基于學科核心素養培育的跨學科實踐探究

摘 要：利用中小學智慧教育平臺資源，學生圍繞生活中常見的問題，課前查閱相關資料，課上設計實驗方案，在自主探究的過程，通過對實驗現象的觀察、分析，最后解決問題。文章以“升華和凝華”為例，通過開展跨學科實踐探究活動，促進學生深度學習，最終達到促進學生核心素養培育的目的。

關鍵詞：智慧教育平臺;跨學科實踐;科學探究;課后服務;核心素養

“雙減”背景下的中小學課后服務是促進學生核心素養培育的重要組成部分。通過對中小學課后服務現狀調查發現，多數學校以輔導學科作業為主，利用課后服務時間進行學科教學，所開展的校本課程也存在以學科知識傳授為主的現象，很難真正提升學生能力，課后服務的育人作用難以充分實現。究其原因，一方面是資源缺乏，另一方面是教師習慣了學科類知識傳授，對于開展科學類、實踐類課程沒有經驗，使得課后服務形式單一，無法滿足學生多樣化的學習需求。

中小學智慧教育平臺資源豐富，提供了各學科課程教學知識，有大量的實踐性作業，教師和學生可以充分利用平臺資源開展教學活動，優化服務內容。因此，引入智慧教育平臺為提升課后服務質量具有重要意義。

1 “跨學科實踐”的內涵和特點

《義務教育物理課程標準（2022年版）》課程內容新增一級主題“跨學科實踐”，包含“物理學與日常生活”“物理學與工程實踐”“物理學與社會發展”三個二級主題。“跨學科實踐”主題的內容具有跨學科性和實踐性特點，與日常生活、工程實踐及社會熱點問題密切相關。這部分內容的設計旨在發展學生跨學科應用知識的能力、分析和解決問題的綜合能力、動手操作的實踐能力，培養學生積極認真的學習態度和樂于實踐、勇于創新的精神[ 1 ]。筆者以智慧教育平臺“課程教學”模塊中的“實驗教學”內容“觀察升華和凝華現象”教師的教學設計為參考，結合本校學生特點，以“升華和凝華”為例，通過開展跨學科實踐探究活動，促進學生深度學習，最終達到促進學生核心素養培育的目的。

2 以“升華和凝華”為例，開展跨學科實踐探究

學生圍繞生活中常見的問題，通過觀察、思考、分析問題，提出解決方案，然后通過一系列的學生實驗，逐個解決問題。在這一過程，完成學習目標的同時，學生在自主探究的過程，通過課前查閱相關資料，課上設計實驗方案，進行實驗探究，以及對實驗現象的觀察、分析，最后解決問題等活動，促進學生核心素養的培育。

教師先布置課前作業，讓學生查閱相關資料，了解為什么指紋可以提取，日常生活中提取指紋的方法，檢驗水的方法。

2.1 創設情境，設計跨學科實踐任務

指紋是人體不一樣的特征，并且它們的復雜度足以提供用于鑒別的足夠特征，因此指紋在生活中的應用很廣泛，如：考勤、支付、身份識別等。教師出示一張有指紋印的紙張。拋出問題：如何快速提取紙張上的指紋？學生課前已經查閱相關資料，了解顯現指紋的方法，多數學生提出可以用碘伏。教師指出利用碘伏提取指紋，容易使紙張受污染，不用碘伏，而直接用碘單質能否提取呢？問題的關鍵就在于固態的碘單質能否直接變成氣態？接著，教師用酒精燈加熱碘，引導學生觀察，發現產生紫色碘蒸氣的同時，碘發生熔化現象。教師進一步提出問題：產生的碘蒸氣是固態碘直接受熱變成氣態，還是碘熔化后液態的碘再變成氣態？如何通過實驗驗證我們的猜想？教師介紹：酒精燈外焰溫度為400～500 °C，一個標準大氣壓下，碘的熔點是113.5 °C，沸點是184.35 °C。學生受啟發，提出了可以用水浴加熱的方法。

反思：通過創設生活情境，了解指紋的特點及指紋在生活中的各種應用，能夠吸引學生的學習興趣。學生通過課前查閱有關指紋顯現的相關資料，對于教師提出的問題：如何快速提取紙張上的指紋，一下子就表現出強烈的探究欲望。

2.2 經歷探究過程，建立概念

探究1：固態碘顆粒能否直接變成氣態？

實驗器材：燒杯、熱水、碘錘。

實驗步驟：（1）往燒杯中倒入適量熱水;（2）將碘錘浸沒在熱水中。

學生觀察現象發現：碘錘內的黑色顆粒逐漸消失，同時產生大量紫色蒸氣（如圖1所示）。

實驗結論：固態碘受熱可直接變成氣態。

接著讓學生將碘錘從熱水中取出，置于桌面上。學生觀察現象發現：紫色蒸氣慢慢消失，同時產生大量黑色的碘顆粒（如圖2所示）。

實驗分析：在兩次實驗中，實驗1碘顆粒吸熱直接變成氣態，實驗2紫色的蒸氣遇冷放熱直接變成固態。

教師請學生描述什么是升華、凝華現象。

反思：學生在教師提供的相關資料的啟發下，通過自己設計實驗方案，積極主動地進行科學探究，建立了升華、凝華的概念，知道升華吸熱、凝華放熱。在這一過程，培養學生進行知識遷移的能力，同時發展學生的科學思維能力、科學探究能力。

2.3 設計方案，動手實踐

在學生建立概念的基礎上，為了讓學生能夠運用所學物理知識解決實際問題，滲透學以致用的思想，筆者又提出了探究問題2。

探究2：如何快速地顯示紙張上的指紋？

教師先提示：碘蒸氣是一種有毒氣體，在利用碘熏法顯示指紋的過程中要注意安全。學生在教師的啟發下進行小組討論，設計了實驗3。

實驗器材：碘顆粒、藥匙、鑷子、燒杯（2個）、帶有指紋的紙張、玻璃瓶、玻璃片、冷水、熱水。

實驗步驟：（1）取少量碘顆粒放入玻璃瓶中，用鑷子將帶有指紋的紙張放入玻璃瓶中，用玻璃片蓋住瓶口;（2）將玻璃瓶放入裝有熱水的燒杯中，靜置片刻（如圖3所示）。

實驗現象：紙張上顯示手印。

為減少碘蒸氣的污染，學生提出將玻璃瓶再放入裝有冷水的燒杯中，觀察到紫色蒸氣逐漸消失，同時燒杯中出現黑色顆粒。

反思：通過創設生活情境，引導學生利用物理、化學知識設計實驗方案，解決實際問題。在這一跨學科實踐過程中，使學生感受到物理知識在生活中的應用，發展學生跨學科應用知識的能力、分析和解決問題的綜合能力，促進學生科學思維水平的提升，鍛煉學生動手實踐的能力。

2.4 跨學科應用知識，探究解惑

升華與凝華在生活中的應用很廣泛，比如利用干冰制造舞臺煙霧，產生的煙霧是什么物質？學生會認為是干冰變成的二氧化碳氣體。授課時，很多教師是直接告訴學生產生的煙霧是小水珠，是空氣中的水蒸氣液化而成的，讓學生被動將知識進行記憶。從學生的作業情況反饋，發現很多學生還是一直認為煙霧就是二氧化碳氣體。筆者認為有條件可以讓學生通過動手探究，觀察實驗現象、分析問題，主動獲取知識。筆者在授課過程提出探究問題3。

探究3：利用干冰制造的舞臺煙霧，是什么物質？

在授課過程，教師提示學生二氧化碳氣體是無色的，白色的煙霧不是二氧化碳氣體，那么可能是什么物質？有學生猜想可能是水珠。如何檢驗水？學生通過課前查閱相關資料，知道可以用無水硫酸銅檢測是否是小水珠。在教師的啟發下，學生經過小組交流討論，設計了如圖4所示的實驗。

實驗器材：干冰、球形干燥管，帶有塞子的錐形瓶、無水硫酸銅、鐵架臺。

實驗現象：無水硫酸銅變藍。

結論：利用干冰制造的煙霧，實質是小水珠。

教師進一步拋出問題：小水珠是怎么形成的呢？學生經過討論，知道煙霧產生的原因。

自然界中的霜，對于南方的學生來說，比較少見，學生較為陌生，霜是如何形成的呢？課堂上若能讓學生制造霜，會加深學生對霜的了解。在利用干冰制造煙霧，產生大量白氣的同時，教師引導學生注意觀察錐形瓶外壁。學生發現錐形瓶外壁下方有白色的粉末，外壁上方有水珠。筆者進一步提出探究問題4。

探究4：霜是什么物質，如何證明？

學生猜想：霜應該是水蒸氣遇冷凝華而成的，可以用無水硫酸銅檢測。于是設計了實驗方案：刮取適量霜，放入適量無水硫酸銅。

現象：無水硫酸銅變藍色，說明霜是水蒸氣凝華而成的。

教師引導學生思考：水蒸氣遇冷可以液化成小水滴，也可以凝華成霜，它們的形成有何區別？學生猜想應該是形成時的溫度不同。于是學生設計了方案：用溫度計分別測出錐形瓶外壁所形成的霜以及小水珠的溫度。溫度計示數不同，說明二者形成的溫度不同。當氣溫下降使地表或接近地表的物體表面最低溫度降到零度左右時，空氣中水蒸氣直接凝華在地表或物體上形成霜。

反思：舞臺煙霧、自然界中的霜，是升華、凝華現象的典型例子。對于煙霧是什么物質，以及為何會有霜的形成，霜又是什么物質，為什么在南方很少見到？這一系列的問題，學生充滿好奇。在授課過程，教師應盡可能創造條件，讓學生動手經歷探究過程。筆者在教學中利用干冰，讓學生感受小型舞臺煙霧，雖然跟真實的舞臺煙霧效果有區別，但在探究的過程，能夠讓學生對物理知識有深度的理解，也充分感受到物理來源于生活。在探究過程，培養學生跨學科應用知識、分析和解決問題的綜合能力。

2.5 課后作業，實現跨學科實踐活動延伸

課后作業其本質屬性也是一種學生的自主學習活動[ 2 ]。在“雙減”背景下，學生利用課后時間進行自主探究活動，是促進學生深度學習的有效途徑。我們布置的實踐作業是學生在家利用鹽、冰塊、易導熱容器（如不銹鋼杯），動手實踐模擬霜的形成，或者嘗試用樟腦丸制作“人工霧凇”，要求學生動手實踐并解釋原理，拍攝成視頻，同學間進行交流，評價。“凍干技術”也利用到升華現象，在生活、生產中，被廣泛應用，如太空中宇航員的食物。教師也可以布置作業，讓學生通過上網查閱“凍干技術”的有關資料，完成相應的報告，匯報成果。

3 結語

教師通過創設生活情境，設置一系列問題，在教師的引導下，學生積極主動參與。利用物理知識、化學知識與生活情境相結合，通過跨學科實踐，提高學生應用知識的能力、綜合分析問題、解決問題的能力，達到深度學習。在這一過程中，幫助學生正確建構物理觀念，培養學生的科學思維、科學探究能力、實事求是的科學態度和責任等。中小學智慧教育平臺中的“課程教學”模塊，提供了大量科學類資源和豐富多樣的跨學科實踐資源，教師和學生可以充分利用平臺資源，利用課后延時服務時間，開展跨學科實踐活動，充分發揮跨學科實踐活動的育人價值。

參考文獻：

[1] 中華人民共和國教育部.義務教育物理課程標準（2022年版）[S].北京：北京師范大學出版社，2022：33-34.

[2] 肖永琴.促進深度學習的初中物理實踐作業設計[J].教學與管理，2020（3）：49-51.