自主學習視域下跨學科實踐活動案例分析*
——以“魚缸水處理”為例

丁 健

“自主學習”是學習者旨在達成自己的目標，由自身發(fā)動的持續(xù)的有一定導向性的認知、情感、行動的過程。將學生培育成為“自主學習者”是一個復雜的、長期的發(fā)展過程。從課堂實踐來看，學生在自主學習過程中會不斷地產(chǎn)生疑問，不斷地去解決問題，在這個過程中實現(xiàn)能力的發(fā)展和素養(yǎng)的提升。下面筆者結合“魚缸水處理”教學案例淺談一下自主學習視域下的初中跨學科教學。

一、突出問題導向，重視學生遷移能力的培養(yǎng)

在“跨學科實踐”主題教學中，教師可以創(chuàng)設具有綜合性、實踐性和開放性的真實問題情境，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(chuàng)新能力。

案例1：引入新課“瓶吞雞蛋”實驗。

師：雞蛋被“吞入”瓶中？同學們能否用物理或化學知識來解釋這個現(xiàn)象？

生：燃燒消耗了瓶內氧氣；燃燒使瓶內的氣體受熱膨脹，一部分空氣跑到瓶外，用雞蛋封住瓶口，當燃燒后，瓶內氣體溫度降低，壓強減小，此時瓶內氣壓小于瓶外氣壓，在大氣壓的作用下雞蛋被壓入瓶內。

師：消耗1 個氧氣分子，產(chǎn)生1 個二氧化碳分子，氣體體積幾乎不變。結合化學學科，請同學們探討空氣中氧氣體積的測量。

教師隨后展示魚缸系統(tǒng)并提出需要解決的問題：怎樣增加水中含氧量以提高魚的存活率？教師引導學生分組討論，用所學的化學、物理與生物知識，解決以上問題。

設計意圖：在物理課堂上出現(xiàn)化學知識，提高了學生的學習興趣。同時，魚缸增氧系統(tǒng)的創(chuàng)設，聯(lián)系了真實問題情境，從而引導學生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題。

二、貼近學生生活，關注學生的自主學習過程

案例2：增加水中含氧量的化學方案。

教師展示魚缸系統(tǒng)。提出問題：如何增加水中含氧量？

學生自主學習過程如下：

學生首先想到用電解水實驗來制造氧氣。學生先用大頭針作為電極做電解純水實驗，發(fā)現(xiàn)純水的反應速率太慢。然后學生從化學實驗中想到可以用酸堿鹽溶液來加快電解水的速度。通過與老師的交流，學生明白不能用食用鹽，因為會反應生成有毒的氯氣（Cl2），而氫氧化鈉（NaOH）有一定的腐蝕性，最后采用小蘇打（NaHCO3）溶液實驗。于是，學生配置了濃度為1%的NaHCO3溶液。

在這個過程中，有學生提出問題：電解水的氣體產(chǎn)生速率是否與NaHCO3濃度有關？隨后，學生分組配置了濃度分別為1%、2%、3%、4%、5%的五杯溶液。他們給五杯溶液分別連入相同電壓的電源進行實驗。經(jīng)過一段時間的反應出現(xiàn)了這樣的問題：作為正極的大頭針會與溶液反應，被腐蝕后阻止氧氣的產(chǎn)生。學生查閱資料后得知，大頭針的材質是鐵，其作為正極會發(fā)生化學反應生成Fe（OH）2。因而他們考慮使用較穩(wěn)定的導體替代，最終選用鉛筆芯作為正極，負極還是用大頭針，便于收集氣體來完成驗證電解水氣體產(chǎn)生速率是否與NaHCO3濃度有關的實驗。

接著，學生使用電壓為3V 的電池組電解水，反應速率較慢。此時，學生提出可以用控制變量的物理方法來完成這個實驗。學生猜想的變量有電源的電壓、電極間的距離、電解質的濃度和電解質的種類等。

于是，筆者找來了電壓為9V的學生用電源替代，速率明顯增快。學生在控制了電源的電壓、電極間的距離和電解質的種類后發(fā)現(xiàn)，使用較小較細試管可以看到氣體的量增加明顯。從實驗的現(xiàn)象中，學生發(fā)現(xiàn)NaHCO3溶液的濃度越高，反應速率越快。

在實驗中，由于氣體產(chǎn)生量少，學生因此想到了增加溶液的濃度，減少電極間的距離，增加電源電壓，尋找小試管來收集氣體等。大頭針的設計方案方便氣體的收集，但實驗中發(fā)現(xiàn)正極會發(fā)生化學反應產(chǎn)生沉淀物（氫氧化鐵），因此改為負極收集氫氣。在此過程中，學生深刻體會到理論與實際的差別，感悟到動手實驗的重要性。在整個過程中，教師要密切關注學生的進展，及時提供幫助。

在跨學科實踐教學中，教師還應注意引發(fā)學生的認知沖突，激發(fā)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(yǎng)成良好的學習習慣，實現(xiàn)樂學善學。同時，教師還要引導學生積極參與團隊協(xié)作，實現(xiàn)有效配合，提升學生的團隊意識和協(xié)作能力。

三、拓展教學資源，提升學生的社會參與能力

案例3：設計一個自動的增氧循環(huán)系統(tǒng)。

器材：12V 直流水泵、2m 水管等，魚缸容器自行選擇設計。

1.小組進行展示，通過流動的水增加水中的含氧量。引導學生從物理學知識（重力、液體壓強、能量守恒定律等）來解釋裝置原理。

2.教師展示增氧泵原理，從美學的角度評價小組的設計。

3.教師展示循環(huán)流水魚缸，其既能增加水的含氧量，又能體現(xiàn)美學。

學生組裝并解密，展現(xiàn)物理美學以及物理原理：二力平衡。

學生課前通過自主搜集，獲取了大量有用信息，從而增加了課堂內容的綜合性、實踐性和拓展性，也讓學生真正體會到了“從生活走向物理，從物理走向社會”。

在自主學習視域下，跨學科實踐活動要充分發(fā)揮學生的主體性，活動設計應為學生創(chuàng)造體驗機會，引導學生自我反思。