初中地理、物理跨學科單元學習的實踐與思考
——以“在學校屋頂‘種太陽’”為例

朱 玲 魏 昕

（1.南京市紅山初級中學, 江蘇 南京 210028; 2.南京市人民中學, 江蘇 南京 210005）

以核心素養培育為目標的深度學習成為新課改的方向，而素養需要在真實情境與解決問題和創生意義的過程中形成，故素養培育僅靠單一學科知識通常難以實現。以培養素養為目標的深度學習強調學習的綜合性和實踐性，著力于多學科融合、多維度思考并解決實際問題。單元學習倡導大觀念、大項目、大任務，能夠找到素養培育與知識教學相融合的有效方式，成為實現跨學科深度學習的一種重要途徑和方式。

初中地理課程是認識人類地球家園的一門課程，初中物理課程則是研究物質、相互作用和運動規律的一門課程。二者同屬于自然科學基礎課程，都關注“整合”和“聯結”，都具有綜合性和實踐性的特點，在學習過程中都注重對學生探究能力、實踐創新、科學精神、責任擔當的培養，非常適合進行跨學科深度學習實踐。筆者以“在學校屋頂‘種太陽’”校園光伏發電為主題，進行了跨學科單元學習設計。

一、基于“整合”進行跨學科單元學習的設計

立足培育素養，基于學生解決問題能力的進階要求，從學生現有知識水平及認知規律出發，分析多門學科課標、重組學習內容，以整合多學科探究和解決主題問題的實踐活動為路徑，對單元學習進行整體設計，建構全新的“學習單元”。

1.跨學科單元學習的主題選擇

開發新能源、改善能源結構是助力“雙碳”目標實現的重要途徑。近年來，我國正大力推動能源消費、供給、技術和體制“革命”。光伏發電是我國利用太陽能的主要方式之一，人們將其形象地稱為“種太陽”。

“屋頂分布式光伏”模式由于其倡導就近發電且占地面積小、政策支持大，在我國用地相對緊張的東部地區發展很快，近些年已走進尋常百姓家。目前，中國幾乎所有省級行政區都有屋頂分布式光伏發電項目，對其合理利用，有非常重要的經濟、生態和社會意義。

光伏發電量與光照時間、光照強度、光照角度等物理量有關，這些又受到緯度、地形、地勢、天氣（氣候）、大氣透明度等地理要素的影響。我國地域遼闊，自然環境存在很大差異，所以各地區光伏發電的情況存在差異。近年來，一些地區盲目增設光伏發電項目導致其成為“擺設”，或出現發電量達不到預期等問題。在建設“屋頂分布式光伏”前需要考慮哪些因素？哪些地區適合發展“屋頂分布式光伏”？在建設光伏后，是否還可以發展其他產業？這些問題涉及地理、物理、生物等多個學科。

針對“探索新能源的開發和利用”，初中地理課程標準相關內容為：“引導學生了解我國自然資源總量大、人均少、時空分布不均等特點，進一步認清我國國情，并進行保護與節約資源的教育。”初中物理課程標準相關內容是：“知道核能等新能源的特點和可能帶來的問題。了解我國和世界的能源狀況。對于能源的開發利用有可持續發展的意識。”可見，地理學科是從區域認知的角度進行教學，物理學科是從科學探究的角度進行教學。不同的學科視角能幫助學生更加全面、整體和動態地認識“資源與人類”的關系，引導學生用不同“學科眼”觀察世界、理解世界。

基于以上考慮，筆者設計了以“在學校屋頂‘種太陽’”為主題的跨學科單元學習。

2.跨學科單元學習的目標整合

在對學科整體分析的基礎上，提煉學科核心知識及其承載的教學功能與價值，挖掘出學科共通的素養目標；在對學情進行整體分析后，將內容承載的核心素養具體化，系統地設定本單元學習目標（見圖1），并讓目標統領整個教學過程和評價。

圖1 確定跨學科單元學習目標的流程

表1 “在學校屋頂‘種太陽’”單元學習目標及對應學科素養說明

3.跨學科單元學習的整體規劃

在進行單元學習設計的整體規劃時，根據主題設計具有挑戰性的問題，基于問題的解決形成貫穿整個學習過程的問題線索，依據問題線索規劃相應學科內容。根據學生認識規律，規劃解決相應任務的時間，合理安排課時。

本單元學習任務的設計如下：通過組裝光伏路燈（獨立式發電應用系統）認識光伏發電的工作原理及基本應用，設計出學校屋頂“植光互補”光伏發電項目方案；在綜合分析光伏發電的特點及效能影響因素綜合的基礎上，討論中國不同區域光伏發電的可行性；從多學科視角理解中國發展光伏產業的巨大優勢，進而理解國家大力發展光伏發電產業對完成“雙碳”國家戰略目標的意義與價值，增強學生的國家認同感及對世界的理解，樹立“資源與人類”和諧共生、綠色發展的觀念（見圖2）。

二、關注“聯結”推進跨學科單元學習的實施

在實施過程中，準確找出學科聯結點，巧妙地將其融入單元活動設計，在具有探究性和實踐性的活動中，培養學生多學科思維習慣。

1.真實情境聯結，引發學生興趣

呈現南京浦口區星甸協鑫“農光互補”項目視頻及相關資料，引出具有挑戰性的跨學科問題：學校屋頂能否“種太陽”？

設計意圖：從學生身邊能夠觀察到的光伏發電項目出發，引導學生發現這是需要運用多學科知識共同解決的現實問題。

2.建立學科聯結，聚焦核心素養

任務1：種個“小太陽”——設計制作1個“光伏路燈”（見表2）。

表2 種個“小太陽”學習活動

任務2：“太陽”下的花園——設計學校屋頂“植光互補”光伏發電項目方案（見表3）。

表3 “太陽”下的花園學習活動

任務3：在中國“種太陽”——給中國3個地區的學校設計光伏發電項目方案（見表4）。

表4 在中國“種太陽”學習活動

設計意圖：從物理實驗出發，控制變量，進行實驗探究；從地理現象出發，找出影響光伏發電量的主要地理要素，用思維導圖建立學科聯結。在學校“植光互補”及中國其他地區光伏發電項目方案的制定過程中，基于證據進行科學推理、論證交流，充分運用綜合思維和區域認知的方法探究光伏發電空間地圖，從學科聯結的角度理解科學、技術、社會、環境的關系，進而樹立“資源與人類”和諧共生、綠色發展的科學態度與責任。

3.拓展時空聯結，達成遷移目標

在世界“種太陽”——在世界無電人口區選擇1個地區，設計光伏發電項目方案。閱讀“全球電氣化水平圖”及“世界無電人口排名前20國家”等資料，每組各選擇1個國家（或該國的某個城市），查找相關資料，撰寫該國（或城市）未來光伏發電的可行性方案。除了太陽能，各組也可根據搜集到的該國（城市）地理信息，探究發展其他新能源的可行性，撰寫研究報告或繪制能源發展布局圖。

設計意圖：通過在世界無電人口區設計光伏發電項目的可行性方案，引導學生從更大的時空尺度，在變化的現象中，從不同的維度反思、設問，達成遷移目標。

4.提供學習資源，打造聯結通道（見表5）

表5 學習資源

設計意圖：遵循科學性、適切性、延展性等原則，提供地理、物理及其他學科的，多形式、多渠道、覆蓋單元學習全過程的學習資源，構建開放學習空間。

三、跨學科單元學習的再思考

1.立足核心素養進行跨學科單元學習設計

跨學科單元學習設計應更關注整合的原因和目的，分析內容所承載的素養進階，應認識到核心概念是學科核心素養形成的基礎，思維進階是學科核心素養培養的關鍵，實踐和應用是核心素養水平程度的歸宿和檢驗。所以，跨學科單元學習過程應指向核心素養進階的全過程。學科知識或能力類的跨學科單元設計應立足于該學科核心素養的培養，整合其他學科的相關知識和方法。問題驅動類的跨學科單元設計則應挖掘出學科共通的素養目標，聚焦真實問題的發現與解決，以多學科整合探究實踐活動為路徑進行單元學習設計。

2.重新定義“學習時間”，規劃跨學科單元學習

開展跨學科單元學習時，挑戰性問題以及由問題衍生的多學科學習任務，都需要師生重新定義“學習時間”。單元學習中的“課時”不僅是對課堂教學時間的設定，還包括對課堂教學外時間的設定。資料查找、實驗論證、方案修訂以及組內的交流溝通，都需要延伸至課堂之外。所以，跨學科單元學習的結束是以學生學會、目標達成為標志的。在實踐中，教師可根據實際情況，對學習時間進行適當的調整，給學生較為充分的時間和空間，完成挑戰性學習任務。

3.以學習者為中心進行跨學科單元學習實施

設計跨學科單元學習時應充分考慮是否貼近學生生活實際、是否與學生經驗之間存在聯結點、是否能夠激發學生興趣、是否符合學生“能力閾”等。如有可能，先通過信息手段對學生的知識、能力、學習方式、思維方式、操作手段、情感態度等進行多維分析，設定可能達到的素養水平，規劃其多維發展空間，“投其所好”選擇單元主題，清楚認識學習障礙點，適時搭建“腳手架”，促使學生主動、積極地投入學習過程。學生個體存在差異，學科素養起點不同，因此，設計時應充分考慮個體差異。由于經濟發展水平、自然條件、文化傳統的差異性，不同地域的學生素養發展也是有差異的，設計時也應考慮本地區的實際情況。

4.搭建團隊進行跨學科單元學習研究

跨學科單元學習設計不僅需要教師具備豐富的學科知識、完整的知識結構、綜合看待問題的視角以及靈活運用的研究方法，還需要有跨越學科的意識與再學習的能力。教師需要認真研究其他學科的知識及體系，積極尋找學科融合點并選擇合適的內容進行重新架構，以期在保留各學科特征的同時，制定出符合學生認知規律且能解決現實問題的一體化單元學習設計，使學生跨越學科壁壘多維度的認識世界，促進其全面發展，讓學科整合更具價值。跨學科學習設計是一項需要共同研討與團隊協作的工作，需要在學科間、學校間搭建團隊，共同學習，相互交流，以研究推動跨學科單元學習的實踐探索。