前面的系列文章介紹了跨學(xué)科實(shí)踐設(shè)計(jì)的目的、方法和特點(diǎn)，下面具體介紹幾個(gè)跨學(xué)科案例。為了讓更多教師理解，案例涉及的學(xué)科范圍比較廣泛。

一、小夜燈

設(shè)計(jì)制作小夜燈，該活動(dòng)要考慮電路的連接、美觀(guān)以及整體的封裝（如圖1）。

如果把電池供電改成水果發(fā)電，則要考慮什么水果和金屬的配合效果好（如圖2）。

這一活動(dòng)涉及物理、化學(xué)、藝術(shù)、技術(shù)、工程、生物、數(shù)學(xué)等，是一個(gè)STEM活動(dòng)項(xiàng)目。

關(guān)于這一項(xiàng)目，可以考慮的問(wèn)題包括但不限于：水果發(fā)電的原理是什么？不同水果的效果如何？不同金屬的效果如何？電壓不夠如何處理？過(guò)程中涉及什么能量轉(zhuǎn)換？過(guò)程中產(chǎn)生了什么物質(zhì)？如何收集、證明新物質(zhì)是什么？如何寫(xiě)反應(yīng)方程？整個(gè)裝置如何封裝？如何增加藝術(shù)性？如何拓展應(yīng)用？

這一活動(dòng)也涉及高階思維，如：批判思維——水果能否發(fā)電要通過(guò)實(shí)踐證實(shí)，這是基于事實(shí)處理問(wèn)題的模式；創(chuàng)造思維——藝術(shù)本身充滿(mǎn)了創(chuàng)造性，藝術(shù)與技術(shù)結(jié)合更有創(chuàng)意，工程本身就是創(chuàng)造不存在的物品；工程思維——裝置要結(jié)實(shí)、耐用，制作過(guò)程也是一種技術(shù)工程實(shí)踐，要系統(tǒng)地進(jìn)行思考設(shè)計(jì)；計(jì)算思維——裝置的榫卯結(jié)構(gòu)、各部件的連接關(guān)系，都需要進(jìn)行計(jì)算，是計(jì)算思維的體現(xiàn)。

二、露似珍珠月似弓

白居易在《暮江吟》中寫(xiě)道：

一道殘陽(yáng)鋪水中，半江瑟瑟半江紅。

可憐九月初三夜，露似珍珠月似弓。

根據(jù)這首詩(shī)（有的寫(xiě)作“真珠”），教師可以給學(xué)生布置一些跨學(xué)科的探究任務(wù)，包括但不限于：

對(duì)詩(shī)詞如何理解？“可憐”“珍珠”的含義是什么（語(yǔ)文）？

自己做實(shí)驗(yàn)，看看最大能形成多大的水珠（探究）。

解釋露珠為什么容易在晚上出現(xiàn)（科學(xué)+物理）？

農(nóng)歷初三的月亮在什么時(shí)間范圍內(nèi)可以看到（數(shù)學(xué)+地理）？

農(nóng)歷初三的月亮是什么形狀的（科學(xué)+地理）？

查找資料，比較農(nóng)歷初三的月相與古代弓的形狀，詩(shī)詞中的描述是否夸張（歷史+語(yǔ)文）？

為什么露似珍珠？這與表面張力有關(guān)，表面張力是液體表面由于分子引力不均衡而產(chǎn)生的作用力（如圖3）。

露珠很小，尺寸一大，就會(huì)由于重力作用導(dǎo)致塌陷，所以在地面上難以形成很圓的大水珠。下面是與真實(shí)的珍珠、硬幣對(duì)比的圖像，可以看出詩(shī)詞中把露珠比作珍珠，略有夸張成分（如圖4）。

空氣中含有水汽，溫度低時(shí)，多余的水汽就凝結(jié)成水滴附著在地面物體上，形成露。農(nóng)歷九月初三附近有寒露和霜降兩個(gè)節(jié)氣，晚上水汽容易凝結(jié)成露。

關(guān)于月亮，有一個(gè)基礎(chǔ)常識(shí)：農(nóng)歷初一時(shí)，太陽(yáng)月亮同升同落，農(nóng)歷十五時(shí)，兩者一升一落。由此，可以畫(huà)出農(nóng)歷每天18：00時(shí)（太陽(yáng)落山時(shí)），月相大致的樣貌（如圖5）。

根據(jù)太陽(yáng)、月亮運(yùn)動(dòng)的規(guī)律可以判斷：如果是農(nóng)歷初三（如圖6），白居易詩(shī)歌中的太陽(yáng)約在18：00落山，能看到月亮的時(shí)間大概率在18：00—19：30?？紤]到秋天白晝較短，上述整個(gè)時(shí)間提前約半小時(shí)。時(shí)間太早，太陽(yáng)沒(méi)有落山，基本看不到月亮；時(shí)間太晚，月亮也落山了。對(duì)此，有興趣的學(xué)生可以做一個(gè)簡(jiǎn)單裝置，來(lái)測(cè)量月亮、太陽(yáng)的夾角，看看與上述分析是否吻合。

農(nóng)歷初三真的月似弓嗎？通過(guò)比較，我們可以看到農(nóng)歷初三時(shí)月亮的形狀和古代弓箭的形狀很接近（不看箭頭）。不過(guò)，有興趣的同學(xué)可以再看看現(xiàn)代比賽的弓，結(jié)構(gòu)就復(fù)雜得多了，有很多附加零件（如圖7）。當(dāng)然，根據(jù)跨學(xué)科概念“結(jié)構(gòu)與功能”，自然也可以分析出其背后的道理。

本活動(dòng)除了涉及語(yǔ)文（詩(shī)詞）、物理（表面張力、凝結(jié)）、地理（月相）、歷史（弓的形狀及演化）和數(shù)學(xué)（月亮運(yùn)動(dòng)的快慢）外，也涉及高階思維，如：批判思維——分析露珠產(chǎn)生的條件，對(duì)露珠和月亮的形狀有自己的見(jiàn)解；創(chuàng)造思維——科學(xué)與文學(xué)結(jié)合，根據(jù)月相估計(jì)詩(shī)中場(chǎng)景的大概時(shí)間；計(jì)算思維——根據(jù)月亮的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，計(jì)算出某一時(shí)刻月亮的位置；工程思維——設(shè)計(jì)制作“太陽(yáng)-月亮”角度觀(guān)察儀，驗(yàn)證理論上的結(jié)論。

三、滿(mǎn)招損，謙受益

太陽(yáng)在不同季節(jié)所處的黃道位置不同，人們由此確定了二十四節(jié)氣。不難發(fā)現(xiàn)，一些節(jié)氣有“大”與“小”的區(qū)別，如小暑與大暑、小雪與大雪、小寒與大寒。然而，根據(jù)這一規(guī)律應(yīng)該有“小滿(mǎn)與大滿(mǎn)”，結(jié)果發(fā)現(xiàn)并沒(méi)有，變?yōu)椤靶M(mǎn)與芒種”了。這里面有什么道理呢？

原來(lái)，這里面涉及中華古語(yǔ)“滿(mǎn)招損，謙受益”：小滿(mǎn)勉強(qiáng)還可以接受，大滿(mǎn)是萬(wàn)萬(wàn)不能接受的。這個(gè)思想經(jīng)過(guò)孔子宣傳，已經(jīng)成為中國(guó)傳統(tǒng)文化的組成部分了。

《荀子·宥坐篇》記載：

孔子觀(guān)于魯桓公之廟，有欹器焉?？鬃訂?wèn)于守廟者曰：“此謂何器？”守廟者曰：“此蓋為宥坐之器?！笨鬃釉唬骸拔崧勫蹲髡?，虛則欹，中則正，滿(mǎn)則覆?！笨鬃宇欀^弟子曰：“注水焉?！钡茏愚谒⒅?。中而正，滿(mǎn)而覆，虛而欹，孔子喟然而嘆曰：“吁！惡有滿(mǎn)而不覆者哉！”

其中，“欹”是傾斜的意識(shí)，“宥座”是右座?！疤搫t欹，中則正，滿(mǎn)則覆”的意思是：這一裝置在空的時(shí)候是傾斜的，加一部分水后就直立起來(lái)，加滿(mǎn)水就會(huì)倒下。

欹器是孔子時(shí)代的一種獨(dú)特的裝置，現(xiàn)已失傳，能否利用多學(xué)科、跨學(xué)科的知識(shí)進(jìn)行復(fù)原（了解原理、設(shè)計(jì)并制作）？

可以從不同的視角看待這一問(wèn)題：孔子及其“中庸之道”——?dú)v史；“滿(mǎn)招損，謙受益”——教育；設(shè)計(jì)、制作、調(diào)試——能力；平衡、穩(wěn)定、重心——力學(xué)。這正符合清華大學(xué)“三位一體”的教育理念：價(jià)值塑造、能力培養(yǎng)、知識(shí)傳授。

經(jīng)過(guò)分析，欹器有幾種可能的形式。我?guī)ьI(lǐng)學(xué)生選擇“座右銘”形式進(jìn)行復(fù)原（如圖8，具體分析略）。

欹器的復(fù)原，涉及了地理（節(jié)氣）、語(yǔ)文（古文）、歷史（孔子）、物理（受力、平衡）、數(shù)學(xué)（形狀的方程）、技術(shù)（設(shè)計(jì)）、工程（加工）、計(jì)算機(jī)（根據(jù)形狀方程計(jì)算），是大范圍的跨學(xué)科活動(dòng)，從文科到理科，從理論到實(shí)踐，是真正的跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)。

這一活動(dòng)也涉及高階思維，如：批判思維——通過(guò)模型獲得可以重復(fù)的證據(jù)，直觀(guān)且有說(shuō)服力；創(chuàng)造思維——從節(jié)氣聯(lián)想到中國(guó)文化，把復(fù)雜的現(xiàn)象同物體的平衡與穩(wěn)定關(guān)聯(lián)在一起；計(jì)算思維——座右銘式的欹器比較復(fù)雜，其設(shè)計(jì)需要大量計(jì)算；工程思維——利用設(shè)計(jì)和物化做出裝置，借助模型印證“滿(mǎn)招損，謙受益”。