中學地理跨學科主題研學活動設(shè)計*
——以寧波四明山紅楓產(chǎn)業(yè)發(fā)展為例

周澤甬，宋艷齡

（寧波市春曉中學，浙江 寧波 315000）

《義務(wù)教育地理課程標準（2022 年版）》新增了跨學科主題學習內(nèi)容，體現(xiàn)了新時代育人方式的變革，有利于促進學生核心素養(yǎng)的發(fā)展。地理學是涵蓋自然和社會兩大學科領(lǐng)域的一門綜合性學科，新時代地理科學研究更是呈現(xiàn)出多學科交叉的特點。研學旅行課程作為一門綜合實踐類課程，應(yīng)力圖在真實情境中培養(yǎng)學生綜合運用知識解決問題的能力。地理學與研學旅行相結(jié)合的地理研學課程理應(yīng)是開展跨學科主題學習的一塊沃土。本文基于研學實踐活動課程案例，深入探究中學地理跨學科主題學習設(shè)計的內(nèi)在框架，有助于一線教師突破單一的教學邏輯，更快適應(yīng)跨學科主題的課程設(shè)計新思路。

一、跨學科研學主題選擇與目標設(shè)計

四明山是寧波市西部最重要的綠色生態(tài)屏障，素有“浙東大綠肺”和“寧波大水缸”之稱。四明山鎮(zhèn)作為全國最大的紅楓生產(chǎn)基地，2001年被農(nóng)業(yè)部命名為“中國紅楓之鄉(xiāng)”。

1.研學主題選擇

四明山以其典型的自然地理特征及頗具區(qū)域特色的鄉(xiāng)村經(jīng)濟發(fā)展模式，成為開展中學地理研學考察的優(yōu)質(zhì)區(qū)域。扎根鄉(xiāng)土地理的研學有助于深化學生對于家鄉(xiāng)的認同感，增強社會責任意識，樹立人與自然和諧共生的理念。選擇“四明山紅楓產(chǎn)業(yè)發(fā)展”為研學主題，研學小組圍繞主題開展野外綜合地理考察，對該區(qū)域的自然地理環(huán)境進行觀察、記錄和分析；并全面剖析四明山鎮(zhèn)發(fā)展成為中國紅楓之鄉(xiāng)的原因，學生需要思考地理各要素之間的內(nèi)在聯(lián)系，更需要整合多學科知識內(nèi)容，在真實情境中探究實踐問題，提出解決思路。此次研學活動的設(shè)置與多學科知識體系的交融能更深層地調(diào)動學生的主觀能動性，有助于核心素養(yǎng)的提升。

2.研學目標與思路

（1）確立學習目標

根據(jù)研學主題和區(qū)域?qū)嶋H，確定學習目標如表1所示。

表1 寧波四明山紅楓產(chǎn)業(yè)發(fā)展主題研學目標設(shè)計

（2）研學活動思路

本研學活動的開展主要建立在學生自主驅(qū)動和研學點可利用資源的基礎(chǔ)上，輔之導師適當?shù)囊龑АＷ鹬貙W生在野外所彰顯的好奇心及探索欲，充分發(fā)揮學生在實踐中的主觀能動性（圖1）。

圖1 主題研學活動思路

二、跨學科主題研學過程設(shè)計

地理研學野外實踐活動能夠引領(lǐng)學生走進自然課堂，讓學生在真實場景中探索問題，在運用不同學科的知識、方法或思維模式分析并解決復雜問題的過程中，逐漸成長為解決實際問題的創(chuàng)新型人才［1］。

1.組建研學小組

按照3～5人/組的標準，將參與本次研學活動的學生，自由組成若干個研學小組。研學小組將通過實地考察、實驗論證、走訪調(diào)查、交流研討、總結(jié)匯報等形式開展主題探究，在研學實踐中充分調(diào)動學生在真實情境中發(fā)現(xiàn)問題的熱情，以及培養(yǎng)學生多元化思考和解決問題的能力。

2.明確任務(wù)群

問題鏈與任務(wù)群設(shè)計如表2所示。

表2 寧波四明山紅楓產(chǎn)業(yè)發(fā)展研學任務(wù)群

3.研學考察實踐

（1）任務(wù)一：四明山鎮(zhèn)自然環(huán)境分析

活動過程：分析四明山鎮(zhèn)花木產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，首先要了解當?shù)刈匀画h(huán)境的特點。研學考察實踐中，在導師的引導下，研學小組積極運用不同類型的地理工具探尋當?shù)刈匀画h(huán)境各要素的特征。例如，利用手持氣象儀測量當日氣象要素、檢測河流水質(zhì)（總磷、氨氮測定試劑等），使用手機移動端的地理信息軟件收集當?shù)氐匦?、氣象等?shù)據(jù)（圖2）。研學小組通過野外的實地考察及查找相關(guān)資料，思考并總結(jié)四明山鎮(zhèn)自然環(huán)境與紅楓（雞爪槭）生長種植之間的關(guān)系（表3）。

圖2 利用地理工具開展自然環(huán)境考察

表3 研學小組匯總的四明山鎮(zhèn)自然環(huán)境特點

設(shè)計意圖：研學小組通過考察，歸納了四明山鎮(zhèn)周邊的自然環(huán)境概況，并與雞爪槭最適宜的生長環(huán)境做了橫向?qū)Ρ龋ū?）。通過對比分析，研學小組發(fā)現(xiàn)四明山鎮(zhèn)的自然環(huán)境的確較適宜雞爪槭的生長，從自然條件角度分析，四明山鎮(zhèn)能發(fā)展成為“中國紅楓之鄉(xiāng)”確實擁有得天獨厚的自然優(yōu)勢。

（2）任務(wù)二：解析紅壤的形成過程

活動過程：在研學點周邊，研學小組發(fā)現(xiàn)了典型的紅壤剖面，據(jù)此開展討論：雞爪槭適合種植在偏酸性的土壤中，四明山區(qū)的土壤多為山地紅壤和黃壤，為什么紅壤的pH 值會呈酸性？紅壤又是如何形成的？

中學地理日常教學中，常涉及紅壤相關(guān)內(nèi)容，但紅壤的具體成土過程和理化性質(zhì)卻講解得比較模糊，學生對于“紅壤pH值呈酸性”的知識學習僅停留在表層的識記，無法深入理解。此環(huán)節(jié)的設(shè)計參考了“利用化學方程式解析鐘乳石形成”的教學設(shè)計，通過大量土壤地理學相關(guān)文獻的查閱，發(fā)現(xiàn)能以正長石水解為例，解釋紅壤的成土過程（脫硅富鐵鋁化）。

水解作用是指水電解離出的H+對礦物的分解作用。以正長石（K2Al2Si6O16）水解為例［2］（下列化學方程式中的橫線部分為學生探究作答的內(nèi)容）。

第一步“脫鹽基階段”，氫離子交換出礦物中的鹽基離子形成可溶性鹽而被淋溶。

第二步“脫硅階段”，礦物中硅以游離硅酸形式被析出，并開始淋溶。

第三步“富鋁化階段”，風化殼中的鹽基徹底淋失，而且鋁硅酸鹽分解出的硅酸也大量淋失，氧化鋁（氧化鐵同理）殘積在土壤中。

研學小組通過化學方程式的解析發(fā)現(xiàn)，紅壤成土過程第一階段的土壤環(huán)境反而呈堿性或中性；隨著風化過程的繼續(xù)發(fā)展，鹽基離子（此方程式中為K+）和硅酸不斷被淋失，而致鋁氧化物產(chǎn)生明顯的富集。并且鋁離子與水電離出的氫氧根離子反應(yīng)生成氫氧化鋁留存在土層中（Al3++3H2O=Al（OH）3+3H+），使得氫氧根離子濃度減小，反之氫離子在水中的濃度相對于氫氧根而言更大，土壤環(huán)境最終呈現(xiàn)酸性。

含鐵元素的礦物分解出的鐵離子同樣經(jīng)水解作用形成氫氧化鐵凝膠，脫水后轉(zhuǎn)化為氧化鐵，三價鐵離子呈紅色，即為紅壤的主要顏色來源。

設(shè)計意圖：該任務(wù)設(shè)置為地理與化學的跨學科主題學習。研學小組通過觀察典型的紅壤剖面，從宏觀角度辨識土壤的成土過程；之后運用化學方程式進一步解析紅壤脫硅富鐵鋁化過程及理化性質(zhì)，從微觀層面探析紅壤“顏色”和“酸性”的由來。將地理研學的宏觀觀測與化學微觀解析相結(jié)合，培養(yǎng)學生綜合分析實際問題的能力。

（3）任務(wù)三：實驗驗證紅楓葉色的變化機制

通過實地觀察紅壤剖面，探究了紅壤的成土過程后，研學小組又有了這樣的疑問：紅楓為什么最適合種在像紅壤這類偏酸性的土壤中？帶著這樣的疑問，研學小組決定通過研究植物的生長機制來一探究竟。此環(huán)節(jié)將通過生物實驗的方式，來驗證：①雞爪槭葉片呈色機制；②花青素在不同酸堿環(huán)境中的顏色變化。

生物實驗一：雞爪槭葉片中色素的提取與分離（紙層析法）。

四明山種植的雞爪槭種類多為日本紅楓的各類園藝培育品種，研學小組選取了生長健壯的雞爪槭上不同生長階段的三類葉片（雞爪槭葉片的生長呈現(xiàn)由初葉期的鮮紅逐漸變綠再變紫紅的過程）開展實驗［3］。

學生實驗操作過程：根據(jù)親脂性強的成分隨流動相移動速度快的原理，利用紙層析法對雞爪槭葉片中的色素進行提取和分離。三個研學小組各負責一類葉片的實驗操作，每組實驗重復三次。在實驗中觀察：①濾紙條上色素是如何分離的？②色素帶中最寬/最窄的分別是什么色素并分析其原因。

通過實驗，研學小組發(fā)現(xiàn)，有四種色素會隨層析液在濾紙上擴散，分別呈橙黃色、淺黃色、藍綠色和黃綠色，還有一種偏紅色的色素則未發(fā)生擴散。經(jīng)過研學導師的講解和資料的查閱，確定濾紙上擴散的色素分別為：胡蘿卜素（橙黃色）和葉黃素（淺黃色）、葉綠素a（藍綠色）、葉綠素b（黃綠色）、花青素（紅色）。由于葉綠體中的色素屬于脂溶性色素，不溶于水但易溶于有機溶劑，故可利用石油醚等（層析液的主要成分）進行提取，而花青素屬于水溶性的色素，反而不易發(fā)生擴散。

表4是對三類葉片色素分離情況的匯總，經(jīng)對比分析后發(fā)現(xiàn)，初葉期葉片花青素明顯可見，而葉綠體色素含量均較低；綠葉期葉片花青素幾乎不可見，而葉綠體色素，尤其是葉綠素a 的含量很高；紅葉期葉片花青素明顯可見，而葉綠體色素含量適中。

表4 雞爪槭葉片色素分離情況

研學小組初步推斷雞爪槭葉片的顯色主要受花青素與葉綠素二者的比值所影響。初葉期花青素占據(jù)主導，故葉片呈亮紅色；綠葉期花青素含量極少，而葉綠素大量積累，故葉片呈綠色；紅葉期花青素和葉綠素均占有一定的比重，故葉片呈紫紅色［4］（且根據(jù)色彩的調(diào)和規(guī)律，花青素應(yīng)占主導地位）。

生物實驗二：花青素變色實驗。

第一個實驗驗證了花青素是雞爪槭呈現(xiàn)紅色的最主要因素，那么酸性土壤環(huán)境對于花青素的顯色是否有影響？研學小組又進行了第二個生物實驗。因野外研學實驗設(shè)備不足，雞爪槭葉片研磨提取液制備量較少，不滿足實驗需求，故選用其他富含花青素的物質(zhì)（黑枸杞或純紫甘藍粉）進行替代實驗。

學生實驗操作過程：首先，在蒸餾水中分別加入檸檬酸、食用白醋、小蘇打、蘇打和熟石灰，制成溶液，并利用筆式pH 檢測計分別測量各溶液的pH 值。其次，在五個試管中分別加入相同容量的花青素溶液，再分別滴入這些不同酸堿度的溶液，每次滴加1 滴管，觀察花青素溶液顏色變化情況。

通過實驗發(fā)現(xiàn)，花青素在不同的pH 條件下會呈現(xiàn)出不同的顏色，其中酸性環(huán)境呈現(xiàn)偏紅的色彩（表5）。

表5 花青素在不同酸堿環(huán)境下的顏色變化

研學小組初步推斷微酸性或中性土壤促進雞爪槭葉片的呈色（紅色），堿性土壤則抑制呈色。通過兩個生物實驗的實際操作，學生能夠深入理解紅楓葉片顯色的原理，理性分析出紅楓種植在偏酸性土壤（當?shù)貫榧t壤）中，有利于葉片呈現(xiàn)出紅色系的艷麗色彩，能為紅楓（觀賞類經(jīng)濟作物）帶來更大的觀賞價值和經(jīng)濟效益。

設(shè)計意圖：上述實驗設(shè)置為地理與生物的跨學科主題學習。兩項生物實驗將紅楓葉片顏色的變化機制具象化地加以呈現(xiàn)。學生通過實踐得出實驗結(jié)論，為研學中的實際問題探究帶來理性的分析和判斷，踐行了地理實踐力與科學探究（生物學科核心素養(yǎng)）的素養(yǎng)目標。

（4）任務(wù)四：花木產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展探究

活動過程：以紅楓等園藝景觀樹種栽培為核心的花木產(chǎn)業(yè)，是四明山鎮(zhèn)的支柱產(chǎn)業(yè)之一，但花木產(chǎn)業(yè)過度的發(fā)展破壞了當?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境。針對此問題，研學小組在唐田村（四明山鎮(zhèn)最大的花木生產(chǎn)基地）走訪了當?shù)貜氖禄井a(chǎn)業(yè)的農(nóng)民和商戶，向他們了解近些年政府對于花木產(chǎn)業(yè)政策的調(diào)整，以及生產(chǎn)經(jīng)營所發(fā)生的變化，嘗試通過政策的解讀提出幾項合理化的建議。

通過采訪、交談，以及余姚市人民政府公開政策文件的查閱，發(fā)現(xiàn)自十八大將生態(tài)文明建設(shè)納入中國特色社會主義事業(yè)五位一體總體布局后，當?shù)卣陀幸庾R地對毀林開墾開展專項整治，在禁止開墾區(qū)內(nèi)落實生態(tài)修復措施，逐步實行退苗還林，通過政策引導、資金扶持、基地建設(shè)、品牌培育等途徑，逐步引導農(nóng)民加快花木產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。據(jù)此，研學小組繪制了四明山鎮(zhèn)花木產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的思維導圖（圖3），并結(jié)合實地調(diào)查的情況，提出可以引導農(nóng)民試種藍莓、獼猴桃、香榧等高經(jīng)濟附加值的作物，實現(xiàn)農(nóng)戶轉(zhuǎn)型不減收。

圖3 學生繪制的思維導圖

設(shè)計意圖：該任務(wù)設(shè)置為地理與政治的跨學科主題學習。學生通過實地走訪調(diào)查，充分認識協(xié)調(diào)人地關(guān)系、推動人與自然和諧共生的重要性，并為四明山花木產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展建言獻策，堅定不移地支持經(jīng)濟建設(shè)與生態(tài)文明建設(shè)相結(jié)合，培養(yǎng)學生公共參與意識（政治學科核心素養(yǎng)）和人地協(xié)調(diào)觀。

三、結(jié)語

總結(jié)和評價是研學考察的必要環(huán)節(jié)，本次研學課程采用小組匯報答辯的方式進行評價。這種形式既加強了成員間的合作與探究，也培養(yǎng)了學生組織溝通、資料收集、課件制作、演講口才等多維度綜合性的能力，更是研學過程性評價的一種有效體現(xiàn)。

經(jīng)過研學實踐探索，學生發(fā)現(xiàn)在真實的社會生活中，現(xiàn)實問題不是割裂的，難以用單一學科的知識體系破解疑問。真實情境下，任務(wù)導向型的活動探究最大程度地激發(fā)了學生的求知欲與探索欲，圍繞“四明山紅楓產(chǎn)業(yè)發(fā)展”主題，研學小組結(jié)合多學科的知識與方法，嘗試從多元化的視角，融會貫通地分析思考。利用化學方程式和生物實驗，驗證了自然地理要素間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)。通過政策解讀和走訪調(diào)查，對花木產(chǎn)業(yè)升級轉(zhuǎn)型提出合理性建議，增強社會責任意識，樹立人與自然和諧共生的理念。

本次研學活動在真實環(huán)境中探索跨學科主題學習的實踐路徑。學生走出課堂，在真實的自然、社會環(huán)境中，自主地發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，這正是研學實踐和跨學科主題學習的價值所在。教師更多擔任引導者的角色，指引、幫助學生開展項目學習。但同時，此類課程在設(shè)計、組織與開展環(huán)節(jié)，無疑對教師的專業(yè)素養(yǎng)和跨學科思維提出了更高的要求，組建多學科的專業(yè)教師團隊，進行跨學科課程內(nèi)容整合與設(shè)計，都是后續(xù)課程建設(shè)與研究的重要目標。▲