周倩

摘? ?要：以核心素養(yǎng)和建構(gòu)主義理論為指導(dǎo)，通過備教材、析學(xué)情、設(shè)目標、研過程四個部分設(shè)計符合學(xué)生認知發(fā)展水平的教學(xué)方案，有機整合相關(guān)學(xué)科的教育內(nèi)容，進行項目式教學(xué)活動，以期達到學(xué)生在科學(xué)探究中獲取并應(yīng)用知識、訓(xùn)練并發(fā)散思維、培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的目的。以“行星運動的規(guī)律”新課教學(xué)為例，證明“跨學(xué)科－項目式”教學(xué)設(shè)計不僅促使教師專業(yè)素養(yǎng)的發(fā)展也落實學(xué)生全面素養(yǎng)的提高。

關(guān)鍵字：核心素養(yǎng)；跨學(xué)科教學(xué)；項目式學(xué)習(xí)；教學(xué)設(shè)計

1? “跨學(xué)科-項目式”教學(xué)背景

《普通高中物理課程標準（2017版）》指出，普通高中的培養(yǎng)目標是進一步提升學(xué)生綜合素質(zhì)，著力發(fā)展核心素養(yǎng)，使學(xué)生具有科學(xué)文化素養(yǎng)和終身學(xué)習(xí)能力，具有自主發(fā)展能力和溝通能力[ 1 ]。在現(xiàn)有的課程體系下，教師在單科教學(xué)中有目的地關(guān)聯(lián)其他學(xué)科開展跨學(xué)科教學(xué)，促進學(xué)科交叉與融合，可以拓展學(xué)生的科學(xué)思維，發(fā)展學(xué)生的綜合素質(zhì)。課標還提出要進一步精選學(xué)科內(nèi)容，重視以學(xué)科大概念為核心，使課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)化，以主題為引領(lǐng)，使課程內(nèi)容情境化，促進學(xué)科核心素養(yǎng)的落實[ 1 ]。無論從課標的明確要求還是學(xué)生的發(fā)展規(guī)劃來看，均表現(xiàn)出教育教學(xué)對跨學(xué)科研究、項目式學(xué)習(xí)的客觀需求。

2? “跨學(xué)科-項目式”教學(xué)概述

跨學(xué)科教學(xué)以物理學(xué)科為主導(dǎo)，在科學(xué)探究中結(jié)合其他學(xué)科概念規(guī)律和方法進行物理問題解決；項目式學(xué)習(xí)源于杜威的“做中學(xué)”教育思想，以建構(gòu)主義理論為指導(dǎo)，創(chuàng)設(shè)有利于學(xué)生知識建構(gòu)的學(xué)習(xí)情境，利用開放性探究活動開展教學(xué)。與常規(guī)教學(xué)相比，“跨學(xué)科-項目式”教學(xué)是一種探究性學(xué)習(xí)模式，該模式下課堂的生成性強，充分調(diào)動學(xué)生的主觀能動性和學(xué)習(xí)積極性，旨在提升科學(xué)思維和科學(xué)探究素養(yǎng)。在“跨學(xué)科-項目式”學(xué)習(xí)的教學(xué)模式下，教學(xué)設(shè)計可著重于備教材、析學(xué)情、設(shè)目標、研過程四個部分。

2.1? 剖析教材內(nèi)容，探尋跨學(xué)科切入點

各學(xué)科之間并非彼此獨立，在備課過程中需要全面剖析教材，根據(jù)教材內(nèi)容聯(lián)系相關(guān)學(xué)科的知識、方法或原理來輔助教學(xué)，進而探索出合適的切入點進行教學(xué)活動。比如物理魯科版必修二中的天體運動知識，從教學(xué)進度來看，該部分內(nèi)容在地理學(xué)科中是比物理學(xué)科先學(xué)習(xí)的，而其中用到的“橢圓”軌道相關(guān)知識在數(shù)學(xué)學(xué)科中卻還沒有學(xué)習(xí)，故新課引入可優(yōu)選地理學(xué)科相關(guān)情境進行。

2.2? 分析學(xué)生學(xué)情，創(chuàng)設(shè)項目式教學(xué)情境

教學(xué)設(shè)計中以學(xué)生為主體，由學(xué)生的發(fā)展需要確定教學(xué)方式：高中生正處于身心發(fā)展的動態(tài)階段，創(chuàng)設(shè)項目式教學(xué)情境可有效利用其旺盛的精力和強烈的好奇心營造課堂學(xué)習(xí)探究的氛圍。這就要求備課時教師需要充分了解學(xué)生，結(jié)合學(xué)生跨學(xué)科知識基礎(chǔ)和生活經(jīng)驗，比較關(guān)聯(lián)科目的學(xué)習(xí)情況，應(yīng)用項目探究引導(dǎo)學(xué)生在原有認知的基礎(chǔ)上建構(gòu)新概念。

2.3? 遵循課標要求，確定綜合型教學(xué)目標

高中物理課程從學(xué)科核心素養(yǎng)出發(fā)，提煉物理學(xué)科育人價值。對于教材的主體內(nèi)容來說，學(xué)生能學(xué)習(xí)到物理觀念顯性知識。課標要求學(xué)生在建構(gòu)物理觀念的同時，以知識為載體體驗科學(xué)探究過程，應(yīng)用跨學(xué)科的研究方法比如數(shù)學(xué)的估算、作圖、信息的收集和處理等解決問題，科學(xué)思維應(yīng)得到有效訓(xùn)練。一份良好的教學(xué)設(shè)計必然是科學(xué)思維、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任等隱性知識滲透在物理觀念的獲取過程中的，因此教學(xué)設(shè)計需遵循課標要求，確定相互促進、有機統(tǒng)一的教學(xué)目標。

2.4? 圍繞核心概念，設(shè)計生成性教學(xué)過程

教學(xué)過程由新課引入、新課教學(xué)以及總結(jié)三個環(huán)節(jié)組成?！翱鐚W(xué)科-項目式”教學(xué)模式在新課引入時，以緊密聯(lián)系生活、社會、科技發(fā)展的情境出發(fā)，針對所跨學(xué)科內(nèi)容特點，生成與物理學(xué)科內(nèi)容相關(guān)的項目。新課教學(xué)則通過教師的引導(dǎo)，學(xué)生在項目探究中在原有認知基礎(chǔ)上通過“同化”“順應(yīng)”構(gòu)建出新的知識，不僅獲得物理概念及規(guī)律，也對關(guān)聯(lián)學(xué)科知識、方法做了復(fù)習(xí)鞏固和應(yīng)用，促進學(xué)科的交叉與融合。最后由學(xué)生進行項目的小結(jié)，進而對這堂課的知識、方法和感受進行交流分享。

3? “跨學(xué)科-項目式”教學(xué)案例

應(yīng)用“跨學(xué)科-項目式”教學(xué)模式，對物理魯科版必修二4.1“天地力的綜合：萬有引力定律”第一課時“行星運動的規(guī)律”進行教學(xué)設(shè)計。

3.1? 教學(xué)內(nèi)容分析

教材第四章“萬有引力定律與航天”重在介紹天文學(xué)的發(fā)展歷程、萬有引力定律建立的過程。本節(jié)課內(nèi)容是該章第一單元的開篇，在單元教學(xué)中起到開門磚的作用。學(xué)生對天體的運動充滿好奇但又覺得難以理解。因此，跨學(xué)科教學(xué)模式可利用初中學(xué)過的地理知識，用唯美的冬奧會倒計時視頻作為切入點，將二十四節(jié)氣視作課堂的研究項目貫穿始終，結(jié)合機械能守恒知識，引導(dǎo)學(xué)生得出行星運動的規(guī)律。

3.2? 學(xué)情分析

對學(xué)生來說本節(jié)內(nèi)容是抽象、生疏，甚至無法去感知的。但是初中學(xué)習(xí)過的地理知識讓學(xué)生對天體的運動軌道有基本的了解。在學(xué)習(xí)本節(jié)前學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了機械能有關(guān)知識以及圓周運動相關(guān)知識。學(xué)生對行星運動的本質(zhì)還不明白，因此利用項目式學(xué)習(xí)、科學(xué)探究的方式，在前概念的基礎(chǔ)上，逐步拓展學(xué)習(xí)開普勒行星運動定律，同時進一步提高其他學(xué)科的學(xué)習(xí)能力例如提升學(xué)生數(shù)學(xué)圖表學(xué)習(xí)、估算能力。

3.3? 教學(xué)目標

（1）物理觀念

了解古代天文學(xué)的發(fā)展歷程及取得的成就，知道開普勒行星運動三大定律內(nèi)容，會用行星定律解釋項目中出現(xiàn)的有關(guān)現(xiàn)象，會用周期定律計算行星運行軌道半徑或周期。

（2）科學(xué)思維

能利用教材上的表4-1的偏心率數(shù)據(jù)，簡化行星運動軌跡，能分析表4-1，找出數(shù)據(jù)中的規(guī)律，能用估算的方法計算軌道及周期問題。結(jié)合二十四節(jié)氣項目分析、推理得出行星運動的規(guī)律。能使用簡單和直接的證據(jù)表達自己的觀點，具有質(zhì)疑和創(chuàng)新的意識。

（3）科學(xué)探究

能在項目式課堂探究中思考二十四節(jié)氣等現(xiàn)象，提出物理問題。能根據(jù)已有知識，合理猜想。能對數(shù)據(jù)進行分析整理，得到初步的結(jié)論。

（4）科學(xué)態(tài)度與責(zé)任

認識到物理學(xué)是基于人類有意識的探究而形成的對自然現(xiàn)象的描述與解釋。通過對“冬至近夏至遠”等和生活經(jīng)驗有沖突的問題進行探究，保持對物理的學(xué)習(xí)興趣，能與他人交流合作。

3.4? 教學(xué)過程

結(jié)合“跨學(xué)科-項目式”教學(xué)理論，教學(xué)流程如圖1所示：

（1）視頻引入

在課堂引入部分，通過播放冬奧會倒計時視頻（節(jié)氣），將二十四節(jié)氣的變化與天體運動知識建立聯(lián)系，把近期熱點話題轉(zhuǎn)化為可探究的問題，訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)思維。導(dǎo)入部分應(yīng)用真實且富有挑戰(zhàn)性的驅(qū)動性問題，可有效利用學(xué)生旺盛的精力和強烈的好奇心營造課堂學(xué)習(xí)探究的氛圍。

（2）探究一：開普勒第一定律

問題1：解釋二十四節(jié)氣產(chǎn)生的原因，并畫圖說明。從二十四節(jié)氣的產(chǎn)生原因看，地球圍繞太陽轉(zhuǎn)，還是太陽圍繞地球轉(zhuǎn)？

小組內(nèi)部討論節(jié)氣變化原因并選出認為正確的圖像，全班選擇兩組上臺展示并說明。通過學(xué)生的表述，教師可以了解學(xué)生在地理學(xué)科對天體運動的基礎(chǔ)認識程度，逐步把學(xué)生從錯誤的主觀認識引導(dǎo)到正確的客觀事實上，進而得出軌道定律。

（3）探究二：開普勒第二定律

問題2：從二十四節(jié)氣的形成圖看，近日點的季節(jié)是冬季，遠日點的季節(jié)是夏季，這說明了什么問題？

大部分學(xué)生對此還是感到迷惑，教師引導(dǎo)學(xué)生自主探究真相，獨立動手操作：在紙上，用1 cm代表100×109 m，按比例畫出地球繞太陽的橢圓軌道主軸，并標注兩個焦點和地球的近地點和遠地點。根據(jù)主軸圖對問題2進行思考，學(xué)生會得出橢圓軌道近似為圓軌道，因此太陽是否直射才是影響季節(jié)主要因素。

針對訓(xùn)練1：查閱書本表4-1，在什么情況下可以將行星運動看成是“繞太陽做勻速圓周運動”。試計算海王星距太陽的距離是地球距太陽距離的多少倍？針對訓(xùn)練將物理知識與數(shù)學(xué)估算有效結(jié)合，體現(xiàn)了學(xué)科交叉性，很好地訓(xùn)練了學(xué)生讀取信息和處理數(shù)據(jù)的能力，提升了估算能力。

問題3：科學(xué)猜想：行星運動軌跡是橢圓，行星在近日點和遠日點的繞行速度相同嗎？猜想的依據(jù)是什么？

教師要引導(dǎo)學(xué)生有根據(jù)地猜想，小組內(nèi)部討論后由組員代表進行本組觀點闡釋。學(xué)生能使用簡單和直接的證據(jù)表達自己的觀點，具有質(zhì)疑和創(chuàng)新的意識。通過能量守恒等知識得出面積定律。

（4）查閱圖表：開普勒第三定律

問題4：查閱書本表4-1，對哪些數(shù)據(jù)感興趣？能得出什么規(guī)律？談?wù)効捶ā?/p>

學(xué)生在對數(shù)據(jù)進行分析時，直觀地得到離中心天體越遠，周期越大的規(guī)律。經(jīng)過教師引導(dǎo)，能夠?qū)?shù)據(jù)進行進一步整理計算，得出初步的結(jié)論——周期定律。

針對訓(xùn)練2：2006年9月，國際天文學(xué)聯(lián)合會將冥王星從太陽系的九大行星中剔除。冥王星繞太陽公轉(zhuǎn)的周期約248年，它的軌道半徑是多少？

針對訓(xùn)練3：2021年10月16日0時23分，搭載神舟十三號載人飛船在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心點火升空。順利將翟志剛、王亞平、葉光富3名航天員送入太空。它每90分鐘繞行地球一周，能計算它的軌道半徑嗎？

利用針對訓(xùn)練鞏固提升學(xué)生的數(shù)學(xué)圖表學(xué)習(xí)、快速估算能力，并且得出周期定律僅適用于同一中心天體。

（5）總結(jié)提升

每個小組結(jié)合以上探究結(jié)果得出開普勒三大定律（畫出草圖并表述）。教師充分肯定學(xué)生的表現(xiàn)并對小組布置一定的任務(wù)：繼續(xù)查閱資料和走訪，了解二十四節(jié)氣在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用及民間相關(guān)習(xí)俗；查找并欣賞有關(guān)節(jié)氣的詩歌。地球繞太陽運動，需要力維持嗎？如果需要，是什么力？完成書本作業(yè)第5題。

4? 結(jié)語

結(jié)合教學(xué)案例反思，從教師素質(zhì)發(fā)展的角度看，在“跨學(xué)科-項目式”教學(xué)中，教師必須自身對所教知識是有充分認識的，不僅要把握這部分內(nèi)容在物理學(xué)科和關(guān)聯(lián)學(xué)科中的作用和地位，注重學(xué)科之間的溝通和聯(lián)系，還要生成一個情境式探究項目。這增大了備課廣度和難度，有助于教師自我素質(zhì)的提升。從學(xué)科素養(yǎng)培育的角度看，“跨學(xué)科-項目式”教學(xué)強調(diào)課堂的生成性：學(xué)生在跨學(xué)科情境中，構(gòu)建系統(tǒng)性知識，實現(xiàn)能力的遷移與運用；在項目中經(jīng)歷科學(xué)探究過程，科學(xué)思維得到訓(xùn)練，科學(xué)態(tài)度與責(zé)任得到培養(yǎng)，促使全面素養(yǎng)的提高。

參考文獻：

［1］ 中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準[S].北京：人民教育出版社，2020.