以素養為本的跨學科主題教學整體設計
——以“水火箭打靶”為例

廣東省深圳市光明區理創實驗學校 王傳俊

一、研究背景

《義務教育課程方案（2022年版）》提出開展跨學科主題學習，要求各學科跨學科主題學習活動要不少于10%。由于跨學科主題學習不同于傳統的學科教學，在主題開發、教學設計、學習指導等方面教師都比較陌生，需要一定的探索與積淀。在聚焦核心素養原則指導下，如何對具有生活價值的真實性跨學科主題進行教學設計就成為目前教師亟須研究的課題。本文意在探索針對跨學科主題教學的整體設計框架，并以“水火箭打靶”這一跨學科主題的教學整體設計為例來闡釋這種框架。

二、概念界定

整體設計是一種系統化的教學規劃過程，是對教與學的各元素進行系統規劃，以確保學生在整個學習過程中能夠獲得連貫、統一的學習體驗。整體設計強調各教學元素之間的有機聯系和互相支持，以實現教學目標、優化教學效果。

三、設計框架

主要從所跨學科、教學設計說明、學習目標、學習評價設計、學習環境、學習任務或活動設計、作業設計、教學結構圖等方面進行設計。（見表1）

表1 跨學科主題教學的整體設計框架

四、設計案例

以下以“水火箭打靶”這一跨學科主題來說明教學的整體設計。

（一）涉及學科

1.物理學科

主要涉及：（1）氣體壓強等物理知識和運動規律；（2）箭體水量、發射角度、發射氣壓各因素與落點關系的研究。

2.數學學科

主要涉及：（1）火箭落點分布的統計描述；（2）定水量、定角度情況下的發射氣壓值與發射距離關系的測算；（3）定水量、定氣壓情況下的發射角度與發射距離關系的測算。

（二）主題設計說明

本主題設計主要有以下幾個方面的依據：

1.物理課程標準

物理課程標準對于跨學科實踐方面在學業要求上提出：（1）能在跨學科實踐中綜合認識所涉及的知識；（2）能在跨學科實踐中嘗試找出影響活動成效的主要因素，能運用簡單模型解決問題；（3）能設計簡單的跨學科實踐方案，能通過調查等方式收集信息，提出證據。在情景素材建議中，明確給出了“了解水火箭的原理、結構、材料等，小組合作設計并制作簡單的水火箭”。

2.數學課程標準

數學課程標準要求“會用數學的眼光觀察”“會用數學的思維思考”“會用數學的語言表達”，并要求“經歷現實情境數學化，探索數學關系、性質與規律的過程”。

3.學校條件

實驗室里有豐富的水火箭器材、設備。同時，一年一度的“理創文化節”是筆者所在學校的傳統節日，“理創文化節”中包括水火箭項目在內的科技活動已深得學生喜愛。

4.學生情況

學生在“理創文化節”上對于水火箭有了一定的認識與了解，同時對其也有一定的興趣。各實驗室的開放，為學生的動手操作提供了需要使用的設備器材，同時也提供了鍛煉的機會。在動手能力方面學生也就有了一定的基礎。在基礎知識方面，學生已經學習了機械運動與力的初步知識，會用示意圖描述力，并了解了慣性知識等。

（三）主題學習活動目標

本主題活動的目標是：學生通過進行“水火箭50米定點打靶”這一實踐活動，了解氣體壓強等物理知識和運動規律，了解數據收集、整理、統計、分析等的應用，研究發射角度、發射氣壓各因素對落點的影響。學生通過這一實踐活動鍛煉自己“根據活動中的現象提出問題、探尋原因并尋找解決問題辦法”的探究能力。學生通過這一實踐活動鍛煉自己的科學推理論證能力以及質疑創新的思維能力。學生通過這一實踐活動鍛煉數學統計能力以及根據統計數據探尋兩個量之間的關系的能力。

（四）主題學習評價設計

主題學習評價設計見表2。

表2 水火箭項目表現性評價量規

（五）主題學習活動環境

本主題學習環境如下：

1.探究制作室

以學校實驗室為探究制作室。實驗室里有一體機等教學用設備儀器。實驗室內還有六邊形制作臺8張，每張制作臺可以供16個學生一組使用。同時配有8組工具箱。工具箱里有剪刀、刻刀、電工膠、筆等水火箭制作工具。探究制作室里還有制作水火箭需要用到的飲料瓶。

探究制作室里還有用于發射用的水火箭發射底座，數字氣壓表以及輔助發射用的打氣筒、盛水箱、皮尺（80米）、激光測距儀、手持氣象儀等設備儀器。

2.運動場

學校有400米標準運動場。運動場中央是足球場。整個運動場可進行封閉管理，這樣進行發射練習時可以控制其他人員進入，確保安全。

（六）主題學習活動或任務設計

驅動性問題：（1）如何設計制作出飛行穩定性較好的水火箭？（2）用多大的發射角度進行發射？（3）箭體氣壓是多大最有可能命中目標？

任務一：設計制作并發射水火箭。

活動概述：本任務是通過設計并制作水火箭，促使學生進行氣體壓強以及反沖運動等物理規律的學習鉆研。其主要過程是在探究制作室里，利用探究制作室內的材料與工具，設計并制作水火箭。再利用氣密性完好的發射架到運動場進行至少一次的發射體驗。

目標關聯：本任務的實施主要指向了解氣體壓強、反沖運動、慣性運動、拋物線運動等物理知識和運動規律，在評價量規中對應單、多點層級里的表現要素。

任務二：研究發射角度與射程的關系。

活動概述：本任務是通過研究在不同角度下水火箭的發射距離，引導學生對拋物線運動形成認知，在此基礎上通過多次試驗探尋發射距離與發射角度的關系，從而為選用合適的角度發射水火箭奠定基礎，繼而培養學生的研究能力。其主要過程是在氣壓、水量等因素相同的情況下，以不同的發射角度，進行發射實驗，之后再測量發射距離，最終對實驗結果進行總結。

目標關聯：本任務的實施主要指向了解數據收集、整理、統計、分析等的應用，研究發射角度對落點的影響；學生通過這一實踐活動鍛煉自己“根據活動中的現象提出問題、探尋原因尋找并解決問題辦法”的探究能力；學生通過這一實踐活動鍛煉自己的科學推理論證能力以及質疑創新的思維能力，在評價量規中對應關聯層級里的表現要素。

任務三：研究氣壓與射程的關系。

活動概述：本任務是通過研究在不同氣壓下水火箭的發射距離與氣體壓強的關系，從而為選用合適的氣壓發射奠定基礎，繼而培養學生的研究能力。其主要過程是在發射角度、水量相同的情況下，以不同的氣壓進行發射實驗，并測量發射距離，最后總結出發射規律。

目標關聯：本任務的實施主要指向了解數據收集、整理、統計、分析等的應用，研究發射氣壓對落點的影響；學生通過這一實踐活動鍛煉自己“根據活動中的現象提出問題、探尋原因并尋找解決問題辦法”的探究能力；學生通過這一實踐活動鍛煉自己的科學推理論證能力以及質疑創新的思維能力，在評價量規中對應關聯層級里的表現要素。

任務四：完成“水火箭50米定點打靶”比賽。

活動概述：本任務是通過實際比賽，訓練學生臨賽時沉著冷靜的應對心理，緩解其在重要時刻的緊張焦慮心理。同時，訓練學生綜合考慮發射場景中的各種影響因素，提高目標任務的完成度。

目標關聯：本任務的實施主要指向學生通過這一實踐活動鍛煉自己意志力、抗緊張能力等心理品質，在評價量規中對應拓展層級里的表現要素。

（七）主題作業設計

本主題整體作業為：如何才能使自制水火箭精準命中50米定點靶標？（時長為220分鐘）

整體作業分解為課時作業（見表3）。

表3 “水火箭50米定點打靶”課時作業

（八）主題教學結構圖

綜上，本主題的教學結構圖如圖1。

圖1