòng),采用問(wèn)題驅(qū)動(dòng)的方式展開(kāi)研究。

圍繞“霧霾的危害、防護(hù)與治理”這一主題,可設(shè)計(jì)如下課堂教學(xué)過(guò)程:

教學(xué)過(guò)程教學(xué)階段 教師活動(dòng) 學(xué)生活動(dòng) 設(shè)計(jì)意圖引入:提出研究問(wèn)題images/BZ_41_1207_807_1575_1024.png情境:霧霾天氣場(chǎng)景展示:材料1:《北京市生態(tài)環(huán)境狀況公報(bào)》——2021年空氣質(zhì)量首次全面達(dá)標(biāo)材料2:霧霾發(fā)生時(shí)的場(chǎng)景材料3:央視節(jié)目《空氣污染:健康的首要?dú)⑹帧酚懻?圍繞霧霾我們可以 研 究 哪 些問(wèn)題創(chuàng)設(shè)情境,體會(huì)研究霧霾問(wèn)題必要性情境:霧霾天氣場(chǎng)景材料:北京地區(qū)PM2.5來(lái)源示意圖環(huán)節(jié)一:霧霾的形成與特點(diǎn)研究(知識(shí)建構(gòu))images/BZ_41_891_1266_1175_1485.png問(wèn)題1:什么是霧霾,如何描述霧霾顆粒的大小問(wèn)題2:形成霧霾的原因有哪些問(wèn)題3:什么原因?qū)е驴諝饣顒?dòng)減弱問(wèn)題4:霧霾顆粒在空中是如何分布的問(wèn)題5:如何進(jìn)行霧霾顆?？臻g分布的模擬演示實(shí)驗(yàn)討論1:什么是霧霾? 形成霧霾的原因是什么討論2:霧霾顆粒在空中是如何分布的1.建構(gòu)關(guān)于霧霾的基本知識(shí),嘗試從多學(xué)科角度分析2.體驗(yàn)理論分析和實(shí)驗(yàn)探究相結(jié)合的研究方法情境:PM2.5對(duì)人體的危害海報(bào)情境:高壓輸電中的“污閃”現(xiàn)象環(huán)節(jié)二:霧霾的危害研究(認(rèn)識(shí)深化)images/BZ_41_700_1907_880_2224.pngimages/BZ_41_955_1930_1365_2224.png問(wèn)題1:霧霾對(duì)人體會(huì)帶來(lái)哪些危害問(wèn)題2:霧霾為什么會(huì)導(dǎo)致近地層紫外線減弱問(wèn)題3:霧霾會(huì)給社會(huì)經(jīng)濟(jì)帶來(lái)哪些負(fù)面影響問(wèn)題4:觀看視頻、分析討論:霧霾對(duì)高壓輸電會(huì)有什么危害討論1:霧霾給人的健康帶來(lái)哪些影響討論2:霧霾給社會(huì)經(jīng)濟(jì)會(huì)帶來(lái)哪些負(fù)面影響1.引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)自主學(xué)習(xí)補(bǔ)充跨學(xué)科知識(shí)2.體驗(yàn)用物理知識(shí)分析和解決社會(huì)性科學(xué)問(wèn)題情境1:霧霾天佩戴口罩情境2:靜電除塵演示實(shí)驗(yàn)視頻環(huán)節(jié)三:霧霾的防護(hù)研究(實(shí)踐應(yīng)用)images/BZ_41_645_2593_1421_2812.png問(wèn)題1:如何在霧霾天氣做好個(gè)人防護(hù)問(wèn)題2:口罩的過(guò)濾原理是怎樣的問(wèn)題3:公共場(chǎng)所如何去除霧霾顆粒問(wèn)題4:高壓靜電空氣凈化器的原理是怎樣的討論1:口罩的過(guò)濾原理是怎樣的討論2:高壓靜電空氣凈化器的原理是怎樣的1.通過(guò)科學(xué)推理分析靜電在口罩過(guò)濾霧霾微粒時(shí)所起的作用2.通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究,理解高壓靜電空氣凈化器的工作原理

五、關(guān)注研究過(guò)程和學(xué)習(xí)狀態(tài)的多元評(píng)價(jià)方式

跨學(xué)科實(shí)踐課程具有自主性、綜合性、開(kāi)放性的特征,得到正確的結(jié)果并非此類課程的唯一目標(biāo),因此不適宜采用定量化、結(jié)果導(dǎo)向的評(píng)價(jià)方式。要以質(zhì)性評(píng)價(jià)為主,采用多元評(píng)價(jià)方式,將學(xué)生在自主研究中的主動(dòng)學(xué)習(xí)狀態(tài)、思維參與程度、知識(shí)的結(jié)構(gòu)化程度、解決問(wèn)題的能力、研究成果的規(guī)范性和科學(xué)價(jià)值、在研究過(guò)程中表現(xiàn)出的社會(huì)責(zé)任意識(shí)和家國(guó)情懷等作為評(píng)價(jià)要素,用過(guò)程性評(píng)價(jià)引導(dǎo)學(xué)生自主改進(jìn)。

跨學(xué)科實(shí)踐評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)樣例如下表:

評(píng)價(jià)內(nèi)容 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 得分學(xué)習(xí)主動(dòng)性(20分)能在課前按要求展開(kāi)自主研究,課堂上積極參與討論,與其他同學(xué)合作學(xué)習(xí)研究能力(30分)能以多學(xué)科視角對(duì)研究問(wèn)題進(jìn)行分析推理、科學(xué)探究,能對(duì)現(xiàn)象和事實(shí)做出科學(xué)解釋,對(duì)解決問(wèn)題有自己獨(dú)特的見(jiàn)解研究成果(30分)能在課前開(kāi)展初步研究并提交課題研究報(bào)告,課后能對(duì)研究報(bào)告進(jìn)行調(diào)整改進(jìn),研究報(bào)告具有一定的科學(xué)性和規(guī)范性社會(huì)責(zé)任意識(shí)(20分)具有一定的辯證思考和價(jià)值判斷能力,在解決社會(huì)性科學(xué)議題過(guò)程中表現(xiàn)出責(zé)任擔(dān)當(dāng)和主動(dòng)精神

社會(huì)生活中的真實(shí)問(wèn)題往往涉及多個(gè)學(xué)科的知識(shí)方法,依托社會(huì)性科學(xué)議題開(kāi)展跨學(xué)科實(shí)踐是培養(yǎng)學(xué)生自主研究能力、系統(tǒng)思維和社會(huì)責(zé)任感的重要途徑。選題時(shí)要關(guān)注問(wèn)題的綜合性、真實(shí)性、應(yīng)用性,通過(guò)開(kāi)展實(shí)踐性、研究性學(xué)習(xí)活動(dòng),引導(dǎo)學(xué)生掌握科學(xué)研究的基本方法,提升解決復(fù)雜社會(huì)性科學(xué)問(wèn)題的能力。