中學物理課程跨學科實踐主題的模型構建及實施路徑

馮 爽

（北京教育學院物理系，北京 100120）

隨著核心素養理念的提出，教學實踐的視角越來越聚焦如何發展學生應具備的，能夠適應終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力.［1］跨學科實踐教學的內容具有明顯的跨學科性和實踐性特點，與日常生活、工程實踐及社會熱點問題密切相關.這部分內容的設計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態度和樂于實踐、敢于創新的精神.

跨學科實踐的教學與實施，以及課程目標和育人方式的轉變，引起教師們的廣泛關注.一線教師缺乏相關的教學策略和實踐經驗，且大部分教師有根據自己學校和學生的特點開發跨學科實踐活動課程的需求，因此跨學科實踐的教學研究急不可待，對中學物理課程跨學科實踐主題的模型構建及實施路徑研究具有重要的現實意義.

1 跨學科實踐主題的模型構建

核心素養的教育理念強調問題的真實性、復雜性、綜合性，來源于生活，解決生活中的問題.跨學科實踐主題教學，與傳統教學具有顯著區別，跨學科實踐主題的創設應凸顯綜合性、應用性和真實性，更有利于培養學生分析、創造等思維和認識，引導學生運用多學科知識和方法解決問題，不斷提升學生的問題解決能力和實踐創新能力.

時事熱點問題是大眾關心討論的問題，是學生生活中的真實問題，也是學生求知欲很強的問題.真實問題往往涉及多學科知識的應用，而不是單個學科、割裂的知識，更能體現綜合性、應用性和真實性.跨學科實踐主題涉及事物的整體全貌，是可被觀測的事實，而非分割的各個學科知識.跨學科實踐并不否定學科教學，跨學科教學能夠幫助學生發現問題之間的關系，建立各知識領域之間的聯系，發現問題背后的意義.芬蘭認為以前的教學模式已不能滿足當前發展的需求，需要調整為適合21世紀的教育體制.芬蘭的課程將是類似“多角度理解第二次世界大戰”，或者“如何在咖啡館進行日常工作”這樣貼近現實，更有助于理解這個世界運作規律的教學.［2］

基于以上背景和思考，筆者構建了以時事熱點進行跨學科實踐教學來培養學生核心素養的模型和實施路徑（圖1）.

圖1 跨學科實踐主題的模型構建

1.1 綜合性

跨學科實踐主題的創設應凸顯多學科知識的綜合性.目前核心素養培養的研究涉及到的領域一般局限在學科教學內，對于跨學科的核心素養的培養涉及到的研究成果較少.跨學科實踐主題教學可以很好地彌補現有分科教學的不足和盲區.例如關于“科學探究”，在物理、化學、生物學科差異會對學生的學習帶來困擾.學生對于科學探究的認識、理解、應用有很大的局限性.跨學科實踐圍繞的真實問題往往涉及多學科知識的應用，而不是單個學科、割裂的知識，更能體現知識的綜合性.跨學科實踐從多學科的角度進行重新構建，使得知識邏輯結構更加符合學生的認知.可減少跨學科知識和內容的易混點和矛盾點，達到跨學科之間的一致性，同時體現了跨學科知識之間的聯系，降低不同學科在課堂教學的割裂感，有利于培養學生的核心素養.

另外，跨學科實踐主題和內容的創設也可以體現多個模塊知識的綜合性.學生在學習單個知識點時并不能很好地建立起知識網絡，導致單個知識學習之后留在記憶的是知識的散點，容易遺忘.跨學科實踐教學可打破原有教學章節體系，對知識內容進行二次重構，使學生對內容主題進行綜合的思考和學習，凸顯綜合性.例如，學生在學習力學時學習機械波，學習電磁學時學習電磁波，學習近代物理時學習引力波，這些內容分布于各個模塊，學生學習完之后仍停留在對原模塊的理解，并沒有有效地將這些內容建立聯系，因此學習效果不佳.而機械波、電磁波和引力波其實都是波，都具備波的屬性.如果構建“波”相關的主題進行教學，可使學生進一步深化理解物理觀念，提升核心素養，形成哲學觀點.波動是橫跨物理學不同領域的一種非常普遍而重要的運動形式.研究波動的意義遠遠超過了力學的范圍，振動和波的基本原理是聲學、光學、電工學、無線電學、天體物理等的理論基礎.有利于學生從哲學高度思考問題和感受世界.［2］

1.2 應用性

跨學科實踐課程所解決的問題并不是僅停留在紙面上的解題、設計、報告等，而是更強調應用、實踐和動手操作.核心素養的形成離不開真實問題情境的創設，跨學科實踐可以從多學科視角進行問題情景的創設，使問題情境更加豐富.在跨學科實踐中，學生在真實、綜合的情境中發現問題、提出假設，設計跨學科實踐方案，收集信息，提出證據；進行跨學科實踐活動并對活動方案、實施過程及結果進行初步解釋；并與學生共同合作交流，完成活動報告.在此過程中，學生能綜合理解所涉及的相關知識，用物理及其他學科知識解釋與生活、安全等有關的日常生活問題，同時可以探索一些簡單的工程與技術問題，分析與日常生活緊密相關的社會熱點問題，形成應用跨學科知識解決生活問題的能力.學生通過跨學科實踐中各種問題的解決過程，可將“片段化”的理論知識建構融入到事物整體之中，從而對事物形成完整認識，并形成解決問題的能力.跨學科實踐既著眼于發揮教師在課程設計中的主導作用，又強調學生在課程習得過程中的主體作用，與學生生活緊密結合，有利于提升學生的核心素養.

1.3 真實性

跨學科實踐主題的創設應凸顯真實性，使學生在真實的情境中思考，應用多學科知識解決的問題應是學生身邊真實的問題，而不是過高過大的學生能力不可及的問題.傳統課堂直接講概念、原理、科學研究方法等內容學生不愛聽，枯燥無味，效果不佳.跨學科實踐模型構建時可選取時事熱點問題或者學生生活中的真實問題.這些是大眾關心討論的問題，學生具有強烈的求知欲和興趣.密歇根大學就通過設立虛擬仿真實驗室，以在線教育的形式進行跨學科學習和協同教學.［3］在跨學科實踐教學中，可結合當地特點，圍繞現實生活和社會發展的熱點問題選擇和確定研究主題，引發學生的認知沖突，激發學生的求知欲和學習熱情，讓學生在跨學科實踐活動中學到知識、學會方法，養成良好的學習習慣，實現樂學善學.同時，要引導學生積極參與團隊協作，實現有效配合，提升學生的團隊意識和協作能力.通過跨學科實踐課程的學習，學生能開闊視野，提升自己的核心素養、信息檢索能力、口頭表達能力、團隊合作能力，還能通過報告、圖畫等成果展現出一定的綜合素養，課程形式多樣，生動有趣，學生學習熱情高漲.

2 跨學科實踐主題的實施路徑

2.1 跨學科實踐的內容選擇和設計

按照跨學科實踐的模型，其內容的選擇和設計應凸顯綜合性、應用性和真實性.貼近學生生活，關注學生的自主發展.在跨學科實踐教學中，可結合學生特點，圍繞現實生活和社會發展的熱點問題選擇和確定研究內容.

疫苗是與學生生活緊密聯系的話題，學生都會按照免疫規劃表進行卡介苗、百白破等疫苗接種，學生對接種疫苗并不陌生.師生對疫苗這一話題具有強烈的好奇心和求知欲.疫苗是涉及物理、化學、生物、技術、醫學、公民生活等多方面、跨學科、綜合性的生活真實問題.通過疫苗相關新聞、問題、知識的簡要介紹，引發學生思考，落腳點是培養學生的核心素養.筆者當下大家都很關心、渴望了解的疫苗作為跨學科實踐的內容主題為例進行介紹.以下以體現最為突出、聯系最為緊密的教學環節作為舉例說明跨學科實踐的實施路徑（如圖2所示），大部分環節同時兼具綜合性、應用性和真實性，并沒有否定涉及到的模型其他維度的教育價值，且處理方式并不唯一.

圖2 跨學科實踐主題的實施路徑

例如，通過對疫苗史和發展過程的簡單了解，使學生切實體會科學技術的發展帶來的社會進步，科技與醫學的進步幫助人類攻克了非常多的疾病，有效地激發學生的學習興趣.社會各界都非常關注疫苗研制和發展，然而研發疫苗是有一套標準程序的.要經過臨床前研究、臨床實驗、審批等環節.疫苗從開始研發到上市是一個嚴謹而漫長的過程.促進學生深刻理解科學研究方法思考，引發學生思考為什么研發疫苗需要如此嚴格的流程和方法，啟發學生對社會責任的思考.科學方法支配著知識的獲取和應用，是學生離開學校后學習與工作最有力的工具.［4］

2.2 跨學科實踐的實施過程

下面選取典型環節介紹跨學科實踐的實施過程.

（1）學生查閱資料.

課前教師將疫苗這一主題內容布置給學生，學生查閱疫苗發展史、關于疫苗的時事新聞、防護政策、疫苗研發流程方法、免疫規劃表等資料，進行深入思考和分類整理.學生們可以根據自己的能力水平，自主選擇多種方式，可以是查閱網絡新聞，可以是看專業書籍，可以是收看電視或者詢問長輩，也可以是咨詢鄰居，還可以是同學交流，既有自主學習思考、又有合作創新.

例如，以下是學生整理的疫苗發展史：天花是由天花病毒引發的高燒和皮膚出現膿皰為特征的傳染病，無特效藥治療，死亡率高.人們為了預防天花，早在宋代，我國的中醫利用天花患者的痘痂制成粉末，從鼻腔吸入進行接種.此后，隨著中西方交流增加，種痘術逐漸傳向日本及歐美等國家.18世紀，英國醫生愛德華·詹納注意到感染過牛痘的人不會感染天花，他將牛痘漿液接種到健康兒童身上，一段時間后，又給他接種天花病人的漿液，但這位兒童不受感染，從而證明了接種牛痘可預防天花.接種牛痘成為歷史上首次有記載的疫苗.之后全世界消滅了天花，這是人類通過接種疫苗消滅的第一種傳染病.自此，隨著微生物培養、物質分離提取、基因工程等生命科學和技術的發展，人類不斷開發出各種新型疫苗，疫苗的安全性和有效性也在不斷提高.當今，人類的平均壽命較以往有了明顯的延長，其中疫苗功不可沒.

通過對疫苗發展過程的簡單了解，使學生體會科學技術的進步，感受科學技術發展帶來的社會進步.疫苗使我們大大降低了感染疾病的幾率，人類的生活質量和醫療水平明顯的提高.歷史回顧可使學生從知識建立、概念規律完善修正的發展過程中認識它的必要性、局限性，進而深刻理解科學.［5］教學中教師應注意引導學生了解我國古代科技成果、關注我國最新科技進展，讓學生通過資料查閱、比較分析等實踐活動認識我國古代科技的悠久歷史和當代科技的輝煌成就，不斷提升學生的民族自豪感.

（2）課上主題學習.

教師在上課過程中，除注重學科知識的深度之外，還要注重學科知識的廣度，加強知識之間的聯系，也應有意識地在中學知識的基礎上加深拓展；還應注重多補充新知識，如最新科研成果、科研動態，加強與生活、生產實際的聯系.［6］

通過疫苗相關新聞、問題、知識的簡要介紹，使學生深入學習學科課程內容.如與物理、化學、生物等學科知識相關的內容：細胞、免疫、氣溶膠傳播、重力、摩檫力、病毒尺寸，顯微鏡原理、溫度、分子熱運動、蒸發、丁達爾效應、口罩過濾原理、物質結構、靜電吸附、過濾、溫度計原理、液化、氣化，擴散現象、氣壓、檢查病理需要肺部CT、X光、放射性、殺死病毒的方式（高溫消毒、紫外線消毒、酒精消毒）、武漢火神山醫院的氣壓設置、杠桿設計、公共場所使用熱成像儀，熱傳遞、熱輻射，疫苗為何需要冷鏈運輸…等.

教學中引發學生思考當前疫苗與早期疫苗的研發方法有何變化，如何應用科學知識提高自己的生活質量，在生活中進行決策以及如何通過實例培養核心素養等.學生根據課前的準備和思考，以及教師的講解，展開小組討論，充分發表自己的見解，并能理解、質疑其他同學的見解，培養學生的質疑創新以及小組合作等素養.

整個過程突出問題導向，重視遷移能力的培養.引導學生發現問題、提出問題、分析問題和解決問題，通過觀察、搜集資料、設計和分析、交流等活動，促進知識的跨學科遷移和整合，不斷提高學生的STS意識、科學思維和動手實踐能力.使學生綜合理解所涉及的相關知識；能用物理及其他學科知識解釋與健康、安全等有關的日常生活問題，分析與健康、環境等有關的社會熱點問題，具有應用跨學科知識解決生活問題的能力.在跨學科實踐中找出影響活動成效的主要因素，利用歸納或演繹的方法對跨學科問題進行推理、獲得結論，基于證據說明操作的合理性，在操作中獨立思考，提出自己的見解.引導學生“格物致理”“知行合一”，提升學生的核心素養.

（3）生活中應用和實踐.

說到生活決策，學生往往會認為是離自己很遠的事情，其實在疫苗這一跨學科實踐中就可以很好地讓學生體會如何應用科學進行生活決策.例如，除了免疫規劃表中要求學生必打的疫苗，自愿接種的疫苗比如流行性感冒疫苗是否打，什么情況打，這些都是學生個人的生活決策，應引發學生思考如何應用科學進行生活決策.

學生通過了解疫苗的研發流程，作用原理、疫苗的安全性，深刻體會到開發疫苗對于人類的意義.自己進行判斷和分析我們應以怎樣的行動來科學的進行防護，如何應用科學知識進行生活決策.學生在教師的啟發下，可繪畫美術作品、制作手寫報、撰寫研究報告或制作手工藝品等多種方式形成研究成果，促進了學生核心素養的發展.

3 小結

此次跨學科實踐教學活動面向全國的師生，取得了良好的效果.通過疫苗的跨學科實踐，落腳點是學生核心素養的提升，并深入認識跨學科知識及科學研究方法等.

教學過程中在落實學科知識和方法的同時，注重核心素養、遵循自然規律、尊重生命、熱愛生活、奉獻精神等方面的培養.促進了學生對科學的進一步深入理解和情感態度，學生說：“科學研究既是崇高的、偉大的工作，又是平凡的、艱辛的勞動.那些在科研領域中取得過偉大成就的科學家，都對科研的價值和意義、科研工作特有的規律以及科研工作的復雜性和艱巨性有著深刻的認識和理解”.

從學生所畫的真實的系列圖示、資料及學生的話語可以看出，通過跨學科實踐模型建構和教學實施，學生在跨學科知識的理解、科學技術改變人類的生活、如何應用科學進行生活決策、深化對科學研究方法的認識等方面有了顯著提升.

教師跨學科實踐教學時應凸顯綜合性、應用性和真實性，注重培養學生分析、創造、綜合、批判等思維和認識，引導學生運用多學科知識和方法解決問題，不斷提升學生的問題解決能力和實踐創新能力.這種結合時事熱點跨學科實踐也可拓展到生活中其他熱點問題，如安全用電問題、新能源電動汽車、核電站等，是培養學生核心素養的有效途徑.