跨學(xué)科融合教學(xué) 促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)

摘 要：“視力的缺陷與矯正”是蘇科版初中物理八年級(jí)上冊(cè)第四章第四節(jié)中的重點(diǎn)內(nèi)容，具有很強(qiáng)的跨學(xué)科融合屬性。本文以“視力的缺陷與矯正”教具改進(jìn)為例，探討跨學(xué)科融合理念在常態(tài)課中的滲透。

關(guān)鍵詞：跨學(xué)科；深度學(xué)習(xí)；視力的缺陷；矯正

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡(jiǎn)稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)“核心素養(yǎng)”，加強(qiáng)理論聯(lián)系實(shí)際，凸顯物理實(shí)驗(yàn)整體設(shè)計(jì)，關(guān)注跨學(xué)科滲透?！墩n程標(biāo)準(zhǔn)》在課程內(nèi)容板塊中增加了“跨學(xué)科實(shí)踐”這一主題。［1］在常態(tài)課中滲透跨學(xué)科融合理念，促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)是課堂教學(xué)應(yīng)該嘗試與實(shí)踐的重點(diǎn)。

1 跨學(xué)科融合創(chuàng)設(shè)真實(shí)的問(wèn)題情境促使學(xué)生的深度學(xué)習(xí)一次偶然的機(jī)會(huì)，筆者在醫(yī)院墻上看到關(guān)于近視成因的宣傳畫(huà)，這才意識(shí)到以往在教授“視力的缺陷與矯正”這一內(nèi)容時(shí)，更多地是從本學(xué)科的知識(shí)角度思考如何讓學(xué)生理解和掌握凸透鏡成像規(guī)律，卻忽略了這一內(nèi)容與生物學(xué)、醫(yī)學(xué)的密切聯(lián)系。在講授視力缺陷時(shí)，過(guò)分強(qiáng)調(diào)近視或遠(yuǎn)視的成因主要是晶狀體的彎曲度太大或太小，這導(dǎo)致學(xué)生甚至形成“患近視眼就不會(huì)患老花眼”這類的錯(cuò)誤認(rèn)知。

教師在教授跨學(xué)科內(nèi)容時(shí)往往會(huì)因?yàn)檫^(guò)多關(guān)注本學(xué)科的知識(shí)而忽略了問(wèn)題的本質(zhì)。因此，在進(jìn)行跨學(xué)科融合內(nèi)容的教學(xué)之前，教師要先“跨出”本學(xué)科知識(shí)的視野，從問(wèn)題的本源出發(fā)進(jìn)行思考和教學(xué)設(shè)計(jì)。教師的率先“跨出”才能引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行“真探究”和解決“真問(wèn)題”。只有進(jìn)行“真探究”和解決“真問(wèn)題”，才能促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)，發(fā)展學(xué)生跨學(xué)科應(yīng)用知識(shí)的能力、分析和解決問(wèn)題的綜合能力以及動(dòng)手操作的實(shí)踐能力。這有助于培養(yǎng)學(xué)生積極認(rèn)真的學(xué)習(xí)態(tài)度和樂(lè)于實(shí)踐、敢于創(chuàng)新的精神，提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。

事實(shí)上，根據(jù)成因，近視可分為屈光性近視和軸性近視兩類。屈光性近視是指眼軸長(zhǎng)度在正常范圍內(nèi)，但由于眼球屈光系統(tǒng)（包括角膜、房水、晶狀體及玻璃體）的屈光力（光在界面的偏折程度）較大，導(dǎo)致遠(yuǎn)處物體的像落在視網(wǎng)膜前方。軸性近視是指眼球的屈光系統(tǒng)基本正常，但由于眼軸變長(zhǎng)，導(dǎo)致遠(yuǎn)處物體的像落在視網(wǎng)膜前方。在近視人群中，有90%以上為軸性近視。軸性近視也是青少年近視的主要類型。蘇科版物理教材中雖然沒(méi)有提到軸性近視的概念，但在教材的插圖中，近視眼的眼軸被畫(huà)得明顯長(zhǎng)于遠(yuǎn)視眼的眼軸。［2］學(xué)生在初中生物課中也學(xué)習(xí)了相關(guān)知識(shí)，生物學(xué)教材中指出：“如果眼球的前后徑過(guò)長(zhǎng)或晶狀體的凸度過(guò)大，使遠(yuǎn)處來(lái)的光線形成的物像落在視網(wǎng)膜的前方，因而看不清遠(yuǎn)處的物體，這樣的眼叫作近視眼。”此外蘇教版生物學(xué)教材中對(duì)假性近視也進(jìn)行了介紹。［3］

2 聯(lián)系生活實(shí)際進(jìn)行跨學(xué)科融合促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)跨學(xué)科融合除了要“跨出”本學(xué)科知識(shí)的視野，更重要的是要把物理學(xué)科的知識(shí)與日常生活、工程技術(shù)、社會(huì)發(fā)展等主題結(jié)合起來(lái)，從而綜合分析和具體解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題?？鐚W(xué)科實(shí)踐的內(nèi)容必須是真實(shí)的物理情景，貼近學(xué)生的生活實(shí)際，能夠豐富學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)。“視力的缺陷與矯正”這一內(nèi)容與學(xué)生的日常生活息息相關(guān)，由于班級(jí)中有半數(shù)以上的學(xué)生有視力缺陷，教師在進(jìn)行這一內(nèi)容的教學(xué)時(shí)，應(yīng)從實(shí)際出發(fā)，帶領(lǐng)學(xué)生一起探討青少年近視的主要原因，而不是只關(guān)注晶狀體部分，忽略了問(wèn)題的核心。

基于這一認(rèn)知，筆者自制了如圖1所示的教具。該教具用水透鏡模擬晶狀體，用兩個(gè)挖了孔的亞克力透明半球（如圖2所示）套上襪子模擬眼球的其他部分，從球的后側(cè)可以觀察到“視網(wǎng)膜”上的成像情況（如圖3所示）。使用襪子套住球體是因?yàn)橐m子有伸縮性，這樣可以模擬眼軸逐漸變長(zhǎng)時(shí)視網(wǎng)膜上的成像情況。在進(jìn)行“視力的缺陷與矯正”的教學(xué)中，教師用這套教具可以依次完成以下五個(gè)實(shí)驗(yàn)。

2.1 模擬正常眼球的成像情況

通過(guò)注射器向水透鏡內(nèi)注入或抽出水的方式來(lái)模擬睫狀肌對(duì)晶狀體的調(diào)節(jié)作用。在動(dòng)態(tài)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，觀察物體由遠(yuǎn)處靠近時(shí)，晶狀體的彎曲度不斷增大，像始終可以成在視網(wǎng)膜上。在注射器上標(biāo)兩條刻度線來(lái)表示睫狀肌的可調(diào)范圍，也就是說(shuō)，注射器的活塞只能在這兩條刻度線之間移動(dòng)。同樣，光具座上也對(duì)應(yīng)地標(biāo)兩條刻度線，以表示是正常眼球可看清“F”光源的范圍。借助這套器材，教師可以形象地把眼睛的成像情況與凸透鏡成像的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行類比。進(jìn)一步的演示可以讓學(xué)生對(duì)比眼睛成像的情況與凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)情況的不同，直觀地理解人眼是通過(guò)調(diào)節(jié)睫狀肌的松緊來(lái)改變晶狀體的彎曲度，即改變凸透鏡的焦距，使遠(yuǎn)近不同的物體都能在視網(wǎng)膜上成像，進(jìn)而明白人眼看遠(yuǎn)處物體時(shí)晶狀體彎曲度較小，看近處物體時(shí)晶狀體的彎曲度較大。

2.2 模擬假性近視的成像情況

首先，將“F”光源移至光具座上離水透鏡較近的刻度線處，調(diào)節(jié)注射器的活塞至前一道刻度線處，使視網(wǎng)膜上有清晰的像，此時(shí)模擬的是看近處物體時(shí)睫狀肌收縮使晶狀體的彎曲度較大的情況；接著，將“F”光源移至離水透鏡較遠(yuǎn)的那條刻度線處，模擬長(zhǎng)時(shí)間近距離用眼使睫狀肌痙攣的情況，即此時(shí)注射器的活塞無(wú)法調(diào)至后一道刻度線處，看遠(yuǎn)處物體時(shí)晶狀體的彎曲度依然較大，像會(huì)成在視網(wǎng)膜前方。這一演示實(shí)驗(yàn)可以說(shuō)明假性近視的產(chǎn)生原因，并指出如不加以控制和調(diào)整，假性近視會(huì)發(fā)展為真性近視。此處還可以補(bǔ)充介紹醫(yī)院驗(yàn)光時(shí)為什么要采用散瞳驗(yàn)光（散瞳驗(yàn)光又稱為睫狀肌麻痹驗(yàn)光）。這是因?yàn)樯⑼?yàn)光能夠放松因眼肌長(zhǎng)時(shí)間的過(guò)度緊張而產(chǎn)生的疲勞，從而得到眼睛真正的屈光狀態(tài)。這一情境非常貼近學(xué)生的生活實(shí)際，容易引起學(xué)生的共鳴，可以使學(xué)生更好地理解假性近視的成因。

2.3 模擬軸性近視的成像情況及其矯正

軸性近視是青少年近視的主要類型。自制的眼球模型是由兩個(gè)透明的半球組成，球外套的襪子有一定的伸縮性，因此可用其來(lái)模擬眼軸變長(zhǎng)后的成像情況。首先，將“F”光源放置在光具座上距水透鏡較遠(yuǎn)的那條刻度線處，再通過(guò)調(diào)節(jié)注射器使得“視網(wǎng)膜”上的像變清晰，此時(shí)注射器的活塞正好位于后方的那條刻度線處（如圖4所示）；接著，將“眼軸”拉長(zhǎng)，發(fā)現(xiàn)“視網(wǎng)膜”上的像變模糊了。通過(guò)這一演示實(shí)驗(yàn)，學(xué)生很容易理解軸性近視是由于眼軸變長(zhǎng)，使遠(yuǎn)處物體的像成在了視網(wǎng)膜前方。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生根據(jù)直觀的演示現(xiàn)象和透鏡對(duì)光線的作用，能夠順利地推理得出需要用凹透鏡進(jìn)行矯正這一結(jié)論。在學(xué)生分析推理后，教師再演示用合適的凹透鏡矯正使視網(wǎng)膜上的像變清晰的過(guò)程。為了使實(shí)驗(yàn)更貼近生活實(shí)際，這一過(guò)程特地選用驗(yàn)光配鏡所用的插片式眼鏡片來(lái)進(jìn)行模擬演示。

隨后，教師進(jìn)一步演示當(dāng)眼軸繼續(xù)變長(zhǎng)后需要用度數(shù)更大的近視眼鏡來(lái)進(jìn)行矯正，從而說(shuō)明青少年的軸性近視是發(fā)展性的，近視的度數(shù)會(huì)隨眼軸的不斷變長(zhǎng)而增加。眼軸每增加1毫米，近視度數(shù)會(huì)增加約300度，人類的近視度數(shù)通常在18歲以后才趨于穩(wěn)定。這一實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生了解軸性近視，了解自己近視的原因，知道眼軸一旦變長(zhǎng)就無(wú)法恢復(fù)，明白近視的過(guò)程是不可逆的。教師可呼吁學(xué)生養(yǎng)成科學(xué)合理的用眼習(xí)慣、愛(ài)護(hù)眼睛、保護(hù)視力。

2.4 模擬遠(yuǎn)視的成像情況及其矯正

遠(yuǎn)視的主要成因與近視相反，通常包括眼軸過(guò)短、角膜彎曲度不夠或晶狀體屈光力減弱等。為了模擬軸性遠(yuǎn)視眼的成像情況，先在光具座上安裝正常直徑的“眼球”，將“F”光源放置在光具座上距水透鏡較近的刻度線處，再通過(guò)調(diào)節(jié)注射器使得“視網(wǎng)膜”上的像變清晰，此時(shí)注射器的活塞應(yīng)正好位于前方的刻度線處；再用直徑較小的“眼球”替換正常直徑的“眼球”，會(huì)發(fā)現(xiàn)“視網(wǎng)膜”上的像變模糊了。用適合的凸透鏡放在水透鏡前可讓“視網(wǎng)膜”上再次呈現(xiàn)清晰的像。教學(xué)中可以先讓學(xué)生用類比和逆向思維推理軸性遠(yuǎn)視眼的成像情況和矯正方法，再讓學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證他們的推理結(jié)果。

2.5 模擬近視眼疊加老花眼的情況

由于老花眼需要戴凸透鏡進(jìn)行矯正，近視眼需要戴凹透鏡進(jìn)行矯正，因此很多人就會(huì)產(chǎn)生“患近視眼就不會(huì)患老花眼”的錯(cuò)誤認(rèn)知。教師可以在課堂最后提出這種錯(cuò)誤認(rèn)知，讓學(xué)生在課后通過(guò)查閱資料了解老花眼的成因，并結(jié)合課堂上對(duì)近視眼的成因及矯正方法的探究，來(lái)綜合分析近視眼會(huì)不會(huì)得老花眼。老花眼是由于年齡的增長(zhǎng)導(dǎo)致睫狀肌的功能減退和晶狀體的彈性減弱。因此，當(dāng)老花眼看近處物體時(shí)晶狀體的彎曲度不夠，像會(huì)成在視網(wǎng)膜后，需要戴凸透鏡進(jìn)行矯正。由于軸性近視的眼軸比正常眼球要長(zhǎng)，因此近視的人看近處物體時(shí)，其晶狀體的彎曲度相對(duì)正常眼睛要小，所以近視的人的老花癥狀出現(xiàn)的會(huì)相對(duì)遲一些，程度也會(huì)較輕。但軸性近視的人得了老花眼后依然看不清遠(yuǎn)處的物體。這是因?yàn)檠圯S過(guò)長(zhǎng)，即使晶狀體彎曲度調(diào)節(jié)后，像仍成在視網(wǎng)膜前，他們?nèi)孕枰靼纪哥R矯正。學(xué)生在調(diào)查研究后，可以用這套器材設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)模擬近視眼疊加老花眼的情況。

這五個(gè)實(shí)驗(yàn)層層遞進(jìn)，且都與生活實(shí)際緊密聯(lián)系。學(xué)生通過(guò)探究和實(shí)踐，建立起對(duì)“視力的缺陷與矯正”的理解；再通過(guò)對(duì)“近視眼會(huì)不會(huì)得老花眼”這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行深入思考和分析，將知識(shí)內(nèi)化為自己的認(rèn)知結(jié)構(gòu)的一部分。這一系列活動(dòng)構(gòu)成了學(xué)生深度學(xué)習(xí)的過(guò)程。

3 回歸本學(xué)科知識(shí)領(lǐng)域的跨學(xué)科融合促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)跨學(xué)科融合教學(xué)所選的內(nèi)容本身應(yīng)該是跨學(xué)科的，但是學(xué)習(xí)的過(guò)程仍應(yīng)該是立足于物理學(xué)，應(yīng)用所學(xué)的物理概念、規(guī)律與方法去解決“跨學(xué)科”的問(wèn)題。

在“視力的缺陷與矯正”這一內(nèi)容的教學(xué)設(shè)計(jì)中，教師“跨出”本學(xué)科的視野，從生物學(xué)與醫(yī)學(xué)的角度對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行深入的研究，然后梳理出能用本章知識(shí)解釋的相關(guān)內(nèi)容，并將其簡(jiǎn)化成符合初中生認(rèn)知、適合初中生探究的內(nèi)容。在教學(xué)設(shè)計(jì)中，教師并沒(méi)有帶領(lǐng)學(xué)生探討近視分類、眼睛的屈光系統(tǒng)這類問(wèn)題，而是主要圍繞軸性近視這種視力缺陷展開(kāi)探究。在教學(xué)過(guò)程中，從正常眼睛的成像情況到假性近視成因的解釋，都是為探究軸性近視及其矯正做鋪墊的。軸性遠(yuǎn)視則是在上述基礎(chǔ)上的知識(shí)遷移。這一系列問(wèn)題的設(shè)計(jì)，便于學(xué)生從凸透鏡的成像規(guī)律出發(fā)進(jìn)行分析和論證軸性近視的成像情況和矯正方法。

在學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生先應(yīng)用已有知識(shí)分析推理，再通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)M驗(yàn)證。通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以直觀地看到眼軸變長(zhǎng)后視網(wǎng)膜上的像變模糊、戴上合適的凹透鏡后視網(wǎng)膜上的像變清晰以及眼軸進(jìn)一步變長(zhǎng)后導(dǎo)致近視加重的過(guò)程。理論和實(shí)驗(yàn)的結(jié)合使得學(xué)生把生物課所學(xué)的知識(shí)運(yùn)用到物理中來(lái)，讓學(xué)生從物理學(xué)的角度對(duì)近視眼的成因有了更深刻的認(rèn)識(shí)，并意識(shí)到近視的發(fā)展性和不可逆性，從而增強(qiáng)了愛(ài)護(hù)眼睛、保護(hù)視力的意識(shí)。除了課堂中的跨學(xué)科學(xué)習(xí)，教師還布置了課后的研究任務(wù)——近視眼會(huì)得老花眼嗎？學(xué)生對(duì)這一問(wèn)題的探索，撼動(dòng)了學(xué)生原有的錯(cuò)誤觀念，進(jìn)一步加深了學(xué)生對(duì)課堂內(nèi)容的理解。

整個(gè)教學(xué)設(shè)計(jì)在內(nèi)容跨學(xué)科的基礎(chǔ)上始終圍繞物理問(wèn)題展開(kāi)，讓其他學(xué)科的知識(shí)服務(wù)于物理學(xué)科。這種設(shè)計(jì)并不是在原課程基礎(chǔ)上增加一塊新的內(nèi)容，而是與主題教學(xué)進(jìn)行了融合。在跨學(xué)科融合教學(xué)中既應(yīng)用了已有知識(shí)，也建構(gòu)了新知識(shí)。教師除了關(guān)注知識(shí)的跨學(xué)科融合外，更應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維和科學(xué)探究能力，在應(yīng)用知識(shí)、解決問(wèn)題的過(guò)程中，切實(shí)促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)。

《課程標(biāo)準(zhǔn)》中“跨學(xué)科實(shí)踐”的主題對(duì)教師、對(duì)教學(xué)設(shè)計(jì)都提出了更高的要求。教師不僅要更加深入地研讀《課程標(biāo)準(zhǔn)》和教材，更要“跨出”教材、“跨出”學(xué)科進(jìn)行跨學(xué)科融合教學(xué)的研究和思考。同時(shí)，在進(jìn)行跨學(xué)科實(shí)踐的教學(xué)設(shè)計(jì)中，更重要的是“走進(jìn)”生活，“回歸”物理學(xué)科本身，始終以物理為中心，使得學(xué)生能夠真正進(jìn)行深度學(xué)習(xí)。

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