跨學科大單元作業設計與實施

分享 丨田成良，北京市物理特級教師，海澱區教師進修學校物理教研員 整理丨《 中小學老師參考》

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目前，各個學科都已經增加了跨學科實踐的要求，旨在發展學生跨學科應用知識的能力、分析和解決問題的綜合能力、動手實踐的操作能力，培養學生積極認真的學習态度和樂于實踐、敢于創新的精神。 下面從三個方面來談一談跨學科類作業的要求。

跨學科類作業的内涵價值 1、對跨學科類作業的認識 跨學科作業是對學習資源的一種重新整合，是将新課程理念轉變為一種具體的可操作的教學舉措。這類作業有利于拓展知識視野、淡化學科界限，有利于靈活運用知識解決實際問題，能較好地實現新課标提出的“應拓寬學科學習和運用的領域，注重跨學科的學習”“使學生在不同内容和方法的相互交叉、滲透和整合中開闊視野，提高學習效率，初步獲得現代社會所需要的實踐能力”的目的，從而為學生的全面而可持續發展奠定基礎。 所以說，跨學科是一種非常重要且比較新的視角。 2、跨學科類作業的作用 （1）豐富跨學科現場體驗，提升問題解決能力 跨學科實踐性作業引導學生在真實情境中，綜合運用各學科知識解決問題，提升信息提取與處理能力、問題分析與質疑能力以及結論闡述與創新能力。同時，拓寬學生學習時空，豐富學習跨學科的現場體驗，讓學生充分經曆跨學科的學習。。 （2）有利于培養學生聯系實際的能力 我們的目的還是培養學生解決問題的能力，靠單一的知識培養的能力是有限的，學科知識要和我們的生産生活聯系起來。許多跨學科類作業的設計不僅有利于學生掌握學科知識，而且有利于學生将所學知識變成自己的本領，掌握一定的技術及實際工作能力。如通過開展“自制顯微鏡（物理和生物融合）”“自制望遠鏡”“制作模拟潛水艇（物理和地理融合）”等課外實踐活動，不僅讓學生印證和掌握了有關知識，學會了實用技巧，還培養了學生理論聯系實際的能力。 （3）整合各種資源，培養跨學科遷移 跨學科思維是一種遷移性極強的素養和思維品質，是整體思維與分析思維有機融合的高階思維，是能夠有效分析和成功解決複雜問題的思維。我們在解決問題的時候，這個問題往往是複雜的，用到的知識也比較複雜。所以一定要從跨學科的角度思考實際問題，這有助于學生打破學科之間的壁壘，豐富思考問題的路徑，提升解決實際問題的能力。 3、跨學科類作業的類型 （1）相同範疇學科的融合 新課程條件下學科課程目标趨向多維，為實現這一教學目标的教學内容也具有多樣性，尋找本學科與相關合作學科的切換點，探讨本學科與不同學科的相互結合。 美術、音樂學科教學就有共性的一面，如五年級《叮鈴鈴》，将音樂課歡快歌曲的内容與美術課色彩教學以綜合的方式呈現出來共同授課，在“看得見的聲音，聽得見的畫面”的氣氛中，學生以小組合作的方式，探究自己喜愛的主題，以自己喜愛的方式呈現所習得的知識，有的以音樂為線索建構美術作品，有的以畫面為背景進行音樂創作，學科間融合得完整自然。 （2）多學科融合的合作 同一教學任務，多科教學方式介入，這種打通實施的教學模式，既能使學生牢固地掌握學科教學的知識點，更能在實踐活動的探索中培養能力，掌握技能，習得學習方式，培養探索精神。 如《圓的周長》一課的教學，綜合運用了科學學科動手操作的方式、美術學科的繪圖、語文學科的故事等，使多學科教學方法相融合。不直接告訴求圓的周長的方法、公式，而是讓學生自己主動地去比較，去研究，通過合作式的探究獲得知識。整個教學過程改變學生以往被動的學習方式，成功地把探究的方式運用到學習數學學科知識上。 現在大家對跨學科的研究還不太多，我們要打開學科的視野，不要教語文就隻看語文，教數學就隻看數學，有些東西是可以整合的。

跨學科類作業的設計策略

還是以物理學科為例，新課标要求“從生活走向物理，從物理走向社會”，要求聯系生活實際、科技發展、社會熱點問題、相關學科，要求關注提供寬廣的人文背景，從而使學生獲得态度情感與價值觀的教育。讓科學思想、科學觀念、科學的美成為科學課程的重要目标和内容，發揮科學的人文教育功能。 跨學科不止是學科内可以跨，學科外也可以跨，可以和生活、科技、社會相融合。 1、設計策略 （1）串聯法 所謂串聯，就是橫向聯系不同學科中的相關内容。部分學科有一些相似或相近的教學内容，雖然各學科在具體的教學目标上存在着差異，但其他學科的知識可以作為學生學習的背景，比如作為課文内容的延續，或者為難以理解的疑難點提供突破口等。 通俗來講，就是把不同的學科内容遷移在一起。 比如物理與語文的融合。在講到物體的運動時，可以結合語文學科中的詩句。 “朝辭白帝彩雲間，千裡江陵一日還。兩岸猿聲啼不住，輕舟已過萬重山。”講的是運動中的參照物。
“滿眼風波多閃灼，看山恰似走來迎。仔細看山山不動，是船行。”山和船是誰動了？是船動了。
“楚人有涉江者，其劍自舟中墜于水，遂契其舟曰:'是吾劍之所墜’。舟止，從其所契者入水求之。……”這便是《呂氏春秋·察今》中著名的“刻舟求劍”的故事，你認為“楚人”找不到劍的原因是什麼？
2、滲透法 滲透，顧名思義，比喻一種事物或勢力逐漸進入到其他方面（多用于抽象事物）。滲透法是一種新方法，該方法通過滲透的方式讓其他學科與本學科充分融合，如科學、美術、音樂等，并成為作業設計和安排的主要一項，以此來豐富内容的呈現方式。 1）物理與生命健康融合 例1：《人體杠杆平衡》 小明乘坐地鐵時發現，乘客中有很多“低頭族”，他們長時間低着頭看手機。他記起物理課上老師講過，長時間低頭會引起頸部肌肉損傷。當頭顱為豎直狀态時，頸部肌肉的拉力為零；當頭顱低下時，頸部肌肉會産生一定的拉力。 為了探究“頸部肌肉的拉力與低頭角度大小的關系”，小明跟課外小組的同學們制作了一個頭顱模型來模拟實驗。如圖甲所示，把人的頸椎簡化成支點0，頭顱模型的質量為1kg，頭顱模型在重力作用下可繞支點0轉動，點為頭顱模型的重心，B點為肌肉拉力的作用點。将細線的一端固定在B點，用測力計拉着細線模拟測量肌肉的拉力，頭顱模型在轉動過程中，細線拉力的方向始終垂直于OB，如圖乙所示，讓頭顱模型從豎直狀态開始轉動，通過實驗同學們記錄了低頭角度0與細線拉力F的數據，如下表，當角度是15°時，拉力是7.3N；當角度是30°時，拉力是14N。

回答下列問題：
1）若頭顱質量為6kg，當低頭角度為60°時，根據實驗表中數據及相關物理知識推測，頸部肌肉承受的拉力為___N。
2）請通過實驗數據記錄分析：人低頭的角度越大，頸部肌肉的拉力____，其主要原因是：______。
3）根據實驗，請你關于“預防和延緩頸部肌肉損傷”提出一個合理化的建議：______。 這道題的意義，是讓學生通過自己的計算，改正生活中的不良習慣。 例2：《對人的聽力的探究》 聽力對一個人來說是十分重要的。不同人的聽力不一樣，一個人左右耳的聽力也常不一樣。假定我們以響度作為比較聽力的标準，能否提出一種比較人耳聽力的實驗方案，并提出可能影響一個人聽力的因素有哪些，從而可以去開展這方面課題的研究？ 要想研究耳朵的響度，需要開展實驗探究，控制變量，重點考察學生會不會設計實驗，能不能通過控制一些因素來研究另外一個因素。 例3：《估測跑上樓所做的功和功率》 估測你跑上一層樓所作的功及輸出的功率。自己根據經驗提出有關估計數據，再計算結果。假定你用同樣的功率跑30層樓，你做的功大約是多少？如果你所做功消耗的能量要靠食物來提供，而食物提供的能量隻有1/10轉化為跑樓的機械能。請估計一下，跑30層樓需要多少食物的能量。 例4：《估測人的體積和所受空氣浮力》 人的密度大約等于水的密度，根據你的經驗，估計一下你的身體的體積大約是多少？人在水中屏住呼吸時能浮于水面，吸氣時就會下沉，為什麼？如果空氣的密度近似為1.3kg/m3，那麼人在空氣中受到的浮力大約是體重的多少倍？ 2）物理與化學融合 例1：《磁場對通電鹽水的作用》 在學習磁場對通電導體的作用時，學生認為食鹽水也是導體，磁場會對液體導體有作用嗎？老師鼓勵學生的猜想，并指導其開展課外探究實驗，經過多次實驗改進後，最終發現了通電的食鹽水在磁場中的旋轉現象。另外還發現了電離的氣體，促進了學習探索的興趣，培養了創新能力。

本來是研究物理知識，結果又發生了化學反應，負極産生氯氣，正極産生氫氣。物理跟化學進行了融合。
例2：《制作水果電池》 在學習“電壓與電源”時，學生“制作水果電池”的實踐作業，從水果種類的選擇，金屬電極片的制作，到電壓獲得直觀證明，以及如何獲得較大的電壓，從實踐活動發起到最終展示，從課内到課外，從初步成功到繼續改良，前後持續近兩周，學生充分參與，體驗了實驗及實踐的全過程。

水果電池可以發電，能夠有電壓有電流，這本來是物理的知識，但是我們也可以從跨學科角度進行解釋，就是水果電池由水果（酸性）、兩金屬片和導線簡易制作而成，其中金屬片一般采用活動性強弱相差較大的銅片和鋅片，因為鋅片活動性較強，易失去電子，所以可以作為負極，銅片的活動性較弱，不易失去電子，所以可以作為正極。 3）地理與物理融合 比如有這樣一道題： 太陽從東邊升起、西邊落下是地球上的自然現象，但在某些條件下，在緯度較高地區上空飛行的飛機上，旅客可以看到太陽從西邊升起的奇妙現象，其條件是（）
A.時間必須是在清晨，飛機正在由東向西飛行，飛機的速度必須較大 B.時間必須是在清晨，飛機正在由西向東飛行，飛機的速度必須較大 C.時間必須是在傍晚，飛機正在由東向西飛行，飛機的速度必須較大 D.時間必須是在傍晚，飛機正在由東向西飛行，飛機的速度不能太大 隻有在具備太陽東升西落、地球自西向東自轉的地理知識前提下，才能運用物理原理解答本題。太陽從西邊升起，可見太陽處在西面，必須是傍晚，而且飛機的飛行方向必須跟地面上的物體即地球的自轉方向相反，且飛行速度大于該處地球自轉線速度的大小，故選C。 4）語文與藝術融合 講授完語文課文《春天》後，聯合美術、科學、音樂等學科，布置帶有綜合色彩的融合性作業——“找春天”。學生要到戶外欣賞大自然風光，畫春天美景，探究萬物生長的秘密，歌唱春天、描繪春天、享受春天，完成作業的過程也成為了感悟自然、享受生活的過程。各學科布置作業是縱向的，融合性作業是橫向的，縱橫交錯便形成獨特的、深受學生喜愛的作業布置模式。嘗試設計互補性作業、對比性作業、替代性作業、矯正性作業等等。跨學科作業設計的學科間合作，使得作業布置實現學科間的平衡，真正達到減負的效果，有利于拓展學生知識視野，重新整合學生的學習資源，促進學生知識積累與運用。 3、主題法 主題法主要是針對某一問題展開，且問題本身的設計具有普适性和概括性的特征，在選擇主題之後通常會超越某一學科的局限性，讓其他學科的魅力凸顯出來。 教師圍繞某個主題，多角度、多維度組織教學材料，從不同學科、不同領域深度解讀主題的作業。問題式作業是以問題為線索，圍繞内容提出問題、解決問題的作業。這兩類作業能有效擴大學生語言接觸量，為語言内化創造基礎條件，促進學生高階思維能力發展。 1）科學與技術、社會融合 例1：《一度電的意義》

題目中提到的電的來源、在科技館騎單車發電是物理知識。後面提到的寫倡議是語文知識。 2）語文與多學科融合 例如，編寫一份報紙。要求： 1）自找合作夥伴。2）自拟報名，注意特色。3）内容包括語文、數學、科學等學科和其他綜合性知識。插圖與版面設計可借助計算機完成。4）在自辦小報展覽會上介紹。每份報紙派出一人做主講，講解的内容為編寫過程、報紙特點、版面設計等，編寫組其他同學可作補充。 這一作業的合作方式，由正式群體、非正式群體和虛拟群體（網絡）共同完成，涉及的知識面較為廣泛，單靠一個學科的知識，學生是不能完成任務的。 大家想在生活中完成一個真實的任務，都需要跨學科的意識理念，因為生活中的問題不可能分為物理的問題、數學的問題，肯定都需要綜合性地解決。 2、實施建議 （1）提供思辨素材 思辨素材創設主題情境，激發學生參與活動的興趣，調動學生己有的基于該主題的經驗，幫助學生建構和完善新的知識結構，深化對該主題的理解和認識。學科知識可以促進學生對思維主題或問題的深層次分析。這些知識内容，可以成為思辨的素材，如成為思辨的觀點、具體的例子、引用材料等。 （2）搭建思維支架，引導深層分析 沒有思維的支架，僅僅進行知識的羅列，是沒有意義的。在作業中适當給予學生思維支架，可以引導學生進行思辨。跨學科的思辨作業主要從思維能力、責任意識和文化等方面展開。通過運用思維支架，學生的思辨與其他學科不斷連接，最終學生的思維得以發散與發展，并且能夠挖掘特定主題所承載的信息。 （3）設計驅動性核心問題 作業中，有一些核心的問題更為關鍵。核心問題要能引起學生的讨論，要具有挑戰性。 真實的驅動性問題可以連接各個學科與學生現實生活，構建真實的情景，為跨學科學習提供内在動力，促進學生思辨能力的提高。跨學科作業指向學生的高階思維能力，高階思維的發生建立在問題的解決上，問題強調真實情境、開放環境下具有挑戰性的任務。有挑戰的核心問題建構了複雜真實的學習情境，促使學生在問題解決的過程中開展多樣化的跨學科學習實踐活動，促進高階思維的發展，确保項目化學習的持續性。 （4）設計跨學科問題鍊 具有驅動性和挑戰性的核心問題，也許會讓學生無從下手。因此，為了使跨學科的項目式作業能夠促進學生的思辨能力，項目化作業不僅要設計核心問題，還應基于核心問題，設計問題鍊，從而由淺入深地引導學生進行跨學科思辨。

跨學科類作業的反思評價 1、策略一：問題表達 比如，物理與音樂的融合。 《自制樂器》 學習聲現象時，進行課外拓展實驗，讓學生自制樂器，并布置以下任務： 選項一：自制簡易的管樂器，如橫笛、豎笛、梳琴、葫蘆絲等。 選項二：自制簡易的弦樂器，如吉他、提琴、琵琶、鋼琴、古筝等。 選項三：自制簡易的打擊樂器，如鼓、镲、沙錘、串鈴、水瓶琴等。 讓學生自制樂器時，設計以下評價問題： ①是否展示自制樂器的過程？
②是否清楚地介紹科學探究的思路和方法？有評估實驗的意識嗎？ ③是否用自制樂器演奏樂曲？（說明學生已經懂得了樂理知識，且學會了科學探究） ④視頻的錄制、剪輯等是否美觀大方？ 課堂上進行評價時，教師引導學生相互評價、适時點撥，不僅能幫助學生解決問題，還能讓學生找到自信心和歸屬感，為後期創新能力的培養奠定基礎。 2、策略二：學生展示 1）物理與生物融合 任務：我是“眼”說家 任務（二選一） 1）科普小文章：以眼睛為視角，結合學習的内容成果，向人們講述眼睛的故事
内容要求：文中需包含人眼或透鏡成像原理及生活、生産和科技等方面的應用内容，主題自定；（充分發揮創造力或調查研究能力） 2）課題小研究：探究下面的2個話題，講講自己的認識，并圍繞眼睛的“困擾”有理有據地發出科學用眼的倡議
話題一：關于防藍光眼鏡 話題二：關于太陽鏡 學生根據所選任務進行小組彙報，彙報評價标準如下：

2）物理與美術融合

（選自耿穎老師） 在學習物體顔色的時候，可以讓學生用棱鏡制作“彩虹”。太陽光本來是白色，通過棱鏡折射，變成了七色光。讓學生知道，白光是複光色，能分解，為後續學生了解三原色提供思考依據。提升學生的學習興趣，使其體會物理知識來源于生活，服務于社會，感受物理的實用性，提高其分析問題、解決問題的能力。 3、策略三——評價量表 1）物理與美術融合 例1：《我來打光，你來猜！》（選自任國清老師）

任務：把不同顔色的臉譜放在一個黑箱子中，用不同的色光照射臉譜，猜猜黑箱中臉譜的顔色，并觀察記錄下來。 例2：《隔音牆改進》（選自清華附中蔣炜波老師）

可以從美術和物理兩個學科的角度考慮，既要考慮到隔音效果，又要考慮到美觀。上圖右側是任務的評價量表。學生還可以展示他設計的隔音牆圖紙。 2）物理與工程融合 例1：《制作半潛船》（選自胡志丹老師）

子任務1：設計半潛船的甲闆、壓載水艙及船樓，并向客戶彙報你的設計方案。 設計方案（設計藍圖，闡述原理）→計算論證（估算排水量以及船體最大浮力）→産品制作（制作船體模型）→工程測試（記錄航态） 學生做任務前，肯定要提前告訴他評價的量表或量規，讓他清楚怎麼做會更好。

評價量規2.0版本：指向深度學習的評價

評價量規3.0版本：有效的評價

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