基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的跨學(xué)科實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)研究

摘 要：跨學(xué)科實(shí)踐與項(xiàng)目式學(xué)習(xí)均強(qiáng)調(diào)綜合運(yùn)用多學(xué)科知識解決真實(shí)問題?；诳鐚W(xué)科實(shí)踐和項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的理念，以“聲與光”為核心內(nèi)容，融合生物、化學(xué)、美術(shù)和工程等學(xué)科，從項(xiàng)目設(shè)計(jì)、項(xiàng)目細(xì)化、項(xiàng)目實(shí)施和評價(jià)與反思四個(gè)方面展開，建立以“制作放大檢耳鏡”為例的跨學(xué)科實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)框架，促進(jìn)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的提升。

關(guān)鍵詞：跨學(xué)科實(shí)踐；教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施；項(xiàng)目式學(xué)習(xí)；聲與光

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2024）11-0090-6

跨學(xué)科實(shí)踐是新一輪義務(wù)教育物理課程改革的重要內(nèi)容?！读x務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（２０２２年版）》（以下簡稱“新課標(biāo)”）的課程內(nèi)容中增設(shè)了“跨學(xué)科實(shí)踐”一級主題，要求“設(shè)立跨學(xué)科主題活動(dòng)，加強(qiáng)學(xué)科間相互關(guān)聯(lián)”［１］。跨學(xué)科教學(xué)的核心在于真實(shí)的問題情境，旨在解決真實(shí)問題的過程中培養(yǎng)學(xué)生的問題解決能力，弱化分科教學(xué)帶來的學(xué)生知識碎片化、解決實(shí)際問題能力不強(qiáng)和知識遷移度較低等問題［2］。我國初中物理跨學(xué)科實(shí)踐通常以物理學(xué)科為起點(diǎn)和終點(diǎn)，以任務(wù)、議題為設(shè)計(jì)形式，發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)［3］，但目前我國基礎(chǔ)教育改革中跨學(xué)科課程教學(xué)的實(shí)施在理論和實(shí)踐之間存在落差［4］?？鐚W(xué)科主題學(xué)習(xí)與項(xiàng)目式學(xué)習(xí)有類似之處，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是對復(fù)雜、真實(shí)問題的探究過程，也是精心設(shè)計(jì)項(xiàng)目作品、規(guī)劃和實(shí)施項(xiàng)目任務(wù)的過程［5］，而跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)同樣強(qiáng)調(diào)真實(shí)問題的解決和產(chǎn)品的制作。有鑒于此，研究基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，以“制作放大檢耳鏡”為項(xiàng)目主題，設(shè)置驅(qū)動(dòng)性任務(wù)并對其細(xì)化，設(shè)計(jì)初中物理跨學(xué)科實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)框架。

１ 項(xiàng)目設(shè)計(jì)

“放大檢耳鏡”作為醫(yī)用器具，融合了多學(xué)科的特征，讓學(xué)生自己動(dòng)手制作，不僅能加深學(xué)生對相關(guān)物理原理的理解，還能讓學(xué)生從學(xué)科整合的視角來審視現(xiàn)實(shí)中的真實(shí)問題，激發(fā)學(xué)生的好奇心和創(chuàng)造力，增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力。

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)以問題和情境實(shí)現(xiàn)任務(wù)驅(qū)動(dòng)，基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的跨學(xué)科教學(xué)涉及的知識具有跨學(xué)科的特點(diǎn)，任務(wù)也較為綜合，強(qiáng)調(diào)明確項(xiàng)目式主題并細(xì)化驅(qū)動(dòng)性任務(wù)，引導(dǎo)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的展開［6］。研究選擇新課標(biāo)一級主題“運(yùn)動(dòng)和相互作用”下的二級主題“聲和光”，綜合生物、美術(shù)、工程、醫(yī)學(xué)等學(xué)科，以“制作放大檢耳鏡”為項(xiàng)目主題，設(shè)計(jì)側(cè)重點(diǎn)不同的“知識遷移”“產(chǎn)品設(shè)計(jì)”“價(jià)值引領(lǐng)”“合作與交流”四個(gè)驅(qū)動(dòng)性任務(wù)，構(gòu)建初中物理跨學(xué)科實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)框架，項(xiàng)目主題與驅(qū)動(dòng)性任務(wù)如圖 １所示。

２ 項(xiàng)目細(xì)化

依據(jù)驅(qū)動(dòng)性任務(wù)和新課標(biāo)要求，將項(xiàng)目細(xì)化，如表 １所示。

２．１ 知識遷移：科學(xué)與生產(chǎn)生活的聯(lián)系

通過“聽力檢測報(bào)告”設(shè)置本節(jié)課的主線情境，教師引導(dǎo)學(xué)生利用“聲音的特性”的知識對生活中的問題進(jìn)行知識識別、關(guān)聯(lián)，自主讀圖解決問題，鍛煉學(xué)生的數(shù)據(jù)收集、處理能力和知識遷移能力。學(xué)生在觀察圖片的基礎(chǔ)上對癥狀進(jìn)行歸納分類，結(jié)合跨學(xué)科知識對“耳聾”原因提出大膽猜測，模擬現(xiàn)實(shí)生活中解決問題的思路，深化學(xué)生對學(xué)科和跨學(xué)科知識的掌握，鍛煉學(xué)生的觀察、歸納和推理能力。

２．２ 產(chǎn)品設(shè)計(jì)：制作“放大檢耳鏡”

通過觀察和思考一連串的驅(qū)動(dòng)性問題，讓學(xué)生自己探索并意識到檢耳鏡中蘊(yùn)含的光學(xué)原理，鍛煉學(xué)生的觀察和動(dòng)手能力，同時(shí)讓學(xué)生了解檢耳鏡作為一個(gè)工程產(chǎn)品，既要求美觀，又講求功能，還要使用便捷。引導(dǎo)學(xué)生查找材料的性質(zhì)，自主分工、設(shè)計(jì)、制作檢耳鏡和說明書，使每個(gè)學(xué)生都參與到教學(xué)之中，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手和統(tǒng)籌能力。

２．３ 價(jià)值引領(lǐng)：科學(xué)的魅力

學(xué)生通過對醫(yī)療工程產(chǎn)品的分析與制造，結(jié)合“聲與光”的知識，思考并總結(jié)物理學(xué)對日常生活、工程實(shí)踐和社會(huì)發(fā)展的意義，同時(shí)意識到科技是一把雙刃劍，在日常生活中要合理運(yùn)用科技，并向?qū)W生滲透職業(yè)規(guī)劃意識。

２．４ 合作與交流：研究成果展示

小組代表利用小組成員擅長的方式展示放大檢耳鏡，向其他同學(xué)分享設(shè)計(jì)思路、難點(diǎn)以及創(chuàng)新點(diǎn)等，并從科學(xué)、工程、藝術(shù)的角度完成組內(nèi)自評和互評，向?qū)W生滲透科學(xué)共同體、同行評議的觀念。

３ 項(xiàng)目實(shí)施

３．１ 知識遷移：科學(xué)與生產(chǎn)生活的聯(lián)系

任務(wù)１：分析聲音在人耳中的傳播。

教師活動(dòng)：按小組分發(fā)人耳模型。教師通過多媒體展示多份不同患者的“聽力檢測報(bào)告”，示例如圖 ２所示，向?qū)W生介紹聽力檢測的流程和原理（聽力檢測名為“純音聽閾測定”，患者需要戴上耳機(jī)，待在隔音房中，耳機(jī)會(huì)向患者播放多種頻率固定但分貝不同的聲音，來判斷患者目前在不同頻率下能夠聽到的最小分貝，從而測定患者的聽力水平），并提出問題。

驅(qū)動(dòng)性問題１：觀察人耳模型，結(jié)合相關(guān)知識，小組討論并向大家介紹患者是如何聽到耳機(jī)中的聲音的？（聲音在人耳中如何傳播）

驅(qū)動(dòng)性問題２：聽力檢測過程涉及了哪些物理知識？

驅(qū)動(dòng)性問題３：觀察圖片的橫縱坐標(biāo)，解釋圖片所呈現(xiàn)的物理意義，描述患者目前的聽力狀況。

學(xué)生活動(dòng)：①通過觀察人耳模型，在已經(jīng)學(xué)習(xí)的“人耳的結(jié)構(gòu)和功能”以及“聲音的產(chǎn)生與傳播”的基礎(chǔ)上，認(rèn)識到空氣振動(dòng)產(chǎn)生聲波穿過外耳道引起鼓膜振動(dòng)，振動(dòng)產(chǎn)生的信號通過聽小骨及其他組織傳給聽覺神經(jīng)，聽覺神經(jīng)把信號傳給大腦，人就聽到聲音了。②學(xué)生仔細(xì)觀察“聽力檢測報(bào)告”，根據(jù)圖中“頻率”“分貝”單位，推斷出圖片橫縱坐標(biāo)分別為“音調(diào)”和“響度”。同時(shí)，通過理解教師講解的聽力檢測流程和原理，認(rèn)識到聲音的傳播需要介質(zhì)。③通過小組探討認(rèn)識到圖片所表達(dá)的含義，并組織語言找尋合適的表述方式，示例：“圖中縱坐標(biāo)單位是分貝，橫坐標(biāo)單位是千赫茲，所以縱坐標(biāo)指的是聲音的響度，橫坐標(biāo)指的是聲音的振動(dòng)頻率，是音調(diào)。圖2中左側(cè)坐標(biāo)圖顯示，橫坐標(biāo)為０．１２５ kＨｚ、０．２５0 kＨｚ、０．５00 kＨｚ、０．７５0 kＨｚ的坐標(biāo)點(diǎn)對應(yīng)的縱坐標(biāo)為６０分貝～７０分貝，而橫坐標(biāo)為８ kHz、４ kHz、２ kHz的坐標(biāo)點(diǎn)對應(yīng)的縱坐標(biāo)為１０分貝。０分貝是剛剛引起人聽覺的響度，所以這位‘患者’應(yīng)該是右耳朵低頻率的聲音聽不清楚了?！?/p>

任務(wù)２：探究“耳聾”的機(jī)理。

教師活動(dòng)１：引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合“聲音的特性”，發(fā)現(xiàn)并總結(jié)各圖片之間的不同，啟發(fā)學(xué)生不同的聽力檢測報(bào)告圖可以判斷出不同的病癥。

驅(qū)動(dòng)性問題１：根據(jù)聲音的特性，圖片可以分為哪幾類？

驅(qū)動(dòng)性問題２：根據(jù)“聲音傳播的條件”和 “人耳的結(jié)構(gòu)與功能”，小組討論猜測聽力下降可能存在的原因。

學(xué)生活動(dòng)１：①學(xué)生通過歸納，意識到圖片根據(jù)頻率劃分，可分為三類——低頻率段聽力下降、高頻率段聽力下降和全頻率段聽力下降。②通過小組討論，結(jié)合跨學(xué)科知識，大膽猜測聽力下降的原因可能是“外耳道堵塞”“鼓膜無法傳播振動(dòng)”“內(nèi)耳部分的前庭、耳蝸出現(xiàn)問題”“聽覺神經(jīng)不傳輸信號了”……

教師活動(dòng)２：總結(jié)學(xué)生發(fā)言“聽力下降一般有三種類型，一種是傳導(dǎo)式聽力下降，比如外耳道堵塞，可能是耵聹栓塞、中耳炎、外耳道腫物等，由于切斷了聲音的傳播，因此聽力通常是全頻率下降；第二種是感音神經(jīng)性聽力下降，比如突發(fā)性耳聾、藥物性耳聾，這種是神經(jīng)信號傳導(dǎo)的問題，所以可能出現(xiàn)各種聽力結(jié)果，還需要進(jìn)一步診斷，但低頻率或者高頻率單獨(dú)下降通常就是神經(jīng)信號傳導(dǎo)出現(xiàn)問題；第三種是混合性，比較復(fù)雜，感興趣的同學(xué)可以自行了解。”

教師活動(dòng)３：教師引導(dǎo)并提出“制作耳鏡”的項(xiàng)目主題，“對于聽力突然下降的患者，醫(yī)生診斷時(shí)一般會(huì)同時(shí)讓患者做電耳鏡檢查，從而排除傳導(dǎo)式聽力下降，結(jié)合聽力檢查的結(jié)果基本就可以確定患者是感音神經(jīng)性聽力下降。今天我們就來自己制作一個(gè)檢耳鏡?！?/p>

３．２ 跨學(xué)科實(shí)踐：“制作放大檢耳鏡”

任務(wù)１：探究檢耳鏡結(jié)構(gòu)，了解光學(xué)原理。

教師活動(dòng)：按小組向?qū)W生發(fā)放提前購置的成品“放大檢耳鏡”（圖 ３），引導(dǎo)學(xué)生觀察、使用并拆解檢耳鏡。

驅(qū)動(dòng)性問題１：檢耳鏡由哪幾部分構(gòu)成？想要完成它的功能有哪些結(jié)構(gòu)是必需的？

驅(qū)動(dòng)性問題２：將拿握處做成“筆帽”的形狀，除了美觀、方便攜帶以外，還有其他作用嗎？

驅(qū)動(dòng)性問題３：檢耳鏡在使用過程中體現(xiàn)哪些光學(xué)原理？

驅(qū)動(dòng)性問題４：通過檢耳鏡看到的是什么像？將檢耳鏡逐漸遠(yuǎn)離物體，有沒有看不清成像的位置？（可以用作圖說明）

驅(qū)動(dòng)性問題５：檢耳鏡入耳部分設(shè)計(jì)成錐形的原因有哪些？

學(xué)生活動(dòng)：①學(xué)生以小組為單位，拆解檢耳鏡，認(rèn)識到檢耳鏡的主要功能是能更為清晰地看清外耳道的情況，認(rèn)識到檢耳鏡各組件的作用，哪些是關(guān)乎檢耳鏡功能的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。②結(jié)合科學(xué)課學(xué)習(xí)過的電學(xué)相關(guān)知識，猜測筆帽夾是控制小燈泡的開關(guān)（摁壓筆帽夾會(huì)觸碰到電池外的金屬殼，從而構(gòu)成通路，小燈泡發(fā)光）。③結(jié)合光沿直線傳播和光的反射的知識，認(rèn)識到小燈泡發(fā)出的光沿直線傳播到單面鏡，經(jīng)過光的反射，光傳播到錐形部分照亮耳朵內(nèi)部，一部分光經(jīng)過多次反射進(jìn)入人眼，讓我們可以更清楚地看到耳朵內(nèi)部的情況。④觀察并結(jié)合透鏡的相關(guān)知識，認(rèn)識到透鏡起到放大的作用，且是正立放大的虛像，當(dāng)物距大于等于透鏡的一倍焦距時(shí)逐漸看不清成像。⑤根據(jù)觀察使用和日常經(jīng)驗(yàn)，猜測錐形部分有聚光、方便入耳、可以通過改變頂角適配不同的人群……

任務(wù)２：選擇合適材料，探究工程需求。

教師活動(dòng)１：在學(xué)生理解檢耳鏡工作原理的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生思考驅(qū)動(dòng)性問題。

驅(qū)動(dòng)性問題１：有哪些結(jié)構(gòu)的材料可以更換？哪些結(jié)構(gòu)的材料不可更換？

驅(qū)動(dòng)性問題２：考慮到材料的物理性質(zhì)（硬度、導(dǎo)電性等），應(yīng)當(dāng)如何選擇材料？

驅(qū)動(dòng)性問題３：考慮到產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)當(dāng)如何選擇材料？

驅(qū)動(dòng)性問題4：如何選擇透鏡讓圖像達(dá)到尺寸合適且較為清晰的狀態(tài)？

學(xué)生活動(dòng)１：①學(xué)生通過理解檢耳鏡的工作原理，認(rèn)識到檢耳鏡的不同結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)選用不同種類的材料。②學(xué)生在教師指導(dǎo)下查閱相關(guān)資料，利用表格對材料的性質(zhì)和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行綜合對比，選擇合適的材料，示例如表 ２ 所示。③通過計(jì)算和實(shí)驗(yàn)，選定合適焦距的透鏡。

教師活動(dòng)２：讓學(xué)生以小組為單位，向大家介紹材料選擇的原因，教師注意對材料進(jìn)行二次把控，確保材料可以制作檢耳鏡。讓學(xué)生以小組為單位，根據(jù)每個(gè)人的優(yōu)勢進(jìn)行分工，并提供分工安排表，設(shè)計(jì)、制作檢耳鏡，并配備使用說明書。制作方案的設(shè)計(jì)可使用軟件，也可以手繪，允許學(xué)生結(jié)合自身優(yōu)勢選擇呈現(xiàn)形式，能提供設(shè)計(jì)成果并說明原創(chuàng)即可。

學(xué)生活動(dòng)２：學(xué)生利用選擇的材料，設(shè)計(jì)檢耳鏡的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，以線上和線下討論交流的方式合理分工制作檢耳鏡。

３．３ 價(jià)值引領(lǐng)：科學(xué)的魅力

教師活動(dòng)：利用多媒體向?qū)W生介紹，醫(yī)療中利用電耳鏡和聽力檢測確診病癥之后，例如神經(jīng)性耳聾，會(huì)在基礎(chǔ)治療之上結(jié)合“微波治療儀”“鼓膜治療儀”讓病人進(jìn)行理療恢復(fù)（戴上“鼓膜治療儀”后會(huì)聽到類似心跳的咚咚聲，由此讓鼓膜振動(dòng)，增強(qiáng)鼓膜和聽小骨的傳音功能；“微波治療儀”通過向耳朵傳送微波，起到提升局部溫度擴(kuò)張血管，促進(jìn)炎癥吸收，修復(fù)受損細(xì)胞的作用）。

驅(qū)動(dòng)性問題１：本節(jié)課認(rèn)識了哪些與物理學(xué)原理相關(guān)的醫(yī)療工程產(chǎn)品？上述提到的“鼓膜治療儀”發(fā)揮了“聲”的什么功能？

驅(qū)動(dòng)性問題２：“聲和光”對人類和自然界只有利處嗎？舉個(gè)例子？

驅(qū)動(dòng)性問題３：怎樣認(rèn)識物理學(xué)與日常生活、技術(shù)生產(chǎn)和社會(huì)發(fā)展的關(guān)系？我們應(yīng)當(dāng)如何正確識別并發(fā)揮科學(xué)的魅力？

學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生歸納總結(jié)本節(jié)課所認(rèn)識的工程產(chǎn)品，并總結(jié)其物理原理。在教師組織之下，結(jié)合“聲的利用”“噪聲的危害和控制”“光的反射（光污染）”等有證據(jù)地表達(dá)自己對物理學(xué)的看法。

３．４ 合作與交流：研究成果展示

教學(xué)活動(dòng)：學(xué)生以小組為單位匯報(bào)展示，小組代表向其他同學(xué)分享設(shè)計(jì)思路、制作過程、設(shè)計(jì)難點(diǎn)以及創(chuàng)新點(diǎn)等，展示完成之后其他同學(xué)對代表進(jìn)行提問，代表基于證據(jù)完成答辯。各小組答辯完成后，分發(fā)評價(jià)量表，學(xué)生和教師分別完成過程性評價(jià)和終結(jié)性評價(jià)量表。

３．４．１ 過程性評價(jià)

新課標(biāo)要求“發(fā)揮評價(jià)的育人功能”，研究依據(jù)新課標(biāo)跨學(xué)科評價(jià)的相關(guān)要求，結(jié)合阿維斯提出的過程性評價(jià)維度［7］，設(shè)計(jì)本節(jié)課的學(xué)生互評量表。學(xué)生根據(jù)小組成員的課堂表現(xiàn)情況，匿名完成組內(nèi)自評、互評，如表 ３所示。

３．４．２ 終結(jié)性評價(jià)

針對本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)，教師對本節(jié)課學(xué)生的知識掌握情況、問題解決能力、檢耳鏡的制作方案、使用說明和展示情況以及課堂表現(xiàn)進(jìn)行評價(jià)，終結(jié)性評價(jià)如表 ４所示。

最終評價(jià)得分＝過程性評價(jià)得分×５０％＋終結(jié)性評價(jià)得分×５０％。

４ 結(jié) 語

研究通過對聽力檢測報(bào)告、聲音在人耳中如何傳播和耳聾成因的討論，使學(xué)生感受到科技工程產(chǎn)品在醫(yī)療診斷過程中的重要性，同時(shí)讓學(xué)生認(rèn)識到物理源于生活又服務(wù)于生活，感悟物理的社會(huì)價(jià)值。項(xiàng)目實(shí)施過程中，無論是探究成品檢耳鏡結(jié)構(gòu)，還是設(shè)計(jì)制作“放大檢耳鏡”，都讓學(xué)生自主觀察、動(dòng)手、思考，極大地鍛煉了學(xué)生的科學(xué)探究、實(shí)踐能力。同時(shí)，項(xiàng)目實(shí)施過程注重價(jià)值傳播，通過一連串的問題，激發(fā)學(xué)生對物理學(xué)與生產(chǎn)生活關(guān)系的思考，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。項(xiàng)目實(shí)施的最后，通過學(xué)生展示產(chǎn)品、答辯，培養(yǎng)學(xué)生的語言表達(dá)和邏輯思維能力，同時(shí)設(shè)計(jì)學(xué)生自評和互評量表、教師評價(jià)量表，將“教－學(xué)－評”完成銜接，培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感和嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度。另外，項(xiàng)目實(shí)施過程保留了一定的靈活度，教師應(yīng)根據(jù)學(xué)情進(jìn)行合理調(diào)整，例如對光的反射和折射掌握較好的班級，可以使用光纖款檢耳鏡，初步滲透“全反射”的知識內(nèi)容。當(dāng)然，其前提是不能脫離學(xué)生的認(rèn)知水平，使學(xué)情與教學(xué)設(shè)計(jì)分離。

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［６］范偉杰，桑芝芳．基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的高中物理跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)教學(xué)設(shè)計(jì)——以“探究濃度對電解液電阻的影響”為例［Ｊ］．物理教學(xué)，２０２４，４６（６）：７－１１．

［７］Ａｌｖｅｓ Ａ Ｃ，Ｍｏｒｅｉｒａ Ｆ，Ｌｅａｏ Ｃ Ｐ．Ｐｅｅｒ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｉｎ ＰＢＬ：Ｄｏｅｓ ｇｅｎｄｅｒ ｍａｔｔｅｒ［Ｃ］．２０１７ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ（ＩＣＥ／ＩＴＭＣ），２０１７：１３５８．

（欄目編輯 李富強(qiáng)）