跨學科融合教學 促進學生深度學習

摘 要：“視力的缺陷與矯正”是蘇科版初中物理八年級上冊第四章第四節中的重點內容，具有很強的跨學科融合屬性。本文以“視力的缺陷與矯正”教具改進為例，探討跨學科融合理念在常態課中的滲透。

關鍵詞：跨學科；深度學習；視力的缺陷；矯正

《義務教育物理課程標準（2022年版）》（以下簡稱《課程標準》）強調培養“核心素養”，加強理論聯系實際，凸顯物理實驗整體設計，關注跨學科滲透。《課程標準》在課程內容板塊中增加了“跨學科實踐”這一主題。［1］在常態課中滲透跨學科融合理念，促進學生的深度學習是課堂教學應該嘗試與實踐的重點。

1 跨學科融合創設真實的問題情境促使學生的深度學習一次偶然的機會，筆者在醫院墻上看到關于近視成因的宣傳畫，這才意識到以往在教授“視力的缺陷與矯正”這一內容時，更多地是從本學科的知識角度思考如何讓學生理解和掌握凸透鏡成像規律，卻忽略了這一內容與生物學、醫學的密切聯系。在講授視力缺陷時，過分強調近視或遠視的成因主要是晶狀體的彎曲度太大或太小，這導致學生甚至形成“患近視眼就不會患老花眼”這類的錯誤認知。

教師在教授跨學科內容時往往會因為過多關注本學科的知識而忽略了問題的本質。因此，在進行跨學科融合內容的教學之前，教師要先“跨出”本學科知識的視野，從問題的本源出發進行思考和教學設計。教師的率先“跨出”才能引導學生進行“真探究”和解決“真問題”。只有進行“真探究”和解決“真問題”，才能促進學生深度學習，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以及動手操作的實踐能力。這有助于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，提升學生的核心素養。

事實上，根據成因，近視可分為屈光性近視和軸性近視兩類。屈光性近視是指眼軸長度在正常范圍內，但由于眼球屈光系統（包括角膜、房水、晶狀體及玻璃體）的屈光力（光在界面的偏折程度）較大，導致遠處物體的像落在視網膜前方。軸性近視是指眼球的屈光系統基本正常，但由于眼軸變長，導致遠處物體的像落在視網膜前方。在近視人群中，有90%以上為軸性近視。軸性近視也是青少年近視的主要類型。蘇科版物理教材中雖然沒有提到軸性近視的概念，但在教材的插圖中，近視眼的眼軸被畫得明顯長于遠視眼的眼軸。［2］學生在初中生物課中也學習了相關知識，生物學教材中指出：“如果眼球的前后徑過長或晶狀體的凸度過大，使遠處來的光線形成的物像落在視網膜的前方，因而看不清遠處的物體，這樣的眼叫作近視眼。”此外蘇教版生物學教材中對假性近視也進行了介紹。［3］

2 聯系生活實際進行跨學科融合促進學生的深度學習跨學科融合除了要“跨出”本學科知識的視野，更重要的是要把物理學科的知識與日常生活、工程技術、社會發展等主題結合起來，從而綜合分析和具體解決現實問題。跨學科實踐的內容必須是真實的物理情景，貼近學生的生活實際，能夠豐富學生的感性認識。“視力的缺陷與矯正”這一內容與學生的日常生活息息相關，由于班級中有半數以上的學生有視力缺陷，教師在進行這一內容的教學時，應從實際出發，帶領學生一起探討青少年近視的主要原因，而不是只關注晶狀體部分，忽略了問題的核心。

基于這一認知，筆者自制了如圖1所示的教具。該教具用水透鏡模擬晶狀體，用兩個挖了孔的亞克力透明半球（如圖2所示）套上襪子模擬眼球的其他部分，從球的后側可以觀察到“視網膜”上的成像情況（如圖3所示）。使用襪子套住球體是因為襪子有伸縮性，這樣可以模擬眼軸逐漸變長時視網膜上的成像情況。在進行“視力的缺陷與矯正”的教學中，教師用這套教具可以依次完成以下五個實驗。

2.1 模擬正常眼球的成像情況

通過注射器向水透鏡內注入或抽出水的方式來模擬睫狀肌對晶狀體的調節作用。在動態的實驗過程中，觀察物體由遠處靠近時，晶狀體的彎曲度不斷增大，像始終可以成在視網膜上。在注射器上標兩條刻度線來表示睫狀肌的可調范圍，也就是說，注射器的活塞只能在這兩條刻度線之間移動。同樣，光具座上也對應地標兩條刻度線，以表示是正常眼球可看清“F”光源的范圍。借助這套器材，教師可以形象地把眼睛的成像情況與凸透鏡成像的實驗進行類比。進一步的演示可以讓學生對比眼睛成像的情況與凸透鏡成像實驗情況的不同，直觀地理解人眼是通過調節睫狀肌的松緊來改變晶狀體的彎曲度，即改變凸透鏡的焦距，使遠近不同的物體都能在視網膜上成像，進而明白人眼看遠處物體時晶狀體彎曲度較小，看近處物體時晶狀體的彎曲度較大。

2.2 模擬假性近視的成像情況

首先，將“F”光源移至光具座上離水透鏡較近的刻度線處，調節注射器的活塞至前一道刻度線處，使視網膜上有清晰的像，此時模擬的是看近處物體時睫狀肌收縮使晶狀體的彎曲度較大的情況；接著，將“F”光源移至離水透鏡較遠的那條刻度線處，模擬長時間近距離用眼使睫狀肌痙攣的情況，即此時注射器的活塞無法調至后一道刻度線處，看遠處物體時晶狀體的彎曲度依然較大，像會成在視網膜前方。這一演示實驗可以說明假性近視的產生原因，并指出如不加以控制和調整，假性近視會發展為真性近視。此處還可以補充介紹醫院驗光時為什么要采用散瞳驗光（散瞳驗光又稱為睫狀肌麻痹驗光）。這是因為散瞳驗光能夠放松因眼肌長時間的過度緊張而產生的疲勞，從而得到眼睛真正的屈光狀態。這一情境非常貼近學生的生活實際，容易引起學生的共鳴，可以使學生更好地理解假性近視的成因。

2.3 模擬軸性近視的成像情況及其矯正

軸性近視是青少年近視的主要類型。自制的眼球模型是由兩個透明的半球組成，球外套的襪子有一定的伸縮性，因此可用其來模擬眼軸變長后的成像情況。首先，將“F”光源放置在光具座上距水透鏡較遠的那條刻度線處，再通過調節注射器使得“視網膜”上的像變清晰，此時注射器的活塞正好位于后方的那條刻度線處（如圖4所示）；接著，將“眼軸”拉長，發現“視網膜”上的像變模糊了。通過這一演示實驗，學生很容易理解軸性近視是由于眼軸變長，使遠處物體的像成在了視網膜前方。在此基礎上，學生根據直觀的演示現象和透鏡對光線的作用，能夠順利地推理得出需要用凹透鏡進行矯正這一結論。在學生分析推理后，教師再演示用合適的凹透鏡矯正使視網膜上的像變清晰的過程。為了使實驗更貼近生活實際，這一過程特地選用驗光配鏡所用的插片式眼鏡片來進行模擬演示。

隨后，教師進一步演示當眼軸繼續變長后需要用度數更大的近視眼鏡來進行矯正，從而說明青少年的軸性近視是發展性的，近視的度數會隨眼軸的不斷變長而增加。眼軸每增加1毫米，近視度數會增加約300度，人類的近視度數通常在18歲以后才趨于穩定。這一實驗可以讓學生了解軸性近視，了解自己近視的原因，知道眼軸一旦變長就無法恢復，明白近視的過程是不可逆的。教師可呼吁學生養成科學合理的用眼習慣、愛護眼睛、保護視力。

2.4 模擬遠視的成像情況及其矯正

遠視的主要成因與近視相反，通常包括眼軸過短、角膜彎曲度不夠或晶狀體屈光力減弱等。為了模擬軸性遠視眼的成像情況，先在光具座上安裝正常直徑的“眼球”，將“F”光源放置在光具座上距水透鏡較近的刻度線處，再通過調節注射器使得“視網膜”上的像變清晰，此時注射器的活塞應正好位于前方的刻度線處；再用直徑較小的“眼球”替換正常直徑的“眼球”，會發現“視網膜”上的像變模糊了。用適合的凸透鏡放在水透鏡前可讓“視網膜”上再次呈現清晰的像。教學中可以先讓學生用類比和逆向思維推理軸性遠視眼的成像情況和矯正方法，再讓學生通過實驗進一步驗證他們的推理結果。

2.5 模擬近視眼疊加老花眼的情況

由于老花眼需要戴凸透鏡進行矯正，近視眼需要戴凹透鏡進行矯正，因此很多人就會產生“患近視眼就不會患老花眼”的錯誤認知。教師可以在課堂最后提出這種錯誤認知，讓學生在課后通過查閱資料了解老花眼的成因，并結合課堂上對近視眼的成因及矯正方法的探究，來綜合分析近視眼會不會得老花眼。老花眼是由于年齡的增長導致睫狀肌的功能減退和晶狀體的彈性減弱。因此，當老花眼看近處物體時晶狀體的彎曲度不夠，像會成在視網膜后，需要戴凸透鏡進行矯正。由于軸性近視的眼軸比正常眼球要長，因此近視的人看近處物體時，其晶狀體的彎曲度相對正常眼睛要小，所以近視的人的老花癥狀出現的會相對遲一些，程度也會較輕。但軸性近視的人得了老花眼后依然看不清遠處的物體。這是因為眼軸過長，即使晶狀體彎曲度調節后，像仍成在視網膜前，他們仍需要戴凹透鏡矯正。學生在調查研究后，可以用這套器材設計實驗來模擬近視眼疊加老花眼的情況。

這五個實驗層層遞進，且都與生活實際緊密聯系。學生通過探究和實踐，建立起對“視力的缺陷與矯正”的理解；再通過對“近視眼會不會得老花眼”這個問題進行深入思考和分析，將知識內化為自己的認知結構的一部分。這一系列活動構成了學生深度學習的過程。

3 回歸本學科知識領域的跨學科融合促進學生的深度學習跨學科融合教學所選的內容本身應該是跨學科的，但是學習的過程仍應該是立足于物理學，應用所學的物理概念、規律與方法去解決“跨學科”的問題。

在“視力的缺陷與矯正”這一內容的教學設計中，教師“跨出”本學科的視野，從生物學與醫學的角度對這一問題進行深入的研究，然后梳理出能用本章知識解釋的相關內容，并將其簡化成符合初中生認知、適合初中生探究的內容。在教學設計中，教師并沒有帶領學生探討近視分類、眼睛的屈光系統這類問題，而是主要圍繞軸性近視這種視力缺陷展開探究。在教學過程中，從正常眼睛的成像情況到假性近視成因的解釋，都是為探究軸性近視及其矯正做鋪墊的。軸性遠視則是在上述基礎上的知識遷移。這一系列問題的設計，便于學生從凸透鏡的成像規律出發進行分析和論證軸性近視的成像情況和矯正方法。

在學習過程中，學生先應用已有知識分析推理，再通過實驗模擬驗證。通過實驗可以直觀地看到眼軸變長后視網膜上的像變模糊、戴上合適的凹透鏡后視網膜上的像變清晰以及眼軸進一步變長后導致近視加重的過程。理論和實驗的結合使得學生把生物課所學的知識運用到物理中來，讓學生從物理學的角度對近視眼的成因有了更深刻的認識，并意識到近視的發展性和不可逆性，從而增強了愛護眼睛、保護視力的意識。除了課堂中的跨學科學習，教師還布置了課后的研究任務——近視眼會得老花眼嗎？學生對這一問題的探索，撼動了學生原有的錯誤觀念，進一步加深了學生對課堂內容的理解。

整個教學設計在內容跨學科的基礎上始終圍繞物理問題展開，讓其他學科的知識服務于物理學科。這種設計并不是在原課程基礎上增加一塊新的內容，而是與主題教學進行了融合。在跨學科融合教學中既應用了已有知識，也建構了新知識。教師除了關注知識的跨學科融合外，更應培養學生科學思維和科學探究能力，在應用知識、解決問題的過程中，切實促進學生的深度學習。

《課程標準》中“跨學科實踐”的主題對教師、對教學設計都提出了更高的要求。教師不僅要更加深入地研讀《課程標準》和教材，更要“跨出”教材、“跨出”學科進行跨學科融合教學的研究和思考。同時，在進行跨學科實踐的教學設計中，更重要的是“走進”生活，“回歸”物理學科本身，始終以物理為中心，使得學生能夠真正進行深度學習。

參考文獻

［1］中華人民共和國教育部.義務教育物理課程標準（2022年版）［M］.北京：北京師范大學出版社，2022：33-38．

［2］劉炳昇，李容.義務教育教科書 物理 八年級上冊［M］.南京：江蘇鳳凰科學技術出版社，2012：91-93．

［3］汪忠.義務教育教科書 生物學 七年級下冊［M］.南京：江蘇鳳凰教育出版社，2014：103．