“雙驅(qū)動”式初中物理跨學(xué)科實踐初探①
——以“室內(nèi)植物展臺的設(shè)計與制作”為例

張 蓉 姜垚伶

(南京師范大學(xué)附屬中學(xué)樹人學(xué)校,江蘇 南京 210000)

1 引言

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2022年版)》在課程內(nèi)容的一級主題中新增了“跨學(xué)科實踐”,占總課時的10%。但是,目前的相關(guān)研究較為單薄,尚未形成完整的理論體系及實踐方案。很多教師在嘗試跨學(xué)科實踐教學(xué)的過程中會感到困惑:如何找到不同學(xué)科的融合點?如何讓跨學(xué)科實踐和現(xiàn)有課程實現(xiàn)有效鏈接?

筆者所在學(xué)校承擔(dān)了江蘇省基礎(chǔ)教育前瞻性教學(xué)改革項目,并于2022年2月開展了系列跨學(xué)科實踐活動,筆者在“室內(nèi)植物展臺的設(shè)計與制作”的教學(xué)實踐中,采用以問題解決為活動驅(qū)動和以問題鏈為思維驅(qū)動的模式,培養(yǎng)學(xué)生的跨學(xué)科知識應(yīng)用的能力、分析和解決問題的綜合能力、動手操作的實踐能力。

2 設(shè)計思路

在跨學(xué)科實踐的教學(xué)中,應(yīng)創(chuàng)設(shè)具有綜合性、實踐性和開放性的真實問題情境,引導(dǎo)學(xué)生運用多學(xué)科知識和方法解決問題,不斷提升學(xué)生的問題解決能力和實踐創(chuàng)新能力。筆者在教學(xué)設(shè)計中先不刻意尋找學(xué)科融合點,而是采用了以問題解決為活動驅(qū)動和以問題鏈為思維驅(qū)動的模式來設(shè)計教學(xué)過程。

2.1 以問題解決為活動驅(qū)動開展教學(xué)

筆者將問題解決分為4個階段:(1) 呈現(xiàn)問題情景,為學(xué)生創(chuàng)設(shè)真實的問題情境。(2) 明確問題的目標(biāo)和已知條件。(3) 填補空隙,這是解決問題過程的核心。此時問題解決者必須調(diào)動認(rèn)知結(jié)構(gòu)中與當(dāng)前問題相關(guān)的認(rèn)知,運用問題解決策略以使已知條件和目標(biāo)之間的空隙得以填補。(4) 檢查推理有無錯誤,填補空隙的途徑是否最為簡捷等。

2.2 以問題鏈為思維驅(qū)動開展教學(xué)

在教學(xué)過程中設(shè)置層層遞進(jìn)、富有思維含量的問題鏈,為跨學(xué)科實踐注入靈魂,促進(jìn)知識的跨學(xué)科遷移和整合,不斷提高學(xué)生的技術(shù)素養(yǎng)、工程素養(yǎng)和動手操作能力。

基于雙驅(qū)動模式,筆者將本活動分為以下6個環(huán)節(jié):發(fā)現(xiàn)問題和提出問題、制定評價標(biāo)準(zhǔn)、植物展臺的設(shè)計、植物展臺制作、植物群匹配、展示交流和評價,在各個環(huán)節(jié)穿插有梯度的問題鏈。

3 教學(xué)設(shè)計

3.1 發(fā)現(xiàn)和提出問題

問題的發(fā)現(xiàn)和提出需要有真實的情境為支撐,因此筆者在課前深入學(xué)生家中,對其進(jìn)行視頻采訪及參觀拍攝家中綠植,并提出以下問題:

(1) 家中有哪些綠植?為什么選擇它們?

(2) 在養(yǎng)護(hù)過程中遇到過哪些問題?嘗試用過什么方法解決?

(3) 家里的綠植分布有不足嗎?如果有,如何改進(jìn)呢?

通過播放采訪視頻,引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)并提出任務(wù):要想集中打理綠植,打造出好看的家庭一角,需要設(shè)計、制作一個室內(nèi)植物展臺。

3.2 展臺評價標(biāo)準(zhǔn)

在該環(huán)節(jié),引導(dǎo)學(xué)生討論:一個好的植物展臺應(yīng)該具備哪些功能?為后續(xù)的展臺設(shè)計提供方向,為評價提供依據(jù)。學(xué)生提出的室內(nèi)植物展臺的評價標(biāo)準(zhǔn)是:結(jié)實耐用、材料抗?jié)穹栏?、展臺布局符合植物的生態(tài)要求、環(huán)保無污染、物美價廉等。

3.3 植物展臺設(shè)計

請學(xué)生基于評價標(biāo)準(zhǔn)嘗試構(gòu)畫展臺的設(shè)計圖(圖1、圖2)。待初稿完成后,組織學(xué)生討論:在設(shè)計中你遇到了哪些困難?學(xué)生遇到的最大困難是:如何使得展臺更加穩(wěn)定?

圖1

為解決這個問題,可將其拆分為遞進(jìn)的一串問題:

(1)其他條件一樣,外形高窄和矮寬的展臺哪個更穩(wěn)定?

(2) 架子腿的朝向不同(圖3),哪個展臺更穩(wěn)定?

(3) 對圖3的架子腿還可怎么處理,使它更穩(wěn)定?

對于這個問題學(xué)生會想到可以連接各個架子腿,而其中最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4

(4) 如何設(shè)計多層展臺?如上層展臺面積不同(圖5、圖6),哪個展臺更穩(wěn)定?

圖5

圖6

(5) 對于圖5中的結(jié)構(gòu)有沒有改進(jìn)的方法?

學(xué)生會提到增加下層材料的質(zhì)量。

(6) 優(yōu)化背后的物理原理是什么?

請學(xué)生根據(jù)討論結(jié)果,再修改、優(yōu)化設(shè)計稿。

設(shè)計意圖:先引導(dǎo)學(xué)生在設(shè)計過程中發(fā)現(xiàn)并提出有意義的問題,然后再將大的穩(wěn)定性問題拆分為一串小問題,使學(xué)生聯(lián)想到“穩(wěn)定性和重心高低的關(guān)系”的相關(guān)知識,考查學(xué)生的日常觀察能力,增強學(xué)生的技術(shù)和工程素養(yǎng),體現(xiàn)“從生活走向物理,從物理走向社會”的課程理念。

3.4 植物展臺的制作

3.4.1 初步制作

這一環(huán)節(jié)耗時較長,需要在課后組織學(xué)生到工作室完成(圖7),在此過程中教師要給予學(xué)生具體的指導(dǎo)。在測量、切割、組裝、打磨和刷漆環(huán)節(jié)中,提高學(xué)生的動手操作能力和團(tuán)隊協(xié)作能力。

圖7

3.4.2 討論優(yōu)化

待學(xué)生制作完成后,提出室內(nèi)植物展臺投入家中使用后將面臨的一些實際問題:

(1) 要把展臺放在木制地板上,如何避免木地板下陷留下印記?

(2) 若展臺較輕,展臺腳放在瓷磚上,怎么避免打滑?

(3) 如何使展臺的使用壽命更長?你使用的材料具有抗?jié)穹栏δ軉?

在考慮以上問題時,學(xué)生自然會調(diào)用到相關(guān)的物理知識,如增大受力面積或減小壓力可以減小壓強,增大接觸面的粗糙程度可以增大摩擦力。對于問題(3),學(xué)生可以通過搜索網(wǎng)絡(luò)資源,查找防水防腐的材料,找尋改進(jìn)的方法,如涂防水漆、加防水布等,以培養(yǎng)學(xué)生搜索資料和自學(xué)的能力,待討論后,再請學(xué)生去反思、優(yōu)化自己的作品,讓其感受到學(xué)習(xí)的持續(xù)性和實用性。

設(shè)計意圖:引導(dǎo)學(xué)生運用跨學(xué)科知識解決問題,通過團(tuán)隊合作,完成實物搭建及美化裝飾,培養(yǎng)學(xué)生的合作能力、工程素養(yǎng)、審美能力。

3.5 植物群的選擇

向?qū)W生提供多種植物和相關(guān)介紹材料,讓學(xué)生閱讀和討論,從中選出適合自己展臺的植物并且放置在展臺上,再討論以下問題:

(1) 為什么展臺一般不放在臥室?

(2) 你們選擇了哪些植物?為什么選擇它們?應(yīng)分別放在何處?

問題(2)除了考查學(xué)生的生物學(xué)知識外,更側(cè)重于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)整合能力,學(xué)生需要了解植物的習(xí)性,根據(jù)自己展臺的結(jié)構(gòu)選出合適的植物,放在合適的位置。

3.6 展示、交流、評價

每組上臺來介紹、展示自己的展臺(圖8),其他小組對其進(jìn)行提問、評價。

甲組介紹了他們的植物展臺,一人模擬買家,一人模擬賣家,“那一抹綠色是滿墻的生機”的話語打動了所有的同學(xué)。其他同學(xué)理性地評析他們展臺的材料、結(jié)構(gòu)、功能,用“三角形結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定”這樣具有依據(jù)的論點說服了大家。乙組的創(chuàng)意較為新穎,由他們的展臺衍生出“養(yǎng)幾株植物的全套定制方案”,帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行頭腦風(fēng)暴。丙組從展臺的文學(xué)內(nèi)涵出發(fā),引用《木字旁的人生》一文中的話語來介紹他們作品的立意:“木字旁的人生,是自由生長,是萬籟俱寂,因為草木不爭,萬物祥和。”其他同學(xué)也提出了一些質(zhì)疑,大家在互相交流中進(jìn)行反思和優(yōu)化。最后,學(xué)生根據(jù)評價標(biāo)準(zhǔn)對自己小組和他組的作品進(jìn)行評價。

設(shè)計意圖:這個環(huán)節(jié)旨在引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會準(zhǔn)確表達(dá)自己的觀點,培養(yǎng)他們的反思、總結(jié)與評價能力。

4 結(jié)語

在設(shè)計跨學(xué)科實踐活動時,不必過度追求學(xué)科內(nèi)容的深度融合,應(yīng)該著眼于引導(dǎo)學(xué)生解決問題,在大的問題方向確定后,以問題解決為活動驅(qū)動進(jìn)行環(huán)節(jié)設(shè)計,以問題鏈為思維驅(qū)動來細(xì)化各個環(huán)節(jié),力求在解決問題的過程中讓學(xué)生聯(lián)系已學(xué)的各科知識,潛移默化地培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。