基于科技館資源的跨學科實踐教學

摘 要：隨著課程改革的不斷推進，育人方式的探索一直在進行。跨學科實踐教學是目前探索的重要方向之一。科技館展品優秀的互動性為跨學科實踐教學提供了豐富的教學資源。以“探索視錯覺與平衡的奧秘”為教學主題，從設計理念、設計思路和教學實施等方面，融合了物理學、感知心理學和工程實踐，探索了跨學科實踐教學，對跨學科實踐教學提供借鑒。

關鍵詞：跨學科實踐；教學資源開發；科技館資源；重心與平衡

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2024）11-0072-4

義務教育課程方案中明確要求“加強課程綜合，注重與社會生活的關聯”，并規定各門課程應安排不少于１０％的課時進行跨學科主題學習［１］。這是新課程改革的一大亮點。利用科技館資源設計跨學科實踐教學的獨特性在于，其展品能夠為學生提供互動性的感知體驗。首先，科技館擁有涵蓋多個學科領域的豐富科技實物展品和科普教育資源，與學科課程標準和教學內容相吻合，為跨學科教學提供了多樣性的學科知識和豐富的物質基礎。其次，科技館采用多媒體、互動等先進技術，能夠提供生動直觀的學習體驗，深化學生對知識的理解。最后，科技館展品具有趣味性和實踐性，能激發學生的學習興趣，將科學知識與跨學科課程所強調的真實情境相結合。因此，利用科技館資源，開展主題為“探索視錯覺與平衡的奧秘”的跨學科實踐活動，讓學生了解重心的意義和位置，通過觀察、體驗、實驗、驗證、制作等過程，總結物體保持平衡的因素，培養學生批判質疑、勇于探究的科學精神及科學價值觀，是一個可行的教學案例。本文從設計理念、設計思路和教學實施三個方面對此進行探討。

１ 設計理念

跨學科實踐教學立足于物理課程標準目標與內容要求，融合不同學科的內容和思維方法，關注真實情境中的問題解決，綜合運用多學科的知識和方法，讓學生對所學知識加以深化，發展高階思維能力［２］。科技館資源恰好能為跨學科教學提供互動體驗的學習環境，將抽象知識融入真實情境，深化學科知識關聯。科技館豐富資源的作用體現在三個方面：

（１）跨學科知識整合。科技館資源涵蓋物理、化學、生物、地理等多學科領域，引導學生從多角度理解知識和解決問題。同時，資源以環境、實物、圖文、數字模擬、專題講座等多樣方式呈現［３］，豐富教學方式，吸引學生注意，拓展文化視野，促進深入理解。

（２）深化跨學科知識理解。科技館采用多媒體、互動等技術，激發多感官，提供具體體驗，增強學習趣味性。教學遵循師生互動原則，讓學生發現、提出、解決問題，體驗沉浸式學習，深化對知識的理解。

（３）創設真實教學情境。科技館通過趣味實驗、科學秀等方式生動呈現科學現象及其知識，將學科知識與實際情境相結合，使學生在真實情境中應用所學。同時，依托資源包開展科技制作，讓學生在真實情境中探索、發現和解決問題［４］。

２ 設計思路

“探索視錯覺與平衡的奧秘”是基于日常生活中的跨學科實踐活動，利用科技館中的“空中自行車”和“錐體上滾”展品，讓學生體會物理學、感知心理學和工程實踐等學科的融合。具體教學分為三個部分：

（１）引入與實踐體驗。觀察“怪坡現象”后，利用“錐體上滾”進行演示，引導學生從物理和心理學角度思考原理，了解物體重心和平衡條件，及其在生活中的應用。

（２）探究與實驗設計。體驗“空中自行車”，制作迷你自行車，在制作過程中總結物體平衡條件，培養學生的科學探究能力。

（３）學以致用與拓展延伸。通過“木條支撐瓶裝水”驗證平衡條件，并對迷你自行車進行改造升級，培養學生的批判質疑和探究精神。

案例計劃安排３個課時，涉及的學科知識、內容及學業要求如表１所示。

３ 教學實施

教學實施分３個環節：具身體驗、實驗探究、應用與實踐。在具身體驗環節中，學生親身體驗“錐體上滾”和“空中自行車”展品，并將其與日常生活中的“怪坡現象”聯系起來，增強認知能力。在實驗探究環節中，學生通過制作迷你自行車探索物體保持平衡的條件，并通過“木條支撐瓶裝水”實驗驗證平衡條件的準確性。在應用與實踐環節中，學生改變迷你自行車的配重和懸掛繩長，進行升級改造，呈現研究成果。

３．１ 引入與實踐體驗

任務１：從物理學視角思考“怪坡”的原因。

活動１：播放“怪坡”視頻，讓學生觀察斜坡上車子逆行而上的現象。利用“錐體上滾”演示“怪坡”，觀察錐體結構，提出驅動型問題。

驅動型問題１：物體在重力作用下由高向低運動，為何錐體能在斜面上自下而上滾動？

驅動型問題２：錐體上滾軌道的結構有何特點？

教學提示：讓學生親自操作“錐體上滾”，觀察不受外力時錐體的運動。拆解錐體結構，引導學生從物理學角度分析此現象。

任務２：從心理學視角思考“怪坡”的成因，與“錐體上滾”原理是否相同。

活動２：介紹視錯覺概念，觀察錐體上滾軌道是否存在視錯覺，提出驅動型問題。

驅動型問題１：“錐體上滾”與“怪坡”原理是否相同？

驅動型問題２：物體平衡的決定因素是什么？

教學提示：“怪坡”是一種視錯覺現象。人眼在特定條件下會錯誤判斷斜坡的傾斜角度。當人站在特定坡道上時，周圍環境或坡道設計會導致人眼產生誤解，感覺坡道水平或與實際傾斜相反。因此，需引導學生從心理學角度思考這種現象的成因。觀察“錐體上滾”軌道，發現雙錐體與Ｖ形軌道巧妙結合。在軌道窄口處（Ａ端），間距最小，雙錐體重心最高；在軌道寬口處（Ｂ端），間距最大，雙錐體重心最低（圖１）。盡管表面看似由低向高滾動，實際是雙錐體重心降低的過程。由此可了解物體穩定性與重心的關系。

３．２ 探究與實驗設計

任務１：探究物體保持平衡是否與重心有關。

活動３：在學自行車的初期，還沒有掌握好騎車的要領，總會有要摔倒的感覺。在生活中非常難以控制的事，在科技館中卻極易實現。接著展示“空中自行車”，通過工作人員演示騎車走鋼絲引發學生積極參與，并通過遮擋道具的下半部分設置懸念，激發學生的探究欲望，并提出驅動型問題。

驅動型問題１：自行車為什么能在鋼絲上行走？

驅動型問題２：道具被遮擋的關鍵部分是什么？

教學提示：在工作人員的引導下，學生可以通過親自體驗騎車走鋼絲來進一步思考自行車能夠保持平衡的原因，并且與生活中的騎車經歷形成鮮明對比，引發學生的認知沖突。

任務２：選材制作迷你自行車，并使其保持平衡。

活動４：根據科技館提供的材料，選用合適的材料制作迷你自行車，并讓自行車能夠保持平衡，并做直線運動。

驅動型問題１：“空中自行車”能夠在鋼絲上行走與“錐體上滾”原理是否相同？

驅動型問題２：在制作的過程中總結物體保持平衡的條件？

教學提示：以問題為導向引發學生思考“空中自行車為何能在鋼絲上行走，是否與重心有關”。在制作迷你自行車的過程中，引導學生探索并總結保持物體平衡的條件。通過問題與動手實踐相結合，培養學生的實驗探究能力。教師要耐心引導學生制作，并注意觀察學生的注意力，在注意力分散時及時引導學生思考問題。

３．３ 學以致用與拓展延伸

任務１：驗證實驗總結出的物體平衡條件的準確性。

活動５：利用教師準備的小木條、瓶裝水、細線等材料，進行“木條支撐瓶裝水”實驗，驗證平衡條件。去掉展品遮擋物，觀察被藏起來的部分，再次體驗“空中自行車”。

驅動型問題１：如何調整小木條的位置和傾斜角度，使得瓶裝水在不倒下的情況下保持穩定？

驅動型問題２：改變小木條的長度和材質會對實驗結果產生什么影響？

驅動型問題３：什么條件下小木條支撐的穩定性最佳？

教學提示：學生實驗驗證時，教師要引導其辯證地思考，完成探究過程，得出“當整個物體的重心在支持面正下方時，結構穩定”的結論。然后，教師引導學生回歸展品，解決“自行車為什么能在鋼絲上行走”的問題，發現被遮擋的是自行車的配重，它才是自行車保持平衡的根本原因。最后，學生再次親身體驗和感受，加深對重心與平衡的認識。

任務２：對迷你自行車進行改造升級。

活動６：引導學生仔細觀察“空中自行車”的標識牌，提出驅動型問題１。通過已有材料反復更換迷你自行車的配重以及懸掛配重的繩長，提出驅動型問題２。

驅動型問題１：為什么展品會有體重的限制？

驅動型問題２：自行車的配重應該如何進行選擇？

教學提示：通過升級、改造作品，加深學生對知識的理解，體會學以致用的過程。這不僅能幫助HW6U6Xm8o45a4X2tTPa+6YK6FEU+g+z7Y+WuJczgv90=學生掌握知識，還能夠培養其創新意識和實踐能力。跨學科實踐活動是一種有效的教學方式，可以加深學生對跨學科知識的理解，提升其綜合能力、操作技能和物理核心素養。

３．４ 研究成果交流與評價

應用評價量表（表2），教師引導學生之間互相交流和評價教學實施過程及成果。

跨學科實踐活動具有情境性、整合性和實踐性特征，定量評價并非唯一標準［５］。教師可采用多元評價方式，例如，利用課堂來觀察學生的精神狀態以及思維活動，檢驗學生的問題解決能力是否得到提升，驗收學生作品制作的規范性等。通過這些方式，評價學生是否達到預期學習目標，幫助教師思考教學的合理性與價值所在。

４ 結 論

開發和利用教學資源是物理教學的重要課題。科技館展品蘊含豐富的教育資源，能為跨學科教學提供互動體驗，將抽象知識融入真實情境，深化學科知識關聯。然而，目前科技館資源利用不足。改善這一狀況需從兩個層面著手：一是學校應整合校內外可用教學資源，建立合作關系，制定相關政策，組織培訓，鼓勵教師參與，提升專業能力。二是教師應與場館專家合作，汲取經驗，深入了解學生需求，設計生動、創新且貼近生活的教學資源，提高教學啟發性。

參考文獻：

［１］中華人民共和國教育部.義務教育課程方案（２０２２年版）［S］．北京：北京師范大學出版社，２０２２．

［２］許靜，于海波．物理跨學科實踐教學的內涵價值、現實困境與優化策略［Ｊ］．物理教學，２０２４，４６（１）：１２－１５，６１．

［３］劉嵩萍．科技館物理課程資源開發利用研究［Ｄ］．重慶：西南大學，２０１４．

［４］鄒麗暉．初中物理課堂中的跨學科實踐教學研究［Ｊ］．課程·教材·教法，２０２３，４３（１０）：１１１－１１７．

［５］李宇煒，馮爽． 基于社會性科學議題的物理跨學科實踐課程設計——以“霧霾的危害、防護與治理”為例［Ｊ］． 教學管理與教育研究，２０２３，８（１５）：３６－４０．

（欄目編輯 賈偉堯）