初中地理、物理跨學(xué)科單元學(xué)習(xí)的實(shí)踐與思考
——以“在學(xué)校屋頂‘種太陽(yáng)’”為例

朱 玲 魏 昕

（1.南京市紅山初級(jí)中學(xué), 江蘇 南京 210028; 2.南京市人民中學(xué), 江蘇 南京 210005）

以核心素養(yǎng)培育為目標(biāo)的深度學(xué)習(xí)成為新課改的方向，而素養(yǎng)需要在真實(shí)情境與解決問(wèn)題和創(chuàng)生意義的過(guò)程中形成，故素養(yǎng)培育僅靠單一學(xué)科知識(shí)通常難以實(shí)現(xiàn)。以培養(yǎng)素養(yǎng)為目標(biāo)的深度學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)的綜合性和實(shí)踐性，著力于多學(xué)科融合、多維度思考并解決實(shí)際問(wèn)題。單元學(xué)習(xí)倡導(dǎo)大觀念、大項(xiàng)目、大任務(wù)，能夠找到素養(yǎng)培育與知識(shí)教學(xué)相融合的有效方式，成為實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科深度學(xué)習(xí)的一種重要途徑和方式。

初中地理課程是認(rèn)識(shí)人類地球家園的一門課程，初中物理課程則是研究物質(zhì)、相互作用和運(yùn)動(dòng)規(guī)律的一門課程。二者同屬于自然科學(xué)基礎(chǔ)課程，都關(guān)注“整合”和“聯(lián)結(jié)”，都具有綜合性和實(shí)踐性的特點(diǎn)，在學(xué)習(xí)過(guò)程中都注重對(duì)學(xué)生探究能力、實(shí)踐創(chuàng)新、科學(xué)精神、責(zé)任擔(dān)當(dāng)?shù)呐囵B(yǎng)，非常適合進(jìn)行跨學(xué)科深度學(xué)習(xí)實(shí)踐。筆者以“在學(xué)校屋頂‘種太陽(yáng)’”校園光伏發(fā)電為主題，進(jìn)行了跨學(xué)科單元學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)。

一、基于“整合”進(jìn)行跨學(xué)科單元學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)

立足培育素養(yǎng)，基于學(xué)生解決問(wèn)題能力的進(jìn)階要求，從學(xué)生現(xiàn)有知識(shí)水平及認(rèn)知規(guī)律出發(fā)，分析多門學(xué)科課標(biāo)、重組學(xué)習(xí)內(nèi)容，以整合多學(xué)科探究和解決主題問(wèn)題的實(shí)踐活動(dòng)為路徑，對(duì)單元學(xué)習(xí)進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，建構(gòu)全新的“學(xué)習(xí)單元”。

1.跨學(xué)科單元學(xué)習(xí)的主題選擇

開發(fā)新能源、改善能源結(jié)構(gòu)是助力“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的重要途徑。近年來(lái)，我國(guó)正大力推動(dòng)能源消費(fèi)、供給、技術(shù)和體制“革命”。光伏發(fā)電是我國(guó)利用太陽(yáng)能的主要方式之一，人們將其形象地稱為“種太陽(yáng)”。

“屋頂分布式光伏”模式由于其倡導(dǎo)就近發(fā)電且占地面積小、政策支持大，在我國(guó)用地相對(duì)緊張的東部地區(qū)發(fā)展很快，近些年已走進(jìn)尋常百姓家。目前，中國(guó)幾乎所有省級(jí)行政區(qū)都有屋頂分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目，對(duì)其合理利用，有非常重要的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會(huì)意義。

光伏發(fā)電量與光照時(shí)間、光照強(qiáng)度、光照角度等物理量有關(guān)，這些又受到緯度、地形、地勢(shì)、天氣（氣候）、大氣透明度等地理要素的影響。我國(guó)地域遼闊，自然環(huán)境存在很大差異，所以各地區(qū)光伏發(fā)電的情況存在差異。近年來(lái)，一些地區(qū)盲目增設(shè)光伏發(fā)電項(xiàng)目導(dǎo)致其成為“擺設(shè)”，或出現(xiàn)發(fā)電量達(dá)不到預(yù)期等問(wèn)題。在建設(shè)“屋頂分布式光伏”前需要考慮哪些因素？哪些地區(qū)適合發(fā)展“屋頂分布式光伏”？在建設(shè)光伏后，是否還可以發(fā)展其他產(chǎn)業(yè)？這些問(wèn)題涉及地理、物理、生物等多個(gè)學(xué)科。

針對(duì)“探索新能源的開發(fā)和利用”，初中地理課程標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)內(nèi)容為：“引導(dǎo)學(xué)生了解我國(guó)自然資源總量大、人均少、時(shí)空分布不均等特點(diǎn)，進(jìn)一步認(rèn)清我國(guó)國(guó)情，并進(jìn)行保護(hù)與節(jié)約資源的教育。”初中物理課程標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)內(nèi)容是：“知道核能等新能源的特點(diǎn)和可能帶來(lái)的問(wèn)題。了解我國(guó)和世界的能源狀況。對(duì)于能源的開發(fā)利用有可持續(xù)發(fā)展的意識(shí)。”可見，地理學(xué)科是從區(qū)域認(rèn)知的角度進(jìn)行教學(xué)，物理學(xué)科是從科學(xué)探究的角度進(jìn)行教學(xué)。不同的學(xué)科視角能幫助學(xué)生更加全面、整體和動(dòng)態(tài)地認(rèn)識(shí)“資源與人類”的關(guān)系，引導(dǎo)學(xué)生用不同“學(xué)科眼”觀察世界、理解世界。

基于以上考慮，筆者設(shè)計(jì)了以“在學(xué)校屋頂‘種太陽(yáng)’”為主題的跨學(xué)科單元學(xué)習(xí)。

2.跨學(xué)科單元學(xué)習(xí)的目標(biāo)整合

在對(duì)學(xué)科整體分析的基礎(chǔ)上，提煉學(xué)科核心知識(shí)及其承載的教學(xué)功能與價(jià)值，挖掘出學(xué)科共通的素養(yǎng)目標(biāo)；在對(duì)學(xué)情進(jìn)行整體分析后，將內(nèi)容承載的核心素養(yǎng)具體化，系統(tǒng)地設(shè)定本單元學(xué)習(xí)目標(biāo)（見圖1），并讓目標(biāo)統(tǒng)領(lǐng)整個(gè)教學(xué)過(guò)程和評(píng)價(jià)。

圖1 確定跨學(xué)科單元學(xué)習(xí)目標(biāo)的流程

表1 “在學(xué)校屋頂‘種太陽(yáng)’”單元學(xué)習(xí)目標(biāo)及對(duì)應(yīng)學(xué)科素養(yǎng)說(shuō)明

3.跨學(xué)科單元學(xué)習(xí)的整體規(guī)劃

在進(jìn)行單元學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)的整體規(guī)劃時(shí)，根據(jù)主題設(shè)計(jì)具有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題，基于問(wèn)題的解決形成貫穿整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程的問(wèn)題線索，依據(jù)問(wèn)題線索規(guī)劃相應(yīng)學(xué)科內(nèi)容。根據(jù)學(xué)生認(rèn)識(shí)規(guī)律，規(guī)劃解決相應(yīng)任務(wù)的時(shí)間，合理安排課時(shí)。

本單元學(xué)習(xí)任務(wù)的設(shè)計(jì)如下：通過(guò)組裝光伏路燈（獨(dú)立式發(fā)電應(yīng)用系統(tǒng)）認(rèn)識(shí)光伏發(fā)電的工作原理及基本應(yīng)用，設(shè)計(jì)出學(xué)校屋頂“植光互補(bǔ)”光伏發(fā)電項(xiàng)目方案；在綜合分析光伏發(fā)電的特點(diǎn)及效能影響因素綜合的基礎(chǔ)上，討論中國(guó)不同區(qū)域光伏發(fā)電的可行性；從多學(xué)科視角理解中國(guó)發(fā)展光伏產(chǎn)業(yè)的巨大優(yōu)勢(shì)，進(jìn)而理解國(guó)家大力發(fā)展光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)對(duì)完成“雙碳”國(guó)家戰(zhàn)略目標(biāo)的意義與價(jià)值，增強(qiáng)學(xué)生的國(guó)家認(rèn)同感及對(duì)世界的理解，樹立“資源與人類”和諧共生、綠色發(fā)展的觀念（見圖2）。

二、關(guān)注“聯(lián)結(jié)”推進(jìn)跨學(xué)科單元學(xué)習(xí)的實(shí)施

在實(shí)施過(guò)程中，準(zhǔn)確找出學(xué)科聯(lián)結(jié)點(diǎn)，巧妙地將其融入單元活動(dòng)設(shè)計(jì)，在具有探究性和實(shí)踐性的活動(dòng)中，培養(yǎng)學(xué)生多學(xué)科思維習(xí)慣。

1.真實(shí)情境聯(lián)結(jié)，引發(fā)學(xué)生興趣

呈現(xiàn)南京浦口區(qū)星甸協(xié)鑫“農(nóng)光互補(bǔ)”項(xiàng)目視頻及相關(guān)資料，引出具有挑戰(zhàn)性的跨學(xué)科問(wèn)題：學(xué)校屋頂能否“種太陽(yáng)”？

設(shè)計(jì)意圖：從學(xué)生身邊能夠觀察到的光伏發(fā)電項(xiàng)目出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)這是需要運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)共同解決的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。

2.建立學(xué)科聯(lián)結(jié)，聚焦核心素養(yǎng)

任務(wù)1：種個(gè)“小太陽(yáng)”——設(shè)計(jì)制作1個(gè)“光伏路燈”（見表2）。

表2 種個(gè)“小太陽(yáng)”學(xué)習(xí)活動(dòng)

任務(wù)2：“太陽(yáng)”下的花園——設(shè)計(jì)學(xué)校屋頂“植光互補(bǔ)”光伏發(fā)電項(xiàng)目方案（見表3）。

表3 “太陽(yáng)”下的花園學(xué)習(xí)活動(dòng)

任務(wù)3：在中國(guó)“種太陽(yáng)”——給中國(guó)3個(gè)地區(qū)的學(xué)校設(shè)計(jì)光伏發(fā)電項(xiàng)目方案（見表4）。

表4 在中國(guó)“種太陽(yáng)”學(xué)習(xí)活動(dòng)

設(shè)計(jì)意圖：從物理實(shí)驗(yàn)出發(fā)，控制變量，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究；從地理現(xiàn)象出發(fā)，找出影響光伏發(fā)電量的主要地理要素，用思維導(dǎo)圖建立學(xué)科聯(lián)結(jié)。在學(xué)校“植光互補(bǔ)”及中國(guó)其他地區(qū)光伏發(fā)電項(xiàng)目方案的制定過(guò)程中，基于證據(jù)進(jìn)行科學(xué)推理、論證交流，充分運(yùn)用綜合思維和區(qū)域認(rèn)知的方法探究光伏發(fā)電空間地圖，從學(xué)科聯(lián)結(jié)的角度理解科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)、環(huán)境的關(guān)系，進(jìn)而樹立“資源與人類”和諧共生、綠色發(fā)展的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。

3.拓展時(shí)空聯(lián)結(jié)，達(dá)成遷移目標(biāo)

在世界“種太陽(yáng)”——在世界無(wú)電人口區(qū)選擇1個(gè)地區(qū)，設(shè)計(jì)光伏發(fā)電項(xiàng)目方案。閱讀“全球電氣化水平圖”及“世界無(wú)電人口排名前20國(guó)家”等資料，每組各選擇1個(gè)國(guó)家（或該國(guó)的某個(gè)城市），查找相關(guān)資料，撰寫該國(guó)（或城市）未來(lái)光伏發(fā)電的可行性方案。除了太陽(yáng)能，各組也可根據(jù)搜集到的該國(guó)（城市）地理信息，探究發(fā)展其他新能源的可行性，撰寫研究報(bào)告或繪制能源發(fā)展布局圖。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)在世界無(wú)電人口區(qū)設(shè)計(jì)光伏發(fā)電項(xiàng)目的可行性方案，引導(dǎo)學(xué)生從更大的時(shí)空尺度，在變化的現(xiàn)象中，從不同的維度反思、設(shè)問(wèn)，達(dá)成遷移目標(biāo)。

4.提供學(xué)習(xí)資源，打造聯(lián)結(jié)通道（見表5）

表5 學(xué)習(xí)資源

設(shè)計(jì)意圖：遵循科學(xué)性、適切性、延展性等原則，提供地理、物理及其他學(xué)科的，多形式、多渠道、覆蓋單元學(xué)習(xí)全過(guò)程的學(xué)習(xí)資源，構(gòu)建開放學(xué)習(xí)空間。

三、跨學(xué)科單元學(xué)習(xí)的再思考

1.立足核心素養(yǎng)進(jìn)行跨學(xué)科單元學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)

跨學(xué)科單元學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)應(yīng)更關(guān)注整合的原因和目的，分析內(nèi)容所承載的素養(yǎng)進(jìn)階，應(yīng)認(rèn)識(shí)到核心概念是學(xué)科核心素養(yǎng)形成的基礎(chǔ)，思維進(jìn)階是學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的關(guān)鍵，實(shí)踐和應(yīng)用是核心素養(yǎng)水平程度的歸宿和檢驗(yàn)。所以，跨學(xué)科單元學(xué)習(xí)過(guò)程應(yīng)指向核心素養(yǎng)進(jìn)階的全過(guò)程。學(xué)科知識(shí)或能力類的跨學(xué)科單元設(shè)計(jì)應(yīng)立足于該學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，整合其他學(xué)科的相關(guān)知識(shí)和方法。問(wèn)題驅(qū)動(dòng)類的跨學(xué)科單元設(shè)計(jì)則應(yīng)挖掘出學(xué)科共通的素養(yǎng)目標(biāo)，聚焦真實(shí)問(wèn)題的發(fā)現(xiàn)與解決，以多學(xué)科整合探究實(shí)踐活動(dòng)為路徑進(jìn)行單元學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)。

2.重新定義“學(xué)習(xí)時(shí)間”，規(guī)劃跨學(xué)科單元學(xué)習(xí)

開展跨學(xué)科單元學(xué)習(xí)時(shí)，挑戰(zhàn)性問(wèn)題以及由問(wèn)題衍生的多學(xué)科學(xué)習(xí)任務(wù)，都需要師生重新定義“學(xué)習(xí)時(shí)間”。單元學(xué)習(xí)中的“課時(shí)”不僅是對(duì)課堂教學(xué)時(shí)間的設(shè)定，還包括對(duì)課堂教學(xué)外時(shí)間的設(shè)定。資料查找、實(shí)驗(yàn)論證、方案修訂以及組內(nèi)的交流溝通，都需要延伸至課堂之外。所以，跨學(xué)科單元學(xué)習(xí)的結(jié)束是以學(xué)生學(xué)會(huì)、目標(biāo)達(dá)成為標(biāo)志的。在實(shí)踐中，教師可根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)學(xué)習(xí)時(shí)間進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，給學(xué)生較為充分的時(shí)間和空間，完成挑戰(zhàn)性學(xué)習(xí)任務(wù)。

3.以學(xué)習(xí)者為中心進(jìn)行跨學(xué)科單元學(xué)習(xí)實(shí)施

設(shè)計(jì)跨學(xué)科單元學(xué)習(xí)時(shí)應(yīng)充分考慮是否貼近學(xué)生生活實(shí)際、是否與學(xué)生經(jīng)驗(yàn)之間存在聯(lián)結(jié)點(diǎn)、是否能夠激發(fā)學(xué)生興趣、是否符合學(xué)生“能力閾”等。如有可能，先通過(guò)信息手段對(duì)學(xué)生的知識(shí)、能力、學(xué)習(xí)方式、思維方式、操作手段、情感態(tài)度等進(jìn)行多維分析，設(shè)定可能達(dá)到的素養(yǎng)水平，規(guī)劃其多維發(fā)展空間，“投其所好”選擇單元主題，清楚認(rèn)識(shí)學(xué)習(xí)障礙點(diǎn)，適時(shí)搭建“腳手架”，促使學(xué)生主動(dòng)、積極地投入學(xué)習(xí)過(guò)程。學(xué)生個(gè)體存在差異，學(xué)科素養(yǎng)起點(diǎn)不同，因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮個(gè)體差異。由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、自然條件、文化傳統(tǒng)的差異性，不同地域的學(xué)生素養(yǎng)發(fā)展也是有差異的，設(shè)計(jì)時(shí)也應(yīng)考慮本地區(qū)的實(shí)際情況。

4.搭建團(tuán)隊(duì)進(jìn)行跨學(xué)科單元學(xué)習(xí)研究

跨學(xué)科單元學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)不僅需要教師具備豐富的學(xué)科知識(shí)、完整的知識(shí)結(jié)構(gòu)、綜合看待問(wèn)題的視角以及靈活運(yùn)用的研究方法，還需要有跨越學(xué)科的意識(shí)與再學(xué)習(xí)的能力。教師需要認(rèn)真研究其他學(xué)科的知識(shí)及體系，積極尋找學(xué)科融合點(diǎn)并選擇合適的內(nèi)容進(jìn)行重新架構(gòu)，以期在保留各學(xué)科特征的同時(shí)，制定出符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律且能解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的一體化單元學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)，使學(xué)生跨越學(xué)科壁壘多維度的認(rèn)識(shí)世界，促進(jìn)其全面發(fā)展，讓學(xué)科整合更具價(jià)值。跨學(xué)科學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)需要共同研討與團(tuán)隊(duì)協(xié)作的工作，需要在學(xué)科間、學(xué)校間搭建團(tuán)隊(duì)，共同學(xué)習(xí)，相互交流，以研究推動(dòng)跨學(xué)科單元學(xué)習(xí)的實(shí)踐探索。