智慧學習視域下初中物理跨學科實踐設計
——以“滯空型紙飛機的設計與制作”為例

關善超 宋志剛

（1.陜西師范大學教育學部，陜西 西安 710062；2.蘇州市陽山實驗初級中學校，江蘇 蘇州 215151；3.常州市鐘樓區教師發展中心，江蘇 常州 213016）

義務教育物理課程標準（2022年版）在課程內容上的一個重要改變即新增“跨學科實踐”主題，旨在發展學生跨學科運用知識的能力、分析和解決問題的綜合能力、動手操作的實踐能力.［1］物理跨學科實踐既要緊密結合物理教學內容，以物理學科為主題，又要體現綜合性和實踐性，是使學生物理核心素養落地的重要措施和大膽嘗試.然而作為新添加的課程內容，一線教師對跨學科實踐課程的設計仍處于摸索階段，實際教學效果并不理想，因此需要與之契合的教學理論指導.

1 智慧學習視域下的跨學科實踐教學設計

智慧教育是教育信息化、現代化、智能化發展的必然階段，是發展教育強國、實現“教育信息化2.0”及“教育現代化2035”的重要途徑.智慧學習是智慧教育的根本基石，秉持“精準、個性、優化、協同、思維、創造”的原則，讓學習者獲得適宜的個性化學習服務和美好的發展體驗.［2］智慧學習能力培養得好壞直接影響學生未來能否適應快速發展的智慧教育環境和能否避免智能學習環境下的認知迷航.［3］智慧學習鼓勵通過問題化和項目式學習的方式，基于學生個體差異設計教學活動，將個人自適應學習和小組合作探究學習相結合，從而促進個人智慧的開發和集體智慧的生長.［4］因此，智慧學習理論指導下的物理跨學科實踐課程，具有適應性好、契合度高的優勢，能很好地培養學生發現和解決問題的能力、促進學生的個性化發展和物理核心素養的提升.智慧學習既包括技術手段的智能化，還蘊含教育理念的智慧化.［5］智慧學習視域下跨學科實踐課程設計的基本邏輯如圖1所示，以智慧學習環境為基礎，融合智慧學習理念，以情景式、項目化等形式設計跨學科實踐活動的具體流程，力求技術與理念的深度融合，從真實情境出發，以項目為依托，設計出個性化強，自由度高、操作性強的高質量跨學科實踐活動.

圖1 智慧學習視域下的跨學科實踐基本邏輯關系圖

2 案例實踐：滯空型紙飛機的設計與制作

以“滯空型紙飛機的設計與制作”為例，展示如何將智慧學習理論和物理跨學科實踐課程相結合，并通過不同的活動環節，培養科學思維和科學態度與責任.

2.1 問題提出

隨著流體流速與壓強關系的學習，學生對生活中有關流速與壓強關系的應用有了一定的了解.能解釋噴氣式飛機飛行的基本原理，進而想到了飛機機翼形狀對飛機飛行的影響.不少學生在課間疊起了兒時常玩的紙飛機，在回憶童年的過程中，站在更高的角度思考紙飛機的飛行問題.在此氣氛下，教師順勢開展“滯空型紙飛機的設計與制造”的跨學科實踐活動，既有利于學生加深對氣動力學相關知識的理解，激發物理學習熱情，體驗科研工作中的艱辛與收獲，又有利于學生跨學科綜合知識的應用，提升工程思維和實際動手能力.

2.2 活動目的

以流體流速與壓強關系為理論指導，從生活真實情境出發，探究紙飛機滯空時間的影響因素.讓學生大膽猜想，盡可能嘗試多種的設計，然后依照設計完成紙飛機的制作.通過線上線下交流，在試飛過程中改進紙飛機模型，初步形成科學態度、工程思維及跨學科思考和解決實際問題能力.同時，了解世界各國飛機設計的前沿科技及祖國飛機設計事業的相關成就和光輝事跡，以此建立民族自信，激發學生愛國熱情和物理學習興趣，從小樹立科技報國的遠大志向.充分發揮物理學科育人的作用，堅定不移地落實立德樹人的根本任務.

2.3 活動方案

“滯空型紙飛機的設計與制作”是以物理學為主導學科展開的跨學科實踐活動.首先利用書籍和網絡等技術手段搜集飛機設計的相關資料，然后與8年級物理學習的流體流速與壓強知識相印證，將數學、工程技術學、勞動技術、美術、信息技術等學科知識綜合運用，最終設計制作一架具有濃厚個人色彩的“滯空型紙飛機”.接著在教室展示分享設計及改進過程，之后在操場進行紙飛機的試飛和評比活動.最后，在教室中對活動進行總結和思想升華.

2.4 實施過程

本跨學科實踐活動從內容上可分為課前動員制作和課上展示評價兩部分，采用線上、線下的混合式教學模式.為更好地達成教學目標，教學空間不局限于教室內，學生可在線上、家中和體育館進行教學活動，整個設計主要由以下4個活動組成.

活動1：招飛視頻引入，積聚愛國情懷.

教師通過對最近學生在教室內疊紙飛機的事件展開話題，然后播放2021年空軍招飛宣傳片.宣傳片中出現了各種中國最新型號的飛機：殲20、運 -20，以及即將揭開神秘面紗的轟－20.教師對這些飛機的功能、使用場景及作用進行激情洋溢的介紹后向學生提問：為什么不同功能的飛機外形也不相同，它們的機翼設計都有什么特點呢？我們也來設計制造一架自己的飛機吧.教師可以對飛機飛行姿態的影響做拋磚引玉式的點撥，如機翼面積、機翼仰角、機翼形狀，是否有尾翼等結構.最后提具體要求：自主設計制作滯空型紙飛機，比比誰的飛機滯空時間最長，并思考為什么？

設計意圖：通過生活化的情景引入話題，聯系了學生生活實際，讓活動的引入自然順暢.播放最新的空軍招飛宣傳視頻，既讓學生了解中國最新的飛機工業成就，增強民族凝聚力和自豪感，又可以通過觀察不同功能的飛機造型，引發學生的思考，激發學生的探索欲望和學習興趣，為本次跨學科實踐的主題提供一點啟示，很好地達到活動動員的效果.同時，由于活動的自由度較高，教師的適度提示有利于打開學生的思維廣度，拋磚引玉，引導學生往學科方向進行探索.

活動2：巧用教學平臺，逐步完善成果.

教師利用Classin教學平臺，將接下來要做的任務在平臺上發布：可使用紙張、膠水、剪刀等工具設計制作滯空型紙飛機.思考紙飛機滯空時間的影響因素并改進設計方案，可在平臺內進行線上討論交流.將制作的紙飛機拍照上傳到作業系統，供大家欣賞、學習及點評.

待學生將制作的飛機上傳到平臺后，教師借助Classin平臺的統計功能可以直觀了解學生的參與度及作業提交等情況，并對學生的作品進行初步點評，然后再給學生一定的時間進行作品完善，為接下來的課堂展示評價做準備.

設計意圖：紙飛機的設計和制造需要在網上查閱資料的基礎上自主制作完成，利用學生空余時間在家中自覓器材完成設計和制作無疑是最好的方案，同時可以避免學生在一起時思路的相互干擾.但家中制作紙飛機最容易帶來的兩個問題即交流不暢和監督不易.借助Classin智慧教學平臺，可以很好地解決以上兩個問題.Classin教學平臺打破時空束縛，便于師生隨時隨地在平臺上進行交流討論.同時，Classin教學平臺為學生提供專屬的多元化作品展示方式，支持文字、圖片及視頻格式的作業上傳系統，滿足學生個性化的展示需求，便于學生間的相互學習借鑒及教師針對性的點評.大數據的實時統計，使教師清晰掌握學生參與情況（圖2）.線上教學平臺的引入避免了學生將制作好的飛機帶去學校討論后再帶回家里改進制作的尷尬局面，大幅降低學生時空變換頻率，為學生預留更多的時間和精力去一輪輪改進完善作品（圖3）.

圖2 學生參與度及教師點評

圖3 學生時空變換情況

活動3：成果展示評價，激蕩思維火花.

教師讓學生在講臺上展示其設計的飛機，并分享其設計、制作和改進過程中的心得體會（圖4）.該部分是整個活動的精華濃縮部分，能充分體現本次跨學科實踐活動的實踐成果，是最具生成性的核心教學環節.為此教師需隨機應變，適時引導學生表達出制作過程中的心理和思維變化.

圖4 學生上臺交流及成果展示

設計意圖：線下展示活動是整個跨學科實踐的核心環節，學生的展示充分體現了課堂自由度和開放性，不同的設計和涂裝盡顯差異化.該環節涌現了大量的課堂生成：有學生提到了同樣的飛機設計，材料和制作細節對飛行有很大影響；有學生系統性研究了飛機機翼夾角對飛行的影響；有學生受003航母電磁彈射啟發，設計制作了用橡皮筋彈射起飛的飛機，并在機身上涂上了81192的編號，用以紀念“海空衛士”王偉烈士.學生在教室內熱情洋溢地交流設計思路和制作心得，課堂精彩生成不斷，既鍛煉了學生的語言表達能力和科學探索精神，又滲透了工程思維、實驗探究，更有愛國之心和報國之情.

教室展示交流完成后，進入學生最期待的操場試飛環節.班級全體成員移步體育館，在體育館內分組放飛親手制作的紙飛機，另選一組學生進行計時（圖5）.經過幾輪試飛，滯空時間最長達到了14.6 s.

圖5 體育館內放飛飛機

設計意圖：操場放飛飛機，是對飛機滯空性能的直接考驗.如果說教室內的展示交流是過程性評價的話，放飛活動就是終結性評價.學生在放飛飛機的過程中發現新的問題，并嘗試現場解決問題，鍛煉學生遇到突發情況時的判斷和解決問題能力.在此過程中讓學生體會到理論和實踐之間的差距，培養正確的科學態度.

活動4：重溫輝煌成就，立志學習報國.

重新回到教室后，教師根據滯空時間長短選出滯空時間最長的兩位學生，給他們頒發了本次跨學科實踐活動的獎勵——殲20飛機模型和教師寄語（圖6）.然后播放視頻《大國工匠》有關運-20的設計制造過程，通過數字化設計、數字化裝配，我國創造了3年設計，5年首飛，8年交付的中國速度，勉勵學生從小樹立學習強國，科學報國的遠大志向.

圖6 殲20模型及教師寄語

設計意圖：在體育館放飛活動后需要讓有點躁起來的氣氛冷卻，將活動主題升華，不把活動停留在只是“熱鬧”的層面上.為學生選擇殲 -20模型和教師寄語作為最終獎勵，充分調動了學生的愛國熱情和民族自豪感.同時，借著放飛中遇到的種種問題讓學生對飛機設計和制作難度有了親身的體驗，進而對運- 20設計制作中創造的中國速度有了直觀感受，對航空航天科研工作者產生崇拜之情和向往之意，趁勢引導學生走向科技報國的道路.將物理學科育人在活動中充分滲透，貫徹立德樹人的總體目標.

3 總結反思

本次跨學科實踐活動分為線上線下兩部分，采用混合式學習展開，打破了時空限制.在活動設計中以智慧學習理論為指導，充分考慮活動的開放性、自由度及差異化，同時兼顧科學性和操作性.通過學生熟悉的真實情景出發，以項目化的方式展開整個跨學科實踐活動.并根據教學目標需要，選擇合理的技術與活動，極大地提高了活動的參與度和課堂效率.智慧學習理論指導下的跨學科實踐活動設計更加科學高效，在智慧環境下通過學科特點引導激發學生內在學習動機，能更好地提升學生學習效果.［6］在活動設計中重點關注學生的自主探究，科學實驗，于無聲處滲透科學態度和責任.通過對祖國前沿科技的介紹，激發了學生的愛國熱情和民族自豪感，引導學生學習強國，科學報國，教學目標達成度良好.