核心素養導向下的“跨學科－項目式”教學設計

周倩

摘? ?要：以核心素養和建構主義理論為指導，通過備教材、析學情、設目標、研過程四個部分設計符合學生認知發展水平的教學方案，有機整合相關學科的教育內容，進行項目式教學活動，以期達到學生在科學探究中獲取并應用知識、訓練并發散思維、培養科學態度與責任的目的。以“行星運動的規律”新課教學為例，證明“跨學科－項目式”教學設計不僅促使教師專業素養的發展也落實學生全面素養的提高。

關鍵字：核心素養；跨學科教學；項目式學習；教學設計

1? “跨學科-項目式”教學背景

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

2? “跨學科-項目式”教學概述

跨學科教學以物理學科為主導，在科學探究中結合其他學科概念規律和方法進行物理問題解決；項目式學習源于杜威的“做中學”教育思想，以建構主義理論為指導，創設有利于學生知識建構的學習情境，利用開放性探究活動開展教學。與常規教學相比，“跨學科-項目式”教學是一種探究性學習模式，該模式下課堂的生成性強，充分調動學生的主觀能動性和學習積極性，旨在提升科學思維和科學探究素養。在“跨學科-項目式”學習的教學模式下，教學設計可著重于備教材、析學情、設目標、研過程四個部分。

2.1? 剖析教材內容，探尋跨學科切入點

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

2.2? 分析學生學情，創設項目式教學情境

教學設計中以學生為主體，由學生的發展需要確定教學方式：高中生正處于身心發展的動態階段，創設項目式教學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習探究的氛圍。這就要求備課時教師需要充分了解學生，結合學生跨學科知識基礎和生活經驗，比較關聯科目的學習情況，應用項目探究引導學生在原有認知的基礎上建構新概念。

2.3? 遵循課標要求，確定綜合型教學目標

高中物理課程從學科核心素養出發，提煉物理學科育人價值。對于教材的主體內容來說，學生能學習到物理觀念顯性知識。課標要求學生在建構物理觀念的同時，以知識為載體體驗科學探究過程，應用跨學科的研究方法比如數學的估算、作圖、信息的收集和處理等解決問題，科學思維應得到有效訓練。一份良好的教學設計必然是科學思維、科學態度與責任等隱性知識滲透在物理觀念的獲取過程中的，因此教學設計需遵循課標要求，確定相互促進、有機統一的教學目標。

2.4? 圍繞核心概念，設計生成性教學過程

教學過程由新課引入、新課教學以及總結三個環節組成。“跨學科-項目式”教學模式在新課引入時，以緊密聯系生活、社會、科技發展的情境出發，針對所跨學科內容特點，生成與物理學科內容相關的項目。新課教學則通過教師的引導，學生在項目探究中在原有認知基礎上通過“同化”“順應”構建出新的知識，不僅獲得物理概念及規律，也對關聯學科知識、方法做了復習鞏固和應用，促進學科的交叉與融合。最后由學生進行項目的小結，進而對這堂課的知識、方法和感受進行交流分享。

3? “跨學科-項目式”教學案例

應用“跨學科-項目式”教學模式，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“行星運動的規律”進行教學設計。

3.1? 教學內容分析

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

3.2? 學情分析

對學生來說本節內容是抽象、生疏，甚至無法去感知的。但是初中學習過的地理知識讓學生對天體的運動軌道有基本的了解。在學習本節前學生已經學習了機械能有關知識以及圓周運動相關知識。學生對行星運動的本質還不明白，因此利用項目式學習、科學探究的方式，在前概念的基礎上，逐步拓展學習開普勒行星運動定律，同時進一步提高其他學科的學習能力例如提升學生數學圖表學習、估算能力。

3.3? 教學目標

（1）物理觀念

了解古代天文學的發展歷程及取得的成就，知道開普勒行星運動三大定律內容，會用行星定律解釋項目中出現的有關現象，會用周期定律計算行星運行軌道半徑或周期。

（2）科學思維

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

（3）科學探究

能在項目式課堂探究中思考二十四節氣等現象，提出物理問題。能根據已有知識，合理猜想。能對數據進行分析整理，得到初步的結論。

（4）科學態度與責任

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

3.4? 教學過程

結合“跨學科-項目式”教學理論，教學流程如圖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（節氣），將二十四節氣的變化與天體運動知識建立聯系，把近期熱點話題轉化為可探究的問題，訓練學生的科學思維。導入部分應用真實且富有挑戰性的驅動性問題，可有效利用學生旺盛的精力和強烈的好奇心營造課堂學習探究的氛圍。

（2）探究一：開普勒第一定律

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

小組內部討論節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。通過學生的表述，教師可以了解學生在地理學科對天體運動的基礎認識程度，逐步把學生從錯誤的主觀認識引導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：從二十四節氣的形成圖看，近日點的季節是冬季，遠日點的季節是夏季，這說明了什么問題？

大部分學生對此還是感到迷惑，教師引導學生自主探究真相，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。根據主軸圖對問題2進行思考，學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主要因素。

針對訓練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？針對訓練將物理知識與數學估算有效結合，體現了學科交叉性，很好地訓練了學生讀取信息和處理數據的能力，提升了估算能力。

問題3：科學猜想：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？猜想的依據是什么？

教師要引導學生有根據地猜想，小組內部討論后由組員代表進行本組觀點闡釋。學生能使用簡單和直接的證據表達自己的觀點，具有質疑和創新的意識。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，對哪些數據感興趣？能得出什么規律？談談看法。

學生在對數據進行分析時，直觀地得到離中心天體越遠，周期越大的規律。經過教師引導，能夠對數據進行進一步整理計算，得出初步的結論——周期定律。

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

針對訓練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星發射中心點火升空。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？

利用針對訓練鞏固提升學生的數學圖表學習、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）總結提升

每個小組結合以上探究結果得出開普勒三大定律（畫出草圖并表述）。教師充分肯定學生的表現并對小組布置一定的任務：繼續查閱資料和走訪，了解二十四節氣在農業上的應用及民間相關習俗；查找并欣賞有關節氣的詩歌。地球繞太陽運動，需要力維持嗎？如果需要，是什么力？完成書本作業第5題。

4? 結語

結合教學案例反思，從教師素質發展的角度看，在“跨學科-項目式”教學中，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容在物理學科和關聯學科中的作用和地位，注重學科之間的溝通和聯系，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的提升。從學科素養培育的角度看，“跨學科-項目式”教學強調課堂的生成性：學生在跨學科情境中，構建系統性知識，實現能力的遷移與運用；在項目中經歷科學探究過程，科學思維得到訓練，科學態度與責任得到培養，促使全面素養的提高。

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.