以素養(yǎng)為本的跨學(xué)科主題教學(xué)整體設(shè)計
——以“水火箭打靶”為例

廣東省深圳市光明區(qū)理創(chuàng)實驗學(xué)校 王傳俊

一、研究背景

《義務(wù)教育課程方案（2022年版）》提出開展跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)，要求各學(xué)科跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)活動要不少于10%。由于跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)不同于傳統(tǒng)的學(xué)科教學(xué)，在主題開發(fā)、教學(xué)設(shè)計、學(xué)習(xí)指導(dǎo)等方面教師都比較陌生，需要一定的探索與積淀。在聚焦核心素養(yǎng)原則指導(dǎo)下，如何對具有生活價值的真實性跨學(xué)科主題進行教學(xué)設(shè)計就成為目前教師亟須研究的課題。本文意在探索針對跨學(xué)科主題教學(xué)的整體設(shè)計框架，并以“水火箭打靶”這一跨學(xué)科主題的教學(xué)整體設(shè)計為例來闡釋這種框架。

二、概念界定

整體設(shè)計是一種系統(tǒng)化的教學(xué)規(guī)劃過程，是對教與學(xué)的各元素進行系統(tǒng)規(guī)劃，以確保學(xué)生在整個學(xué)習(xí)過程中能夠獲得連貫、統(tǒng)一的學(xué)習(xí)體驗。整體設(shè)計強調(diào)各教學(xué)元素之間的有機聯(lián)系和互相支持，以實現(xiàn)教學(xué)目標、優(yōu)化教學(xué)效果。

三、設(shè)計框架

主要從所跨學(xué)科、教學(xué)設(shè)計說明、學(xué)習(xí)目標、學(xué)習(xí)評價設(shè)計、學(xué)習(xí)環(huán)境、學(xué)習(xí)任務(wù)或活動設(shè)計、作業(yè)設(shè)計、教學(xué)結(jié)構(gòu)圖等方面進行設(shè)計。（見表1）

表1 跨學(xué)科主題教學(xué)的整體設(shè)計框架

四、設(shè)計案例

以下以“水火箭打靶”這一跨學(xué)科主題來說明教學(xué)的整體設(shè)計。

（一）涉及學(xué)科

1.物理學(xué)科

主要涉及：（1）氣體壓強等物理知識和運動規(guī)律；（2）箭體水量、發(fā)射角度、發(fā)射氣壓各因素與落點關(guān)系的研究。

2.數(shù)學(xué)學(xué)科

主要涉及：（1）火箭落點分布的統(tǒng)計描述；（2）定水量、定角度情況下的發(fā)射氣壓值與發(fā)射距離關(guān)系的測算；（3）定水量、定氣壓情況下的發(fā)射角度與發(fā)射距離關(guān)系的測算。

（二）主題設(shè)計說明

本主題設(shè)計主要有以下幾個方面的依據(jù)：

1.物理課程標準

物理課程標準對于跨學(xué)科實踐方面在學(xué)業(yè)要求上提出：（1）能在跨學(xué)科實踐中綜合認識所涉及的知識；（2）能在跨學(xué)科實踐中嘗試找出影響活動成效的主要因素，能運用簡單模型解決問題；（3）能設(shè)計簡單的跨學(xué)科實踐方案，能通過調(diào)查等方式收集信息，提出證據(jù)。在情景素材建議中，明確給出了“了解水火箭的原理、結(jié)構(gòu)、材料等，小組合作設(shè)計并制作簡單的水火箭”。

2.數(shù)學(xué)課程標準

數(shù)學(xué)課程標準要求“會用數(shù)學(xué)的眼光觀察”“會用數(shù)學(xué)的思維思考”“會用數(shù)學(xué)的語言表達”，并要求“經(jīng)歷現(xiàn)實情境數(shù)學(xué)化，探索數(shù)學(xué)關(guān)系、性質(zhì)與規(guī)律的過程”。

3.學(xué)校條件

實驗室里有豐富的水火箭器材、設(shè)備。同時，一年一度的“理創(chuàng)文化節(jié)”是筆者所在學(xué)校的傳統(tǒng)節(jié)日，“理創(chuàng)文化節(jié)”中包括水火箭項目在內(nèi)的科技活動已深得學(xué)生喜愛。

4.學(xué)生情況

學(xué)生在“理創(chuàng)文化節(jié)”上對于水火箭有了一定的認識與了解，同時對其也有一定的興趣。各實驗室的開放，為學(xué)生的動手操作提供了需要使用的設(shè)備器材，同時也提供了鍛煉的機會。在動手能力方面學(xué)生也就有了一定的基礎(chǔ)。在基礎(chǔ)知識方面，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了機械運動與力的初步知識，會用示意圖描述力，并了解了慣性知識等。

（三）主題學(xué)習(xí)活動目標

本主題活動的目標是：學(xué)生通過進行“水火箭50米定點打靶”這一實踐活動，了解氣體壓強等物理知識和運動規(guī)律，了解數(shù)據(jù)收集、整理、統(tǒng)計、分析等的應(yīng)用，研究發(fā)射角度、發(fā)射氣壓各因素對落點的影響。學(xué)生通過這一實踐活動鍛煉自己“根據(jù)活動中的現(xiàn)象提出問題、探尋原因并尋找解決問題辦法”的探究能力。學(xué)生通過這一實踐活動鍛煉自己的科學(xué)推理論證能力以及質(zhì)疑創(chuàng)新的思維能力。學(xué)生通過這一實踐活動鍛煉數(shù)學(xué)統(tǒng)計能力以及根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)探尋兩個量之間的關(guān)系的能力。

（四）主題學(xué)習(xí)評價設(shè)計

主題學(xué)習(xí)評價設(shè)計見表2。

表2 水火箭項目表現(xiàn)性評價量規(guī)

（五）主題學(xué)習(xí)活動環(huán)境

本主題學(xué)習(xí)環(huán)境如下：

1.探究制作室

以學(xué)校實驗室為探究制作室。實驗室里有一體機等教學(xué)用設(shè)備儀器。實驗室內(nèi)還有六邊形制作臺8張，每張制作臺可以供16個學(xué)生一組使用。同時配有8組工具箱。工具箱里有剪刀、刻刀、電工膠、筆等水火箭制作工具。探究制作室里還有制作水火箭需要用到的飲料瓶。

探究制作室里還有用于發(fā)射用的水火箭發(fā)射底座，數(shù)字氣壓表以及輔助發(fā)射用的打氣筒、盛水箱、皮尺（80米）、激光測距儀、手持氣象儀等設(shè)備儀器。

2.運動場

學(xué)校有400米標準運動場。運動場中央是足球場。整個運動場可進行封閉管理，這樣進行發(fā)射練習(xí)時可以控制其他人員進入，確保安全。

（六）主題學(xué)習(xí)活動或任務(wù)設(shè)計

驅(qū)動性問題：（1）如何設(shè)計制作出飛行穩(wěn)定性較好的水火箭？（2）用多大的發(fā)射角度進行發(fā)射？（3）箭體氣壓是多大最有可能命中目標？

任務(wù)一：設(shè)計制作并發(fā)射水火箭。

活動概述：本任務(wù)是通過設(shè)計并制作水火箭，促使學(xué)生進行氣體壓強以及反沖運動等物理規(guī)律的學(xué)習(xí)鉆研。其主要過程是在探究制作室里，利用探究制作室內(nèi)的材料與工具，設(shè)計并制作水火箭。再利用氣密性完好的發(fā)射架到運動場進行至少一次的發(fā)射體驗。

目標關(guān)聯(lián)：本任務(wù)的實施主要指向了解氣體壓強、反沖運動、慣性運動、拋物線運動等物理知識和運動規(guī)律，在評價量規(guī)中對應(yīng)單、多點層級里的表現(xiàn)要素。

任務(wù)二：研究發(fā)射角度與射程的關(guān)系。

活動概述：本任務(wù)是通過研究在不同角度下水火箭的發(fā)射距離，引導(dǎo)學(xué)生對拋物線運動形成認知，在此基礎(chǔ)上通過多次試驗探尋發(fā)射距離與發(fā)射角度的關(guān)系，從而為選用合適的角度發(fā)射水火箭奠定基礎(chǔ)，繼而培養(yǎng)學(xué)生的研究能力。其主要過程是在氣壓、水量等因素相同的情況下，以不同的發(fā)射角度，進行發(fā)射實驗，之后再測量發(fā)射距離，最終對實驗結(jié)果進行總結(jié)。

目標關(guān)聯(lián)：本任務(wù)的實施主要指向了解數(shù)據(jù)收集、整理、統(tǒng)計、分析等的應(yīng)用，研究發(fā)射角度對落點的影響；學(xué)生通過這一實踐活動鍛煉自己“根據(jù)活動中的現(xiàn)象提出問題、探尋原因?qū)ふ也⒔鉀Q問題辦法”的探究能力；學(xué)生通過這一實踐活動鍛煉自己的科學(xué)推理論證能力以及質(zhì)疑創(chuàng)新的思維能力，在評價量規(guī)中對應(yīng)關(guān)聯(lián)層級里的表現(xiàn)要素。

任務(wù)三：研究氣壓與射程的關(guān)系。

活動概述：本任務(wù)是通過研究在不同氣壓下水火箭的發(fā)射距離與氣體壓強的關(guān)系，從而為選用合適的氣壓發(fā)射奠定基礎(chǔ)，繼而培養(yǎng)學(xué)生的研究能力。其主要過程是在發(fā)射角度、水量相同的情況下，以不同的氣壓進行發(fā)射實驗，并測量發(fā)射距離，最后總結(jié)出發(fā)射規(guī)律。

目標關(guān)聯(lián)：本任務(wù)的實施主要指向了解數(shù)據(jù)收集、整理、統(tǒng)計、分析等的應(yīng)用，研究發(fā)射氣壓對落點的影響；學(xué)生通過這一實踐活動鍛煉自己“根據(jù)活動中的現(xiàn)象提出問題、探尋原因并尋找解決問題辦法”的探究能力；學(xué)生通過這一實踐活動鍛煉自己的科學(xué)推理論證能力以及質(zhì)疑創(chuàng)新的思維能力，在評價量規(guī)中對應(yīng)關(guān)聯(lián)層級里的表現(xiàn)要素。

任務(wù)四：完成“水火箭50米定點打靶”比賽。

活動概述：本任務(wù)是通過實際比賽，訓(xùn)練學(xué)生臨賽時沉著冷靜的應(yīng)對心理，緩解其在重要時刻的緊張焦慮心理。同時，訓(xùn)練學(xué)生綜合考慮發(fā)射場景中的各種影響因素，提高目標任務(wù)的完成度。

目標關(guān)聯(lián)：本任務(wù)的實施主要指向?qū)W生通過這一實踐活動鍛煉自己意志力、抗緊張能力等心理品質(zhì)，在評價量規(guī)中對應(yīng)拓展層級里的表現(xiàn)要素。

（七）主題作業(yè)設(shè)計

本主題整體作業(yè)為：如何才能使自制水火箭精準命中50米定點靶標？（時長為220分鐘）

整體作業(yè)分解為課時作業(yè)（見表3）。

表3 “水火箭50米定點打靶”課時作業(yè)

（八）主題教學(xué)結(jié)構(gòu)圖

綜上，本主題的教學(xué)結(jié)構(gòu)圖如圖1。

圖1