跨学科大单元作业设计与实施

分享 丨田成良，北京市物理特级教师，海淀区教师进修学校物理教研员 整理丨《 中小学老师参考》

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目前，各个学科都已经增加了跨学科实践的要求，旨在发展学生跨学科应用知识的能力、分析和解决问题的综合能力、动手实践的操作能力，培养学生积极认真的学习态度和乐于实践、敢于创新的精神。 下面从三个方面来谈一谈跨学科类作业的要求。

跨学科类作业的内涵价值 1、对跨学科类作业的认识 跨学科作业是对学习资源的一种重新整合，是将新课程理念转变为一种具体的可操作的教学举措。这类作业有利于拓展知识视野、淡化学科界限，有利于灵活运用知识解决实际问题，能较好地实现新课标提出的“应拓宽学科学习和运用的领域，注重跨学科的学习”“使学生在不同内容和方法的相互交叉、渗透和整合中开阔视野，提高学习效率，初步获得现代社会所需要的实践能力”的目的，从而为学生的全面而可持续发展奠定基础。 所以说，跨学科是一种非常重要且比较新的视角。 2、跨学科类作业的作用 （1）丰富跨学科现场体验，提升问题解决能力 跨学科实践性作业引导学生在真实情境中，综合运用各学科知识解决问题，提升信息提取与处理能力、问题分析与质疑能力以及结论阐述与创新能力。同时，拓宽学生学习时空，丰富学习跨学科的现场体验，让学生充分经历跨学科的学习。。 （2）有利于培养学生联系实际的能力 我们的目的还是培养学生解决问题的能力，靠单一的知识培养的能力是有限的，学科知识要和我们的生产生活联系起来。许多跨学科类作业的设计不仅有利于学生掌握学科知识，而且有利于学生将所学知识变成自己的本领，掌握一定的技术及实际工作能力。如通过开展“自制显微镜（物理和生物融合）”“自制望远镜”“制作模拟潜水艇（物理和地理融合）”等课外实践活动，不仅让学生印证和掌握了有关知识，学会了实用技巧，还培养了学生理论联系实际的能力。 （3）整合各种资源，培养跨学科迁移 跨学科思维是一种迁移性极强的素养和思维品质，是整体思维与分析思维有机融合的高阶思维，是能够有效分析和成功解决复杂问题的思维。我们在解决问题的时候，这个问题往往是复杂的，用到的知识也比较复杂。所以一定要从跨学科的角度思考实际问题，这有助于学生打破学科之间的壁垒，丰富思考问题的路径，提升解决实际问题的能力。 3、跨学科类作业的类型 （1）相同范畴学科的融合 新课程条件下学科课程目标趋向多维，为实现这一教学目标的教学内容也具有多样性，寻找本学科与相关合作学科的切换点，探讨本学科与不同学科的相互结合。 美术、音乐学科教学就有共性的一面，如五年级《叮铃铃》，将音乐课欢快歌曲的内容与美术课色彩教学以综合的方式呈现出来共同授课，在“看得见的声音，听得见的画面”的气氛中，学生以小组合作的方式，探究自己喜爱的主题，以自己喜爱的方式呈现所习得的知识，有的以音乐为线索建构美术作品，有的以画面为背景进行音乐创作，学科间融合得完整自然。 （2）多学科融合的合作 同一教学任务，多科教学方式介入，这种打通实施的教学模式，既能使学生牢固地掌握学科教学的知识点，更能在实践活动的探索中培养能力，掌握技能，习得学习方式，培养探索精神。 如《圆的周长》一课的教学，综合运用了科学学科动手操作的方式、美术学科的绘图、语文学科的故事等，使多学科教学方法相融合。不直接告诉求圆的周长的方法、公式，而是让学生自己主动地去比较，去研究，通过合作式的探究获得知识。整个教学过程改变学生以往被动的学习方式，成功地把探究的方式运用到学习数学学科知识上。 现在大家对跨学科的研究还不太多，我们要打开学科的视野，不要教语文就只看语文，教数学就只看数学，有些东西是可以整合的。

跨学科类作业的设计策略

还是以物理学科为例，新课标要求“从生活走向物理，从物理走向社会”，要求联系生活实际、科技发展、社会热点问题、相关学科，要求关注提供宽广的人文背景，从而使学生获得态度情感与价值观的教育。让科学思想、科学观念、科学的美成为科学课程的重要目标和内容，发挥科学的人文教育功能。 跨学科不止是学科内可以跨，学科外也可以跨，可以和生活、科技、社会相融合。 1、设计策略 （1）串联法 所谓串联，就是横向联系不同学科中的相关内容。部分学科有一些相似或相近的教学内容，虽然各学科在具体的教学目标上存在着差异，但其他学科的知识可以作为学生学习的背景，比如作为课文内容的延续，或者为难以理解的疑难点提供突破口等。 通俗来讲，就是把不同的学科内容迁移在一起。 比如物理与语文的融合。在讲到物体的运动时，可以结合语文学科中的诗句。 “朝辞白帝彩云间，千里江陵一日还。两岸猿声啼不住，轻舟已过万重山。”讲的是运动中的参照物。
“满眼风波多闪灼，看山恰似走来迎。仔细看山山不动，是船行。”山和船是谁动了？是船动了。
“楚人有涉江者，其剑自舟中坠于水，遂契其舟曰:'是吾剑之所坠’。舟止，从其所契者入水求之。……”这便是《吕氏春秋·察今》中著名的“刻舟求剑”的故事，你认为“楚人”找不到剑的原因是什么？
2、渗透法 渗透，顾名思义，比喻一种事物或势力逐渐进入到其他方面（多用于抽象事物）。渗透法是一种新方法，该方法通过渗透的方式让其他学科与本学科充分融合，如科学、美术、音乐等，并成为作业设计和安排的主要一项，以此来丰富内容的呈现方式。 1）物理与生命健康融合 例1：《人体杠杆平衡》 小明乘坐地铁时发现，乘客中有很多“低头族”，他们长时间低着头看手机。他记起物理课上老师讲过，长时间低头会引起颈部肌肉损伤。当头颅为竖直状态时，颈部肌肉的拉力为零；当头颅低下时，颈部肌肉会产生一定的拉力。 为了探究“颈部肌肉的拉力与低头角度大小的关系”，小明跟课外小组的同学们制作了一个头颅模型来模拟实验。如图甲所示，把人的颈椎简化成支点0，头颅模型的质量为1kg，头颅模型在重力作用下可绕支点0转动，点为头颅模型的重心，B点为肌肉拉力的作用点。将细线的一端固定在B点，用测力计拉着细线模拟测量肌肉的拉力，头颅模型在转动过程中，细线拉力的方向始终垂直于OB，如图乙所示，让头颅模型从竖直状态开始转动，通过实验同学们记录了低头角度0与细线拉力F的数据，如下表，当角度是15°时，拉力是7.3N；当角度是30°时，拉力是14N。
回答下列问题：
1）若头颅质量为6kg，当低头角度为60°时，根据实验表中数据及相关物理知识推测，颈部肌肉承受的拉力为___N。
2）请通过实验数据记录分析：人低头的角度越大，颈部肌肉的拉力____，其主要原因是：______。
3）根据实验，请你关于“预防和延缓颈部肌肉损伤”提出一个合理化的建议：______。 这道题的意义，是让学生通过自己的计算，改正生活中的不良习惯。 例2：《对人的听力的探究》 听力对一个人来说是十分重要的。不同人的听力不一样，一个人左右耳的听力也常不一样。假定我们以响度作为比较听力的标准，能否提出一种比较人耳听力的实验方案，并提出可能影响一个人听力的因素有哪些，从而可以去开展这方面课题的研究？ 要想研究耳朵的响度，需要开展实验探究，控制变量，重点考察学生会不会设计实验，能不能通过控制一些因素来研究另外一个因素。 例3：《估测跑上楼所做的功和功率》 估测你跑上一层楼所作的功及输出的功率。自己根据经验提出有关估计数据，再计算结果。假定你用同样的功率跑30层楼，你做的功大约是多少？如果你所做功消耗的能量要靠食物来提供，而食物提供的能量只有1/10转化为跑楼的机械能。请估计一下，跑30层楼需要多少食物的能量。 例4：《估测人的体积和所受空气浮力》 人的密度大约等于水的密度，根据你的经验，估计一下你的身体的体积大约是多少？人在水中屏住呼吸时能浮于水面，吸气时就会下沉，为什么？如果空气的密度近似为1.3kg/m3，那么人在空气中受到的浮力大约是体重的多少倍？ 2）物理与化学融合 例1：《磁场对通电盐水的作用》 在学习磁场对通电导体的作用时，学生认为食盐水也是导体，磁场会对液体导体有作用吗？老师鼓励学生的猜想，并指导其开展课外探究实验，经过多次实验改进后，最终发现了通电的食盐水在磁场中的旋转现象。另外还发现了电离的气体，促进了学习探索的兴趣，培养了创新能力。 本来是研究物理知识，结果又发生了化学反应，负极产生氯气，正极产生氢气。物理跟化学进行了融合。
例2：《制作水果电池》 在学习“电压与电源”时，学生“制作水果电池”的实践作业，从水果种类的选择，金属电极片的制作，到电压获得直观证明，以及如何获得较大的电压，从实践活动发起到最终展示，从课内到课外，从初步成功到继续改良，前后持续近两周，学生充分参与，体验了实验及实践的全过程。

水果电池可以发电，能够有电压有电流，这本来是物理的知识，但是我们也可以从跨学科角度进行解释，就是水果电池由水果（酸性）、两金属片和导线简易制作而成，其中金属片一般采用活动性强弱相差较大的铜片和锌片，因为锌片活动性较强，易失去电子，所以可以作为负极，铜片的活动性较弱，不易失去电子，所以可以作为正极。 3）地理与物理融合 比如有这样一道题： 太阳从东边升起、西边落下是地球上的自然现象，但在某些条件下，在纬度较高地区上空飞行的飞机上，旅客可以看到太阳从西边升起的奇妙现象，其条件是（）
A.时间必须是在清晨，飞机正在由东向西飞行，飞机的速度必须较大 B.时间必须是在清晨，飞机正在由西向东飞行，飞机的速度必须较大 C.时间必须是在傍晚，飞机正在由东向西飞行，飞机的速度必须较大 D.时间必须是在傍晚，飞机正在由东向西飞行，飞机的速度不能太大 只有在具备太阳东升西落、地球自西向东自转的地理知识前提下，才能运用物理原理解答本题。太阳从西边升起，可见太阳处在西面，必须是傍晚，而且飞机的飞行方向必须跟地面上的物体即地球的自转方向相反，且飞行速度大于该处地球自转线速度的大小，故选C。 4）语文与艺术融合 讲授完语文课文《春天》后，联合美术、科学、音乐等学科，布置带有综合色彩的融合性作业——“找春天”。学生要到户外欣赏大自然风光，画春天美景，探究万物生长的秘密，歌唱春天、描绘春天、享受春天，完成作业的过程也成为了感悟自然、享受生活的过程。各学科布置作业是纵向的，融合性作业是横向的，纵横交错便形成独特的、深受学生喜爱的作业布置模式。尝试设计互补性作业、对比性作业、替代性作业、矫正性作业等等。跨学科作业设计的学科间合作，使得作业布置实现学科间的平衡，真正达到减负的效果，有利于拓展学生知识视野，重新整合学生的学习资源，促进学生知识积累与运用。 3、主题法 主题法主要是针对某一问题展开，且问题本身的设计具有普适性和概括性的特征，在选择主题之后通常会超越某一学科的局限性，让其他学科的魅力凸显出来。 教师围绕某个主题，多角度、多维度组织教学材料，从不同学科、不同领域深度解读主题的作业。问题式作业是以问题为线索，围绕内容提出问题、解决问题的作业。这两类作业能有效扩大学生语言接触量，为语言内化创造基础条件，促进学生高阶思维能力发展。 1）科学与技术、社会融合 例1：《一度电的意义》
题目中提到的电的来源、在科技馆骑单车发电是物理知识。后面提到的写倡议是语文知识。 2）语文与多学科融合 例如，编写一份报纸。要求： 1）自找合作伙伴。2）自拟报名，注意特色。3）内容包括语文、数学、科学等学科和其他综合性知识。插图与版面设计可借助计算机完成。4）在自办小报展览会上介绍。每份报纸派出一人做主讲，讲解的内容为编写过程、报纸特点、版面设计等，编写组其他同学可作补充。 这一作业的合作方式，由正式群体、非正式群体和虚拟群体（网络）共同完成，涉及的知识面较为广泛，单靠一个学科的知识，学生是不能完成任务的。 大家想在生活中完成一个真实的任务，都需要跨学科的意识理念，因为生活中的问题不可能分为物理的问题、数学的问题，肯定都需要综合性地解决。 2、实施建议 （1）提供思辨素材 思辨素材创设主题情境，激发学生参与活动的兴趣，调动学生己有的基于该主题的经验，帮助学生建构和完善新的知识结构，深化对该主题的理解和认识。学科知识可以促进学生对思维主题或问题的深层次分析。这些知识内容，可以成为思辨的素材，如成为思辨的观点、具体的例子、引用材料等。 （2）搭建思维支架，引导深层分析 没有思维的支架，仅仅进行知识的罗列，是没有意义的。在作业中适当给予学生思维支架，可以引导学生进行思辨。跨学科的思辨作业主要从思维能力、责任意识和文化等方面展开。通过运用思维支架，学生的思辨与其他学科不断连接，最终学生的思维得以发散与发展，并且能够挖掘特定主题所承载的信息。 （3）设计驱动性核心问题 作业中，有一些核心的问题更为关键。核心问题要能引起学生的讨论，要具有挑战性。 真实的驱动性问题可以连接各个学科与学生现实生活，构建真实的情景，为跨学科学习提供内在动力，促进学生思辨能力的提高。跨学科作业指向学生的高阶思维能力，高阶思维的发生建立在问题的解决上，问题强调真实情境、开放环境下具有挑战性的任务。有挑战的核心问题建构了复杂真实的学习情境，促使学生在问题解决的过程中开展多样化的跨学科学习实践活动，促进高阶思维的发展，确保项目化学习的持续性。 （4）设计跨学科问题链 具有驱动性和挑战性的核心问题，也许会让学生无从下手。因此，为了使跨学科的项目式作业能够促进学生的思辨能力，项目化作业不仅要设计核心问题，还应基于核心问题，设计问题链，从而由浅入深地引导学生进行跨学科思辨。


跨学科类作业的反思评价 1、策略一：问题表达 比如，物理与音乐的融合。 《自制乐器》 学习声现象时，进行课外拓展实验，让学生自制乐器，并布置以下任务： 选项一：自制简易的管乐器，如横笛、竖笛、梳琴、葫芦丝等。 选项二：自制简易的弦乐器，如吉他、提琴、琵琶、钢琴、古筝等。 选项三：自制简易的打击乐器，如鼓、镲、沙锤、串铃、水瓶琴等。 让学生自制乐器时，设计以下评价问题： ①是否展示自制乐器的过程？
②是否清楚地介绍科学探究的思路和方法？有评估实验的意识吗？ ③是否用自制乐器演奏乐曲？（说明学生已经懂得了乐理知识，且学会了科学探究） ④视频的录制、剪辑等是否美观大方？ 课堂上进行评价时，教师引导学生相互评价、适时点拨，不仅能帮助学生解决问题，还能让学生找到自信心和归属感，为后期创新能力的培养奠定基础。 2、策略二：学生展示 1）物理与生物融合 任务：我是“眼”说家 任务（二选一） 1）科普小文章：以眼睛为视角，结合学习的内容成果，向人们讲述眼睛的故事
内容要求：文中需包含人眼或透镜成像原理及生活、生产和科技等方面的应用内容，主题自定；（充分发挥创造力或调查研究能力） 2）课题小研究：探究下面的2个话题，讲讲自己的认识，并围绕眼睛的“困扰”有理有据地发出科学用眼的倡议
话题一：关于防蓝光眼镜 话题二：关于太阳镜 学生根据所选任务进行小组汇报，汇报评价标准如下：

2）物理与美术融合
（选自耿颖老师） 在学习物体颜色的时候，可以让学生用棱镜制作“彩虹”。太阳光本来是白色，通过棱镜折射，变成了七色光。让学生知道，白光是复光色，能分解，为后续学生了解三原色提供思考依据。提升学生的学习兴趣，使其体会物理知识来源于生活，服务于社会，感受物理的实用性，提高其分析问题、解决问题的能力。 3、策略三——评价量表 1）物理与美术融合 例1：《我来打光，你来猜！》（选自任国清老师）

任务：把不同颜色的脸谱放在一个黑箱子中，用不同的色光照射脸谱，猜猜黑箱中脸谱的颜色，并观察记录下来。 例2：《隔音墙改进》（选自清华附中蒋炜波老师）

可以从美术和物理两个学科的角度考虑，既要考虑到隔音效果，又要考虑到美观。上图右侧是任务的评价量表。学生还可以展示他设计的隔音墙图纸。 2）物理与工程融合 例1：《制作半潜船》（选自胡志丹老师）
子任务1：设计半潜船的甲板、压载水舱及船楼，并向客户汇报你的设计方案。 设计方案（设计蓝图，阐述原理）→计算论证（估算排水量以及船体最大浮力）→产品制作（制作船体模型）→工程测试（记录航态） 学生做任务前，肯定要提前告诉他评价的量表或量规，让他清楚怎么做会更好。 评价量规2.0版本：指向深度学习的评价
评价量规3.0版本：有效的评价

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