摘 要：“跨學(xué)科實踐”作為《義務(wù)教育物理課程標準（2022年版）》的重要內(nèi)容，為落實新課標提供了方法和路徑?？鐚W(xué)科項目化作業(yè)設(shè)計是以項目化學(xué)習(xí)理論為指導(dǎo)，以解決真實問題為導(dǎo)向，將枯燥繁重的假期作業(yè)轉(zhuǎn)化為形式創(chuàng)新、知識多元、內(nèi)涵豐富、能滿足學(xué)生個性化學(xué)習(xí)需求且能提升不同學(xué)科核心素養(yǎng)的實踐活動。本文以“可變焦液體視力矯正眼鏡的設(shè)計與制作”為例，闡述跨學(xué)科作業(yè)項目的設(shè)計，為一線教師提供靈感和參考。

關(guān)鍵詞：跨學(xué)科實踐；項目化學(xué)習(xí)；作業(yè)設(shè)計

實踐類作業(yè)將學(xué)生置于真實的情境之中，真正做到了讓學(xué)生在情境中發(fā)現(xiàn)問題、思考問題并解決問題。這一類作業(yè)能夠塑造學(xué)生的思維，鍛煉學(xué)生的能力，對學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)有著極強的引導(dǎo)培養(yǎng)作用。［1］《義務(wù)教育物理課程標準（2022年版）》將跨學(xué)科實踐作為一級主題納入了義務(wù)教育物理課程結(jié)構(gòu)之中?？鐚W(xué)科實踐既是物理課程內(nèi)容的重要組成部分，又是物理課程學(xué)習(xí)的重要方式。［2］教師要讓跨學(xué)科實踐成為物理課程的有機組成部分，避免增加學(xué)生學(xué)業(yè)負擔(dān)。［3］跨學(xué)科實踐是以學(xué)生為主體，基于真實問題解決的實踐活動。項目化學(xué)習(xí)是為了促進素養(yǎng)目標而圍繞一個真實問題進行深入持續(xù)地探究，形成項目成果。［4］如何將初中物理跨學(xué)科項目實踐與假期作業(yè)相結(jié)合，以體現(xiàn)物理學(xué)科育人價值，是廣大教師要注重和探討的問題。

物理與工程的跨學(xué)科實踐具有顯著的跨學(xué)科性和實踐性的特點，并應(yīng)立足于物理本學(xué)科提升核心素養(yǎng)。［5］項目化學(xué)習(xí)的主題來源于生活中的真實問題，并以其多元性和趣味性調(diào)動學(xué)生的探索欲望。在進行項目化學(xué)習(xí)時，學(xué)生要應(yīng)用多學(xué)科知識解決實踐活動中的問題，并最終獲得項目成品。項目化學(xué)習(xí)的過程能夠極大地培養(yǎng)學(xué)生不同學(xué)科的核心素養(yǎng)。本文以項目化學(xué)習(xí)理論為依據(jù)，提出基于物理學(xué)，融合工程與生物學(xué)的跨學(xué)科實踐作業(yè)，并圍繞透鏡開發(fā)了“可變焦液體視力矯正眼鏡的設(shè)計與制作”項目。

1 跨學(xué)科項目化作業(yè)的總體設(shè)計

夏雪梅在《項目化學(xué)習(xí)設(shè)計：學(xué)習(xí)素養(yǎng)視角下的國際與本土實踐》一書中提出了項目化學(xué)習(xí)設(shè)計框架，本項目嵌入該框架后的各環(huán)節(jié)如表1所示。

筆者依據(jù)布魯姆高階認知理論，開發(fā)了具有跨學(xué)科性質(zhì)且具有實際生活價值的項目，將作業(yè)設(shè)計和跨學(xué)科項目化學(xué)習(xí)進行融合，從假期前、假期中、開學(xué)后三個階段設(shè)計和組織實踐活動，以實物展示和匯報評比作為完成作業(yè)的標志，作業(yè)具體階段安排設(shè)計如表2所示。

2 案例實踐：可變焦液體視力矯正眼鏡的設(shè)計與制作

2.1 問題提出

學(xué)生在學(xué)習(xí)凸透鏡成像規(guī)律后，能夠解釋投影儀、照相機、放大鏡成像的基本原理。在了解視力矯正原理的過程中，有學(xué)生提出，隨著近視程度的變化，需要不斷地更換眼鏡片，如果鏡片可以調(diào)節(jié)焦距就能極大地降低換鏡片的成本。此問題來源于學(xué)生對真實生活情境的思考，在此氛圍下，教師順勢開展“可變焦液體視力矯正眼鏡的設(shè)計與制作”跨學(xué)科假期實踐活動，既滿足了學(xué)生的求知探索欲望，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)在驅(qū)動力，又有利于學(xué)生對跨學(xué)科綜合知識的應(yīng)用，提升了學(xué)生解決問題的創(chuàng)造力和工程思維能力。

2.2 活動目標

學(xué)生已經(jīng)了解眼睛的生物學(xué)構(gòu)造和視力缺陷的原因及矯正方法，理解視力矯正眼鏡的物理原理，并能夠依據(jù)所學(xué)知識，從實際生活情境出發(fā)，嘗試設(shè)計多種可變焦透鏡的方案，在假期里依照可行性方案進行分組制作。在設(shè)計與制作的過程中，學(xué)生能夠逐漸形成科學(xué)態(tài)度、工程思維以及跨學(xué)科思考和解決實際問題的能力，同時，學(xué)生還能了解視力矯正的先進技術(shù)手段，感受科技的力量，從而激發(fā)自身的物理情感和對物理的學(xué)習(xí)興趣，充分發(fā)揮物理學(xué)科的育人作用，提高學(xué)生物理核心素養(yǎng)，落實立德樹人的根本任務(wù)。

2.3 活動方案

“可變焦液體視力矯正眼鏡的設(shè)計與制作”是以物理為主導(dǎo)學(xué)科展開的跨學(xué)科實踐活動。學(xué)生在活動中首先搜集可變焦透鏡設(shè)計的相關(guān)資料，并與八年級物理課程中的“凸透鏡成像”相關(guān)知識相互印證，綜合運用生物、勞動技術(shù)、工程技術(shù)等學(xué)科知識，最終得到一種設(shè)計精巧、材料易得、制作簡便的可變焦透鏡。教師在教室中組織成品展覽，邀請小組代表分享設(shè)計以及改進過程，之后進行應(yīng)用精度分析和評比活動。最后，在“愛眼護眼對職業(yè)發(fā)展的幫助”活動中，學(xué)生的思想得到了升華。

2.4 項目實施

本跨學(xué)科實踐活動內(nèi)容可劃分為假期前認知、假期中探索、開學(xué)后展示三個部分，采取分組探究的形式。為充分發(fā)揮學(xué)生的奇思妙想，在保證安全和使用身邊常見材料的前提下不限制實物成果形狀和尺寸，學(xué)生假期可以在家或者學(xué)校STEAM教室進行實踐活動。整個流程可以概括為引、喚、激、滿、感、揭、提、拓八字并由以下四個活動組成。

2.4.1 活動一：了解前沿科技引發(fā)學(xué)生好奇心，真實問題情境喚起學(xué)生求知欲

假期前，教師組織學(xué)生搜集整理可變焦透鏡相關(guān)高新技術(shù)成果，讓學(xué)生了解數(shù)碼和光學(xué)兩種變焦方案的優(yōu)劣，在喚起學(xué)生好奇心的同時，為同學(xué)們搭建起知識與情境相結(jié)合的橋梁。教師引導(dǎo)學(xué)生從工程師的角度思考鏡片變焦技術(shù)的迭代方向，組織學(xué)生進行頭腦風(fēng)暴，在真實問題情境中，利用前沿科技為同學(xué)們的求知欲和探索欲提供驅(qū)動力。學(xué)生自然而然地從物理的光學(xué)知識以及生物學(xué)的眼睛工作原理中汲取靈感，提出可以設(shè)計制作一種通過改變內(nèi)部液體體積來引起透鏡表面發(fā)生形變，從而調(diào)節(jié)透鏡折射率的液體透鏡，以應(yīng)用于視力的動態(tài)矯正中。在思維碰撞的過程中，教師讓學(xué)生嘗試用所學(xué)凸透鏡成像規(guī)律解釋液體透鏡的工作原理，并提出需要解決的潛在問題，師生對問題進行梳理和凝練，最終確立研究的大方向，即如何設(shè)計并制作控制液態(tài)透鏡內(nèi)部液量的簡化結(jié)構(gòu)。最后，教師提出具體要求：學(xué)生自主設(shè)計一個可以動態(tài)調(diào)節(jié)焦距的液體透鏡，并邀請存在視力缺陷的同學(xué)和教師檢驗產(chǎn)品并進行優(yōu)化。

設(shè)計意圖：讓學(xué)生知道高科技設(shè)備制造的背后其實就是我們所學(xué)的物理原理，展示先進技術(shù)既能打開學(xué)生的思路，為學(xué)生進行本次跨學(xué)科實踐活動構(gòu)建知識網(wǎng)絡(luò)，又能聯(lián)系生活實際，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造潛能。并且班級中近視人數(shù)較多，不同同學(xué)的近視程度也有所不同，部分教師還存在老花眼的問題，這樣的情況可以引導(dǎo)同學(xué)們思考液態(tài)鏡片如何為視力缺陷人士矯正視力，以解決真實問題。

2.4.2 活動二：使用身邊材料激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造力，成果展示互評滿足學(xué)生表現(xiàn)欲

假期前，教師發(fā)布探究任務(wù)和檢驗指標，要求學(xué)生在真實情境下，以問題為導(dǎo)向，以小組為單位，融合跨學(xué)科知識，巧借身邊材料和工具設(shè)計制作可變焦液體透鏡，透鏡需要滿足

以下條件：①成像清晰，可調(diào)節(jié)凹凸程度；②易攜帶，易操作，實用性強；③不漏液，可代替常規(guī)實驗器材進行凸透鏡成像規(guī)律探究。

假期中，教師借助網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺統(tǒng)計學(xué)生實踐完成度，對學(xué)生的成果進行初步點評并給出建議，學(xué)生在最終展示前繼續(xù)優(yōu)化成果。

開學(xué)后，在展示課上，教師邀請各小組代表上臺展示成果，分享設(shè)計制作的心路歷程并著重介紹在產(chǎn)品優(yōu)化過程中遇到的問題和對應(yīng)的解決方法。展示形式不限，最大程度地體現(xiàn)了課堂的包容性和開放性，充分體現(xiàn)了以學(xué)生為主體的理念。

此環(huán)節(jié)涌現(xiàn)出大量精巧的成果和有價值的問題：行知組將塑料膜夾在圓柱形塑料禮品盒中間作為液體透鏡主體，注水密封后形成單面可形變的液體透鏡；求索組對PVC水管進行裁切并組裝為雙面可形變結(jié)構(gòu)，其創(chuàng)新點在于采用膠水密封和鐵絲加固的雙重保障方式，值得一提的是小組成員還貼心地用鐵絲制作了透鏡支架以方便驗證凸透鏡成像規(guī)律；沁竹組采用相對簡單、穩(wěn)定、易組裝的可拆卸三明治結(jié)構(gòu)水透鏡，水量少且易于調(diào)節(jié)的特點讓該組成為最終視力矯正環(huán)節(jié)的贏家。成果展示如圖1所示。課程設(shè)計緊密有序，踐行以學(xué)生為主體的教學(xué)思路，配合教師“課堂觀察量表”和學(xué)生“成果展示互評表”實現(xiàn)教學(xué)評一致性（見表3、表4）。通過對觀察量表中觀察維度的精心設(shè)計，我們能準確、有效地收集學(xué)生在設(shè)計與制作過程中的實際收獲和現(xiàn)場學(xué)習(xí)情況等信息。

設(shè)計意圖：戴爾學(xué)習(xí)金字塔理論認為，主動式學(xué)習(xí)的保留效果明顯優(yōu)于被動式學(xué)習(xí)。所有的物理概念、物理規(guī)律、實驗技能都是發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的手段，教師需要設(shè)計課程讓學(xué)生經(jīng)歷概念、規(guī)律的誕生過程和使用過程，促使學(xué)生在創(chuàng)造中成長。而本次實踐作業(yè)的小組式探究形式能夠在頭腦風(fēng)暴中激發(fā)組員的學(xué)習(xí)探究能力，能將物理知識與生產(chǎn)生活建立聯(lián)系，能有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，便于教師引導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習(xí)。展示課上學(xué)生利用成果完成相關(guān)實踐探究，教師和學(xué)生依據(jù)評價標準對作品進行最終評價。針對探究過程中遇到的問題，學(xué)生主動思考并提出解決方案。本環(huán)節(jié)充分體現(xiàn)項目化學(xué)習(xí)的核心：激活學(xué)生的思維，讓學(xué)生在真實問題的解決中發(fā)展思維。

2.4.3 活動三：游戲化教學(xué)感受物理魅力，可視化證據(jù)揭開光線神秘面紗

教師輔助學(xué)生將液體透鏡固定在光具座上，通過液體透鏡觀察“F”形光源的清晰程度和液體透鏡調(diào)節(jié)流暢性來對變焦透鏡的性能進行評比，隨后邀請班級內(nèi)近視的同學(xué)測試產(chǎn)品的近視矯正能力并依據(jù)標準進行評價，教師及時提醒學(xué)生總結(jié)反思過程中發(fā)現(xiàn)的問題。在展示過程中，有同學(xué)提出疑問：液體透鏡改變光路的過程是怎樣的？教師順水推舟，詢問學(xué)生如何讓光路可視化，以“看清”光路變化的過程。學(xué)生想到可以利用多束激光作為光源，但操作過程比較復(fù)雜且成本較高，此時教師提示學(xué)生回憶課本上介紹過的視覺暫存現(xiàn)象，讓一束激光轉(zhuǎn)動起來，速度足夠快的情況下可觀察到視覺圖像，接下來教師利用自制教具對視力矯正過程進行可視化模擬。光路可視化教具演示如圖2所示，將三根激光筆固定在兩個指尖陀螺的軸承處，利用橡皮筋進行固定，旋轉(zhuǎn)指尖陀螺即可形成激光柱；利用PVC水管固定PE膜制作液體透鏡；在圓柱形透明亞克力收納桶內(nèi)充入煙霧，輔助呈現(xiàn)變化的光路。

2.4.4 活動四：“失敗的實驗”提升愛眼驅(qū)動力，保護視力拓寬視野

教師在完成實驗后故意設(shè)計將液體透鏡處于凸起程度較大的狀態(tài)，長時間的突起使得橡皮模松弛而無法恢復(fù)，教師以此作為類比，眼部肌肉好比橡皮膜，如果長期看近處且保持狀態(tài)不變，那么晶狀體就會鼓到某個程度不變化，長此以往就會造成晶狀體失去彈性。當(dāng)我們有規(guī)律地調(diào)節(jié)液體透鏡內(nèi)的水量，橡皮膜也會有節(jié)奏地拉伸和松弛，在運動中保持彈性和活力，眼睛也一樣。教師隨后拋出問題，請同學(xué)們自己思考如何保持眼部肌肉的活力。教師對學(xué)生的回答進行總結(jié)：一是用眼時要控制物體到眼睛的距離；二是長時間看近處時，需要間歇性遠眺來避免睫狀肌失去活力，減緩視覺疲勞。

在展示課結(jié)束前，教師播放中央電視臺關(guān)注青少年視力健康的公益廣告，引發(fā)同學(xué)們對未來職業(yè)選擇和視力健康關(guān)系的思考，教師讓同學(xué)們在視力保護卡上寫下自己的夢想職業(yè)，以及該職業(yè)對視力的要求，讓同學(xué)們意識到愛眼護眼的重要性。

設(shè)計意圖：項目化學(xué)習(xí)使教學(xué)如春風(fēng)化雨，教師并非簡單地說教，而是引導(dǎo)學(xué)生自己去思考視力保護問題，并總結(jié)視力保護方法。教學(xué)中要包含有價值、有意義的問題，才能引發(fā)學(xué)生的深入思考，以達到認同和共情的狀態(tài)。好的課堂設(shè)計要以提升學(xué)生能力和素養(yǎng)為落腳點，讓學(xué)生在思考中增加知識的跨度和深度，在思辨中獲得解決問題的能力，從而達成“行是知之始，知是行之成”的升華，且讓學(xué)生擁有獲得感。

3 總結(jié)與反思

跨學(xué)科項目化實踐與作業(yè)設(shè)計的整合是一條落實新課標育人要求的康莊大道，本研究提出了進行初中物理跨學(xué)科項目實踐的路徑，并據(jù)此開發(fā)了“可變焦液體視力矯正眼鏡的設(shè)計和制作”案例，此案例基于對項目化學(xué)習(xí)理論的挖掘和對實踐性作業(yè)設(shè)計的探索，開發(fā)了具有跨學(xué)科性質(zhì)并有實際生活價值的項目，從假期前、假期中、開學(xué)后三個階段設(shè)計和組織實踐，以實物展示和匯報評比作為完成作業(yè)的標志，實現(xiàn)了初中物理作業(yè)設(shè)計和跨學(xué)科項目化學(xué)習(xí)的有機結(jié)合。

讓物理教學(xué)“活”起來的核心是實踐，是教師和學(xué)生基于真實問題的實踐解決。在此過程中，教師要思考如何教給學(xué)生“活”知識。本次跨學(xué)科實踐設(shè)計就包含很多“活”元素：探究實驗中，利用豐富多彩的成果展示活動讓學(xué)生的氛圍活躍起來；用多指標的學(xué)生組間成果互評表，讓學(xué)生的思維在評價與自我評價當(dāng)中活起來；用極具創(chuàng)意的實驗讓一束激光活動起來，讓成像原理變得活靈活現(xiàn)。學(xué)生在實踐探究過程中學(xué)會活學(xué)活用，最終師生攜手共進，相互成就。

參考文獻

［1］蔣煒波，趙堅.“雙減”政策下物理學(xué)科作業(yè)設(shè)計的一些思考［J］.物理教學(xué)，2022，44（4）：2-5，17.

［2］杜明榮.物理“跨學(xué)科實踐”的內(nèi)涵特征與教學(xué)建議［J］.物理教學(xué)探討，2023，41（1）：1-4.

［3］何季軍.初中物理跨學(xué)科實踐教學(xué)策略與思考［J］.物理教師，2023，44（2）：43-45.

［4］夏雪梅.跨學(xué)科項目化學(xué)習(xí)：內(nèi)涵、設(shè)計邏輯與實踐原型［J］.課程·教材·教法，2022，42（10）：78-84.

［5］韓思思，楊杰.基于項目的初中物理與工程跨學(xué)科實踐——以“制作潛水艇模型”項目為例［J］.物理教師，2023，44（1）：40-43.