基于課程標準的跨學科主題學習設(shè)計與評價研究
——以物理、生物跨學科實踐融合創(chuàng)新實驗為例

潘書朋 湯金波

（1.萊州市玉皇中學，山東 萊州 261400；2.南京師大附中樹人學校，江蘇 南京 210000）

我國當前基礎(chǔ)教育課程改革的根本任務(wù)是構(gòu)建信息時代的課程體系，走向“跨學科學習”將是本次課程改革的重點與“亮點”，重構(gòu)課程體系是今日課程改革的關(guān)鍵。［1］本文在解讀2022 年版義務(wù)教育課程方案以及物理、生物、科學等學科課程標準的基礎(chǔ)上，以物理、生物跨學科實踐融合學生自主創(chuàng)新實驗為例，嘗試進行“基于課程標準的跨學科主題學習設(shè)計與評價研究”。

一、基于課程標準的跨學科主題學習設(shè)計與評價研究思路

2022 年版義務(wù)教育課程標準的突出亮點和重要標志是確立了“核心素養(yǎng)觀”，即讓課程目標始終聚焦于培養(yǎng)學生在真實情境中解決復(fù)雜問題的高階思維，也就是培養(yǎng)學生可普遍遷移的正確價值觀、必備品格和關(guān)鍵能力，讓課程走向創(chuàng)造化，學生通過創(chuàng)造和再創(chuàng)造知識而學習知識。［2］2022 年版義務(wù)教育課程方案提出“加強課程綜合，注重關(guān)聯(lián)”的課程設(shè)計原則，指出要“加強課程內(nèi)容與學生經(jīng)驗、社會生活的聯(lián)系，強化學科內(nèi)知識整合，統(tǒng)籌設(shè)計綜合課程和跨學科主題學習。加強綜合課程建設(shè)，完善綜合課程科目設(shè)置，注重培養(yǎng)學生在真實情境中綜合運用知識解決問題的能力”。［3］

強化課程的綜合育人價值，大力倡導(dǎo)跨學科學習，有效培養(yǎng)學生在真實情境中解決復(fù)雜問題的能力，是義務(wù)教育新課程的顯著特點。跨學科主題學習活動要圍繞“跨學科概念”進行科學設(shè)計與實施，讓學生真正走向深度學習，形成可遷移的“跨學科理解”，體驗“創(chuàng)中學”的樂趣。［3］以下是“基于課程標準的跨學科主題學習設(shè)計與評價研究流程圖”（見圖1）。

圖1 基于課程標準的跨學科主題學習設(shè)計與評價研究流程圖

首先要創(chuàng)設(shè)真實、復(fù)雜的問題情境。由于單一學科觀點無法去認識世界、去創(chuàng)新創(chuàng)造，為此，在梳理學科課程標準和教學內(nèi)容的基礎(chǔ)上，要進一步思考：哪些課程標準是長期的單一學科教學中得不到有效落實的？需要跨學科觀點才能更好達成理解的學科內(nèi)容有哪些？哪些需要其他學科知識觀點支持？哪些需要與現(xiàn)實生活進行連接？

其次，要依據(jù)學科與學科間、學科與生活間探究關(guān)聯(lián)點，生成探究主題確定探究目標。梳理課程標準，構(gòu)建跨學科知識網(wǎng)絡(luò)是跨學科主題學習的邏輯起點。通過分析和挖掘物理與其他學科的內(nèi)在聯(lián)系，整合相關(guān)內(nèi)容，提煉跨學科大概念，精心選擇和設(shè)計讓學生感興趣的研究內(nèi)容，讓學生在分析問題鏈或完成任務(wù)串中發(fā)展跨學科核心素養(yǎng)。

再者，聚焦探究目標設(shè)計驅(qū)動性任務(wù)，開展持續(xù)的教學評一致性活動。學生以4-6 人為一組，每人配備學習任務(wù)單、學習問題生成單、學生活動單、學習情況評價量表。在真實情境下，以小組為單位，以驅(qū)動性問題為導(dǎo)向，通過分析階梯性驅(qū)動問題和完成項目式分組任務(wù)來重構(gòu)知識體系，實現(xiàn)知識的遷移和運用，激發(fā)學生學習的主動性。

最后，綜合評估學生對驅(qū)動性任務(wù)的深度理解。綜合評估學生學科基礎(chǔ)和跨學科體驗，展示學生跨學科主題學習的成果。

二、基于課程標準的物理生物跨學科主題學習設(shè)計與評價

（一）物理生物融合學生自主創(chuàng)新實驗跨學科主題學習設(shè)計

在進行與“跨學科實踐”有關(guān)的教學中，要注意選擇具有綜合性和實踐性的課題，制定合理的實踐方案，引導(dǎo)學生進行跨學科實踐，同時注意控制學生的課業(yè)負擔，促進學生全面發(fā)展。［4］以下是“基于課程標準的物理生物跨學科主題學習設(shè)計與開發(fā)網(wǎng)絡(luò)圖”（見圖2）。

圖2 基于課程標準的物理生物跨學科主題學習設(shè)計與開發(fā)網(wǎng)絡(luò)圖

下面選取幾個主題闡述如何進行“物理生物融合學生自主創(chuàng)新實驗跨學科主題學習設(shè)計”。

主題1：眼睛和眼鏡

（1）創(chuàng)設(shè)真實復(fù)雜的問題情境

眼睛是心靈的一扇窗，它是我們內(nèi)心通向世界的窗口。因為我們有一雙明亮的眼睛才能看到這美好的一切。有些人的眼睛只能看清近處的物體，而不能看清遠處的物體，我們稱之為近視眼。也有些人只能看清遠處的物體，而看不清近處的物體，我們稱之為遠視眼，遠視眼多發(fā)生在老年人身上。無論近視眼還是遠視眼，都給人們的學習和生活帶來諸多不便。

那么，眼睛的結(jié)構(gòu)與功能是什么？近視眼和遠視眼是怎樣形成的？人們又是通過什么辦法進行矯正的？讓我們好好保護眼睛，保護這寶貴的心靈之窗，讓它更加明亮。只有這樣，我們才能看到更加美麗的世界，更加燦爛的明天。

（2）梳理學科課程標準教學內(nèi)容

表1 物理、生物、科學關(guān)于近視眼的課程標準教學內(nèi)容

（3）生成探究主題確定探究目標

◎科學觀念：了解眼睛的結(jié)構(gòu)與功能，解釋眼睛視物原理。

◎科學思維：通過探究實踐知道近、遠視眼的成因及矯正。

◎科學探究：設(shè)計創(chuàng)新實驗探究近、遠視眼成因及矯正方法。

◎責任態(tài)度：調(diào)查近視眼的發(fā)病率，樹立保護視力的意識，學會科學佩戴眼鏡。

（4）聚焦探究目標設(shè)計驅(qū)動性任務(wù)

◎任務(wù)1.通過資料查閱，了解眼睛的結(jié)構(gòu)與功能，解釋眼睛視物的原理。

◎任務(wù)2.通過探究實踐，解釋近、遠視眼成因及矯正方法。

◎任務(wù)3.通過調(diào)查研究，了解你所在學校、班級的近視眼發(fā)病率，調(diào)研近視眼的危害，撰寫調(diào)查報告。

◎任務(wù)4.知道科學用眼的方法措施，了解科學佩戴眼鏡的基本流程，制作一期宣傳“科學用眼預(yù)防近視”的海報或手抄報。

（5）開展持續(xù)的教學評一致性活動

◎計劃活動。本次活動分三個階段完成：第一階段（課內(nèi)）：完成任務(wù)1、2。第二階段（課外）：完成任務(wù)3、4。第三階段（課內(nèi)）：各小組交流展示學習成果，反思交流調(diào)查研究過程中的困難和成功，修正調(diào)查報告。

◎分工協(xié)作：實踐活動小組，明確學習任務(wù)，做好分工與協(xié)作。各小組根據(jù)活動的要求以及任務(wù)的安排，制定詳細可操作性的活動計劃、按照計劃做好調(diào)查研究前的準備工作，合作開展探究調(diào)研活動。

創(chuàng)新實驗1：利用水透鏡探究近、遠視眼成因及其矯正。將蠟燭、水透鏡（相當于晶狀體）、光屏（相當于視網(wǎng)膜）依次擺放在光具座上（圖3），點燃蠟燭，使燭焰、凸透鏡和光屏三者中心在同一高度。將蠟燭放在離水透鏡較遠的位置，移動光屏直到屏上出現(xiàn)燭焰清晰的像，記下此時光屏所在的位置。用注射器往水透鏡里加適量水，觀察透鏡形狀變化，此時屏上的像變得模糊，移動光屏，找到像所在的位置，觀察光屏是靠近還是遠離透鏡。將光屏移動回原來的位置，在燭焰和水透鏡之間，選擇“佩戴”一副眼鏡，前后移動，直到光屏上出現(xiàn)清晰的像，分析光屏與透鏡距離的變化。從水透鏡里往外抽取適量水，重復(fù)以上實驗步驟。

圖3 利用水透鏡探究近視眼和遠視眼的成因

（6）綜合評估學生對驅(qū)動性任務(wù)的深度理解

◎同伴交流。與同伴交流眼睛成像的原理，近、遠視眼產(chǎn)生的原因及其矯正的方法。交流你撰寫的調(diào)查報告，展示制作的宣傳海報或手抄報，和同學們談?wù)劚敬握{(diào)研活動的體會與收獲。根據(jù)你的學習成果展示和交流匯報，聽取同伴提出的修改建議。

◎教師評價。教師給予科學的指導(dǎo)評價和建設(shè)性修改意見。

◎自我反思。咨詢老師和同學，了解還有那些雜志、書籍和網(wǎng)站能檢索到更豐富、更全面的資料。根據(jù)同伴與老師的評價意見，反思修正自己的調(diào)查報告。

主題2：肺部負壓的利用

創(chuàng)新實驗2：自制肺部呼吸模擬器。將塑料瓶從中間一截為二，取上半部分備用。拿出一只氣球先將口部打結(jié)，并將底部剪掉，然后將打結(jié)的半截氣球包住塑料瓶，可以用橡皮筋纏緊。取出另外一個氣球，將它套入吸管一些，然后用皮筋將口部扎緊，接下來將瓶蓋中間打個洞，然后把吸管穿過去，為防止漏氣，用橡皮泥封口。小心地將吸管上的氣球塞進瓶子并擰緊蓋子，肺部呼吸模擬器就做好了。現(xiàn)在拿起瓶子，拉動外面的氣球，觀察瓶子里面的氣球隨著外面氣球的一拉一放出現(xiàn)的現(xiàn)象。你能解釋一下其中的科學道理嗎？

主題3：毛細血管的生理結(jié)構(gòu)

創(chuàng)新實驗3：會爬坡的顏色

實驗材料：3 個透明玻璃杯（裝有等量的水）、水彩筆、膠帶、3 張不同質(zhì)地的紙（竹纖維紙、餐巾紙、A4 紙）

實驗方法與步驟：首先將三張不同材質(zhì)的紙片裁剪長度、寬度都相同，然后在紙片的中間偏下一點的位置，用水彩筆各畫一條橫線。將紙條用膠帶粘到鉛筆或小棍上，下端浸入水中（水面離那條橫線處相隔2厘米）。

靜置一段時間后，將三張紙條取出，可以看到竹纖維的紙（左側(cè)）色素爬坡最快，餐巾紙（中間）色素爬坡比較慢，A4 紙色素爬坡最慢（右側(cè)）（圖4）。

圖4

毛細現(xiàn)象是日常生活中常見的水流動現(xiàn)象。如生活中的一些用品、動物體內(nèi)網(wǎng)狀管道、植物根莖輸送水分，都能發(fā)現(xiàn)水對抗地心引力，反其道而行，而產(chǎn)生水往高處爬的奇異現(xiàn)象。本實驗中的水也會隨著不同類型紙張的毛細纖維孔上升（實驗室濾紙效果最好），水性筆的顏色也會隨之“上爬”，不同顏色的擴散速度不同，出現(xiàn)了漂亮的多彩紙條。

（二）物理生物融合學生自主創(chuàng)新實驗跨學科主題學習評價

1.過程性評價

為及時改進學生的實驗操作，對于學生進行的自主創(chuàng)新實驗，需要進行科學合理的評價。評價遵循“不與人比較，只與自己比較”的原則，讓學生通過自身的評價結(jié)果變化來更清楚地認清自我，進而作出更有利于自身發(fā)展的調(diào)整。科學評價最重要的一點是要基于課程標準要求來確定核心素養(yǎng)的評價內(nèi)容（科學觀念、科學思維、科學探究、科學態(tài)度與責任）和評價要素。對于每一個評價要素的評價，要結(jié)合具體的課程主題，選取若干個基本點（不是全部），確定表現(xiàn)性任務(wù)，并將其細化為若干評價標準，進行師生觀測評價并賦予一定的分值，實現(xiàn)課程學習的成績等級+評語制評價。

例如，在“利用水透鏡探究近、遠視眼成因及其矯正”實驗探究中，針對“科學探究”素養(yǎng)要求，可以設(shè)計如下評價標準。

評價要素1：提出問題［8］

【表現(xiàn)性任務(wù)1】能夠基于真實的生活情境，提出有思維度的問題，進行合理的猜想和假設(shè)。

【評價標準分級描述】優(yōu)秀：善于從“眼睛和眼鏡”生活現(xiàn)象中發(fā)現(xiàn)和提出兩個或兩個以上的問題，進行猜想并說出理由，有解決問題的興趣和熱情。合格：能從“眼睛和眼鏡”生活現(xiàn)象中至少發(fā)現(xiàn)和提出一個相關(guān)的問題，進行猜想并說出理由，有解決問題的興趣和熱情。需改進：對從“眼睛和眼鏡”生活現(xiàn)象中熟視無睹，提出的假設(shè)和問題不相符，解決問題的興趣和熱情不高。

【表現(xiàn)性任務(wù)2】明確實驗?zāi)康模O(shè)計具體的實驗探究方案。

【評價標準分級描述】優(yōu)秀：能依據(jù)特定情境和具體條件，制定出科學合理的實驗方案，并具備在特定情境和復(fù)雜條件下的良好行動力。合格：能依據(jù)特定情境和具體條件，制定出科學可行的實驗方案；在復(fù)雜環(huán)境中行動的能力一般。需改進：不能選擇制訂探究方案（有部分錯誤）；沒有在復(fù)雜環(huán)境中行動的能力。

評價要素2：收集數(shù)據(jù)［8］

【表現(xiàn)性任務(wù)】收集數(shù)據(jù)并如實記錄，正確規(guī)范操作。

【評價標準分級描述】優(yōu)秀：積極與小組內(nèi)同學合作進行“探究近、遠視眼成因及其矯正”等活動，有非常完整的數(shù)據(jù)記錄表格，認真做好實驗探究的數(shù)據(jù)記錄和分析。合格：積極與小組同學進行“探究近、遠視眼成因及其矯正”等活動，數(shù)據(jù)記錄表格基本完整，能夠做好實驗探究的數(shù)據(jù)記錄。需改進：基本能參與探究活動，基本不進行討論，數(shù)據(jù)記錄表格不完整甚至存在錯誤，基本不做實驗探究的數(shù)據(jù)記錄。

評價要素3：分析解釋［8］

【表現(xiàn)性任務(wù)】分析實驗數(shù)據(jù)，驗證假設(shè)，考慮實驗的控制變量法分析得出實驗結(jié)論。

【評價標準分級描述】優(yōu)秀：能理解和掌握有關(guān)“探究近、遠視眼成因及其矯正”基本的科學原理和方法；尊重在科學探究中觀察到的事實和收集到的證據(jù)，培養(yǎng)良好的求知態(tài)度和嚴謹?shù)闹螌W理念。合格：基本了解有關(guān)“探究近、遠視眼成因及其矯正”基本的科學原理和方法；可以尊重事實和證據(jù)，具備一定的實證意識和求知態(tài)度。需改進：對“探究近、遠視眼成因及其矯正”的相關(guān)基礎(chǔ)知識和科學原理比較模糊；在科學探究中操作不夠嚴謹。

評價要素4：交流評估［8］

【表現(xiàn)性任務(wù)】能夠?qū)嶒灢僮鬟M行反思評估，提出修改建議，并設(shè)計改進性創(chuàng)新實驗。

【評價標準分級描述】優(yōu)秀：能積極參與組內(nèi)及組間的交流評估活動，善于發(fā)言，互相交流，能將自己的成果與他人分享，設(shè)計的改進實驗非常具有創(chuàng)新性，例如：利用水透鏡探究近視眼、遠視眼成因及其矯正。合格：能積極參與組內(nèi)及組間的交流評估活動，善于發(fā)言，互相交流，設(shè)計的改進實驗有一定創(chuàng)新性。需改進：基本能參與組內(nèi)及組間的交流評估活動，不會設(shè)計改進性的創(chuàng)新實驗。

2.結(jié)論性評價

結(jié)論性評價的目標是檢測學生在義務(wù)教育階段結(jié)束時的學業(yè)成就，為初中畢業(yè)和升學提供重要依據(jù)，為評價區(qū)域和學校的教學質(zhì)量提供參考，為改進教學提供指導(dǎo)，體現(xiàn)立德樹人、服務(wù)選才、引導(dǎo)教學的評價理念。［5］試題命制要按照“明確測評目標——預(yù)測試題的難度水平——確定測試題目的題型——明確試題情境任務(wù)——確定測試題目的評分標準”的流程來進行。［9］

例1：“創(chuàng)新實驗1.利用水透鏡探究近、遠視眼成因及其矯正”原創(chuàng)試題命制

（1）比較近視鏡和遠視鏡有什么不同？它們對光各有怎樣的作用？

◎題型：問答題

◎測試指標：科學探究

◎試題情境：跨學科融合實驗情境

◎試題來源：原創(chuàng)

◎預(yù)估難度：0.50

◎使用年級：8-9 年級

◎參考答案：見評分標準

（2）往水透鏡中加入適量水，透鏡的形狀會發(fā)生怎樣的變化？透鏡的偏折能力和焦距會有什么變化？像成在光屏之前還是之后？用近視鏡還是遠視鏡進行糾正？反之，從水透鏡中向外抽取適量水后，又會發(fā)生怎樣相應(yīng)的變化？

◎題型：問答題

◎測試指標：科學探究

◎試題情境：跨學科融合實驗情境

◎試題來源：原創(chuàng)

◎預(yù)估難度：0.70

◎使用年級：8-9 年級

◎參考答案：見評分標準

例2：“創(chuàng)新實驗2.自制肺部呼吸模擬器”原創(chuàng)試題命制

（1）請你描述瓶子里面的氣球隨著外面氣球的一拉一放出現(xiàn)的現(xiàn)象。

（2）你能解釋一下肺部呼吸時其中的科學道理嗎？

◎題型：問答題

◎測試指標：科學探究

◎試題情境：跨學科融合實驗情境

◎試題來源：原創(chuàng)

◎預(yù)估難度：0.60

◎使用年級：8-9 年級

◎參考答案：見評分標準（請你嘗試進行填寫）

三、結(jié)語

通過物理生物跨學科實踐融合學生自主創(chuàng)新實驗，強調(diào)不同學科知識點的學習和綜合運用，能有效提升學生的創(chuàng)新性和創(chuàng)造能力。在跨學科主題學習中，教師需要將物理實驗與生物實驗融合的重要性凸顯出來，積極輸入學科知識點交叉的觀念，統(tǒng)籌物理實驗和生物實驗融合的內(nèi)容、過程，最大限度地提高物理與生物融合學生自主創(chuàng)新實驗的實效性，全面提升學生的科學素養(yǎng)。［10］