基于項目式學習的跨學科實踐教學設計研究

摘 要：跨學科實踐與項目式學習均強調綜合運用多學科知識解決真實問題。基于跨學科實踐和項目式學習的理念，以“聲與光”為核心內容，融合生物、化學、美術和工程等學科，從項目設計、項目細化、項目實施和評價與反思四個方面展開，建立以“制作放大檢耳鏡”為例的跨學科實踐教學設計框架，促進學生物理核心素養的提升。

關鍵詞：跨學科實踐；教學設計與實施；項目式學習；聲與光

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2024）11-0090-6

跨學科實踐是新一輪義務教育物理課程改革的重要內容。《義務教育物理課程標準（２０２２年版）》（以下簡稱“新課標”）的課程內容中增設了“跨學科實踐”一級主題，要求“設立跨學科主題活動，加強學科間相互關聯”［１］。跨學科教學的核心在于真實的問題情境，旨在解決真實問題的過程中培養學生的問題解決能力，弱化分科教學帶來的學生知識碎片化、解決實際問題能力不強和知識遷移度較低等問題［2］。我國初中物理跨學科實踐通常以物理學科為起點和終點，以任務、議題為設計形式，發展學生核心素養［3］，但目前我國基礎教育改革中跨學科課程教學的實施在理論和實踐之間存在落差［4］。跨學科主題學習與項目式學習有類似之處，項目式學習是對復雜、真實問題的探究過程，也是精心設計項目作品、規劃和實施項目任務的過程［5］，而跨學科主題學習同樣強調真實問題的解決和產品的制作。有鑒于此，研究基于項目式學習，以“制作放大檢耳鏡”為項目主題，設置驅動性任務并對其細化，設計初中物理跨學科實踐教學設計框架。

１ 項目設計

“放大檢耳鏡”作為醫用器具，融合了多學科的特征，讓學生自己動手制作，不僅能加深學生對相關物理原理的理解，還能讓學生從學科整合的視角來審視現實中的真實問題，激發學生的好奇心和創造力，增強學生的動手能力。

項目式學習強調以問題和情境實現任務驅動，基于項目式學習的跨學科教學涉及的知識具有跨學科的特點，任務也較為綜合，強調明確項目式主題并細化驅動性任務，引導項目式學習的展開［6］。研究選擇新課標一級主題“運動和相互作用”下的二級主題“聲和光”，綜合生物、美術、工程、醫學等學科，以“制作放大檢耳鏡”為項目主題，設計側重點不同的“知識遷移”“產品設計”“價值引領”“合作與交流”四個驅動性任務，構建初中物理跨學科實踐教學設計框架，項目主題與驅動性任務如圖 １所示。

２ 項目細化

依據驅動性任務和新課標要求，將項目細化，如表 １所示。

２．１ 知識遷移：科學與生產生活的聯系

通過“聽力檢測報告”設置本節課的主線情境，教師引導學生利用“聲音的特性”的知識對生活中的問題進行知識識別、關聯，自主讀圖解決問題，鍛煉學生的數據收集、處理能力和知識遷移能力。學生在觀察圖片的基礎上對癥狀進行歸納分類，結合跨學科知識對“耳聾”原因提出大膽猜測，模擬現實生活中解決問題的思路，深化學生對學科和跨學科知識的掌握，鍛煉學生的觀察、歸納和推理能力。

２．２ 產品設計：制作“放大檢耳鏡”

通過觀察和思考一連串的驅動性問題，讓學生自己探索并意識到檢耳鏡中蘊含的光學原理，鍛煉學生的觀察和動手能力，同時讓學生了解檢耳鏡作為一個工程產品，既要求美觀，又講求功能，還要使用便捷。引導學生查找材料的性質，自主分工、設計、制作檢耳鏡和說明書，使每個學生都參與到教學之中，鍛煉學生的動手和統籌能力。

２．３ 價值引領：科學的魅力

學生通過對醫療工程產品的分析與制造，結合“聲與光”的知識，思考并總結物理學對日常生活、工程實踐和社會發展的意義，同時意識到科技是一把雙刃劍，在日常生活中要合理運用科技，并向學生滲透職業規劃意識。

２．４ 合作與交流：研究成果展示

小組代表利用小組成員擅長的方式展示放大檢耳鏡，向其他同學分享設計思路、難點以及創新點等，并從科學、工程、藝術的角度完成組內自評和互評，向學生滲透科學共同體、同行評議的觀念。

３ 項目實施

３．１ 知識遷移：科學與生產生活的聯系

任務１：分析聲音在人耳中的傳播。

教師活動：按小組分發人耳模型。教師通過多媒體展示多份不同患者的“聽力檢測報告”，示例如圖 ２所示，向學生介紹聽力檢測的流程和原理（聽力檢測名為“純音聽閾測定”，患者需要戴上耳機，待在隔音房中，耳機會向患者播放多種頻率固定但分貝不同的聲音，來判斷患者目前在不同頻率下能夠聽到的最小分貝，從而測定患者的聽力水平），并提出問題。

驅動性問題１：觀察人耳模型，結合相關知識，小組討論并向大家介紹患者是如何聽到耳機中的聲音的？（聲音在人耳中如何傳播）

驅動性問題２：聽力檢測過程涉及了哪些物理知識？

驅動性問題３：觀察圖片的橫縱坐標，解釋圖片所呈現的物理意義，描述患者目前的聽力狀況。

學生活動：①通過觀察人耳模型，在已經學習的“人耳的結構和功能”以及“聲音的產生與傳播”的基礎上，認識到空氣振動產生聲波穿過外耳道引起鼓膜振動，振動產生的信號通過聽小骨及其他組織傳給聽覺神經，聽覺神經把信號傳給大腦，人就聽到聲音了。②學生仔細觀察“聽力檢測報告”，根據圖中“頻率”“分貝”單位，推斷出圖片橫縱坐標分別為“音調”和“響度”。同時，通過理解教師講解的聽力檢測流程和原理，認識到聲音的傳播需要介質。③通過小組探討認識到圖片所表達的含義，并組織語言找尋合適的表述方式，示例：“圖中縱坐標單位是分貝，橫坐標單位是千赫茲，所以縱坐標指的是聲音的響度，橫坐標指的是聲音的振動頻率，是音調。圖2中左側坐標圖顯示，橫坐標為０．１２５ kＨｚ、０．２５0 kＨｚ、０．５00 kＨｚ、０．７５0 kＨｚ的坐標點對應的縱坐標為６０分貝～７０分貝，而橫坐標為８ kHz、４ kHz、２ kHz的坐標點對應的縱坐標為１０分貝。０分貝是剛剛引起人聽覺的響度，所以這位‘患者’應該是右耳朵低頻率的聲音聽不清楚了。”

任務２：探究“耳聾”的機理。

教師活動１：引導學生結合“聲音的特性”，發現并總結各圖片之間的不同，啟發學生不同的聽力檢測報告圖可以判斷出不同的病癥。

驅動性問題１：根據聲音的特性，圖片可以分為哪幾類？

驅動性問題２：根據“聲音傳播的條件”和 “人耳的結構與功能”，小組討論猜測聽力下降可能存在的原因。

學生活動１：①學生通過歸納，意識到圖片根據頻率劃分，可分為三類——低頻率段聽力下降、高頻率段聽力下降和全頻率段聽力下降。②通過小組討論，結合跨學科知識，大膽猜測聽力下降的原因可能是“外耳道堵塞”“鼓膜無法傳播振動”“內耳部分的前庭、耳蝸出現問題”“聽覺神經不傳輸信號了”……

教師活動２：總結學生發言“聽力下降一般有三種類型，一種是傳導式聽力下降，比如外耳道堵塞，可能是耵聹栓塞、中耳炎、外耳道腫物等，由于切斷了聲音的傳播，因此聽力通常是全頻率下降；第二種是感音神經性聽力下降，比如突發性耳聾、藥物性耳聾，這種是神經信號傳導的問題，所以可能出現各種聽力結果，還需要進一步診斷，但低頻率或者高頻率單獨下降通常就是神經信號傳導出現問題；第三種是混合性，比較復雜，感興趣的同學可以自行了解。”

教師活動３：教師引導并提出“制作耳鏡”的項目主題，“對于聽力突然下降的患者，醫生診斷時一般會同時讓患者做電耳鏡檢查，從而排除傳導式聽力下降，結合聽力檢查的結果基本就可以確定患者是感音神經性聽力下降。今天我們就來自己制作一個檢耳鏡。”

３．２ 跨學科實踐：“制作放大檢耳鏡”

任務１：探究檢耳鏡結構，了解光學原理。

教師活動：按小組向學生發放提前購置的成品“放大檢耳鏡”（圖 ３），引導學生觀察、使用并拆解檢耳鏡。

驅動性問題１：檢耳鏡由哪幾部分構成？想要完成它的功能有哪些結構是必需的？

驅動性問題２：將拿握處做成“筆帽”的形狀，除了美觀、方便攜帶以外，還有其他作用嗎？

驅動性問題３：檢耳鏡在使用過程中體現哪些光學原理？

驅動性問題４：通過檢耳鏡看到的是什么像？將檢耳鏡逐漸遠離物體，有沒有看不清成像的位置？（可以用作圖說明）

驅動性問題５：檢耳鏡入耳部分設計成錐形的原因有哪些？

學生活動：①學生以小組為單位，拆解檢耳鏡，認識到檢耳鏡的主要功能是能更為清晰地看清外耳道的情況，認識到檢耳鏡各組件的作用，哪些是關乎檢耳鏡功能的關鍵結構。②結合科學課學習過的電學相關知識，猜測筆帽夾是控制小燈泡的開關（摁壓筆帽夾會觸碰到電池外的金屬殼，從而構成通路，小燈泡發光）。③結合光沿直線傳播和光的反射的知識，認識到小燈泡發出的光沿直線傳播到單面鏡，經過光的反射，光傳播到錐形部分照亮耳朵內部，一部分光經過多次反射進入人眼，讓我們可以更清楚地看到耳朵內部的情況。④觀察并結合透鏡的相關知識，認識到透鏡起到放大的作用，且是正立放大的虛像，當物距大于等于透鏡的一倍焦距時逐漸看不清成像。⑤根據觀察使用和日常經驗，猜測錐形部分有聚光、方便入耳、可以通過改變頂角適配不同的人群……

任務２：選擇合適材料，探究工程需求。

教師活動１：在學生理解檢耳鏡工作原理的基礎上，引導學生思考驅動性問題。

驅動性問題１：有哪些結構的材料可以更換？哪些結構的材料不可更換？

驅動性問題２：考慮到材料的物理性質（硬度、導電性等），應當如何選擇材料？

驅動性問題３：考慮到產品的經濟性，應當如何選擇材料？

驅動性問題4：如何選擇透鏡讓圖像達到尺寸合適且較為清晰的狀態？

學生活動１：①學生通過理解檢耳鏡的工作原理，認識到檢耳鏡的不同結構應當選用不同種類的材料。②學生在教師指導下查閱相關資料，利用表格對材料的性質和經濟性進行綜合對比，選擇合適的材料，示例如表 ２ 所示。③通過計算和實驗，選定合適焦距的透鏡。

教師活動２：讓學生以小組為單位，向大家介紹材料選擇的原因，教師注意對材料進行二次把控，確保材料可以制作檢耳鏡。讓學生以小組為單位，根據每個人的優勢進行分工，并提供分工安排表，設計、制作檢耳鏡，并配備使用說明書。制作方案的設計可使用軟件，也可以手繪，允許學生結合自身優勢選擇呈現形式，能提供設計成果并說明原創即可。

學生活動２：學生利用選擇的材料，設計檢耳鏡的外形和內部結構，以線上和線下討論交流的方式合理分工制作檢耳鏡。

３．３ 價值引領：科學的魅力

教師活動：利用多媒體向學生介紹，醫療中利用電耳鏡和聽力檢測確診病癥之后，例如神經性耳聾，會在基礎治療之上結合“微波治療儀”“鼓膜治療儀”讓病人進行理療恢復（戴上“鼓膜治療儀”后會聽到類似心跳的咚咚聲，由此讓鼓膜振動，增強鼓膜和聽小骨的傳音功能；“微波治療儀”通過向耳朵傳送微波，起到提升局部溫度擴張血管，促進炎癥吸收，修復受損細胞的作用）。

驅動性問題１：本節課認識了哪些與物理學原理相關的醫療工程產品？上述提到的“鼓膜治療儀”發揮了“聲”的什么功能？

驅動性問題２：“聲和光”對人類和自然界只有利處嗎？舉個例子？

驅動性問題３：怎樣認識物理學與日常生活、技術生產和社會發展的關系？我們應當如何正確識別并發揮科學的魅力？

學生活動：學生歸納總結本節課所認識的工程產品，并總結其物理原理。在教師組織之下，結合“聲的利用”“噪聲的危害和控制”“光的反射（光污染）”等有證據地表達自己對物理學的看法。

３．４ 合作與交流：研究成果展示

教學活動：學生以小組為單位匯報展示，小組代表向其他同學分享設計思路、制作過程、設計難點以及創新點等，展示完成之后其他同學對代表進行提問，代表基于證據完成答辯。各小組答辯完成后，分發評價量表，學生和教師分別完成過程性評價和終結性評價量表。

３．４．１ 過程性評價

新課標要求“發揮評價的育人功能”，研究依據新課標跨學科評價的相關要求，結合阿維斯提出的過程性評價維度［7］，設計本節課的學生互評量表。學生根據小組成員的課堂表現情況，匿名完成組內自評、互評，如表 ３所示。

３．４．２ 終結性評價

針對本節課的教學目標，教師對本節課學生的知識掌握情況、問題解決能力、檢耳鏡的制作方案、使用說明和展示情況以及課堂表現進行評價，終結性評價如表 ４所示。

最終評價得分＝過程性評價得分×５０％＋終結性評價得分×５０％。

４ 結 語

研究通過對聽力檢測報告、聲音在人耳中如何傳播和耳聾成因的討論，使學生感受到科技工程產品在醫療診斷過程中的重要性，同時讓學生認識到物理源于生活又服務于生活，感悟物理的社會價值。項目實施過程中，無論是探究成品檢耳鏡結構，還是設計制作“放大檢耳鏡”，都讓學生自主觀察、動手、思考，極大地鍛煉了學生的科學探究、實踐能力。同時，項目實施過程注重價值傳播，通過一連串的問題，激發學生對物理學與生產生活關系的思考，發展學生的科學態度與責任。項目實施的最后，通過學生展示產品、答辯，培養學生的語言表達和邏輯思維能力，同時設計學生自評和互評量表、教師評價量表，將“教－學－評”完成銜接，培養學生的社會責任感和嚴謹認真的科學態度。另外，項目實施過程保留了一定的靈活度，教師應根據學情進行合理調整，例如對光的反射和折射掌握較好的班級，可以使用光纖款檢耳鏡，初步滲透“全反射”的知識內容。當然，其前提是不能脫離學生的認知水平，使學情與教學設計分離。

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．

［２］于海波，陳宗成．初中物理跨學科實踐的深度理解與教學實踐——《義務教育物理課程標準（２０２２年版）》研討系列一［Ｊ］．福建教育，２０２２（１９）：２５－２７．

［３］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．

［４］田娟，孫振東．跨學科教學的誤區及理性回歸［Ｊ］．中國教育學刊，２０１９（4）：６３－６７．

［５］巴克教育研究所． 項目學習教師指南——２１世紀的中學教學法［Ｍ］．任偉，譯.北京：教育科學出版社，２００７：４．

［６］范偉杰，桑芝芳．基于項目式學習的高中物理跨學科實踐活動教學設計——以“探究濃度對電解液電阻的影響”為例［Ｊ］．物理教學，２０２４，４６（６）：７－１１．

［７］Ａｌｖｅｓ Ａ Ｃ，Ｍｏｒｅｉｒａ Ｆ，Ｌｅａｏ Ｃ Ｐ．Ｐｅｅｒ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｉｎ ＰＢＬ：Ｄｏｅｓ ｇｅｎｄｅｒ ｍａｔｔｅｒ［Ｃ］．２０１７ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ（ＩＣＥ／ＩＴＭＣ），２０１７：１３５８．

（欄目編輯 李富強）