自主学习视域下跨学科实践活动案例分析*——以“鱼缸水处理”为例

丁 健

“自主学习”是学习者旨在达成自己的目标，由自身发动的持续的有一定导向性的认知、情感、行动的过程。将学生培育成为“自主学习者”是一个复杂的、长期的发展过程。从课堂实践来看，学生在自主学习过程中会不断地产生疑问，不断地去解决问题，在这个过程中实现能力的发展和素养的提升。下面笔者结合“鱼缸水处理”教学案例浅谈一下自主学习视域下的初中跨学科教学。

一、突出问题导向，重视学生迁移能力的培养

在“跨学科实践”主题教学中，教师可以创设具有综合性、实践性和开放性的真实问题情境，引导学生运用多学科知识和方法解决问题，不断提升学生的问题解决能力和实践创新能力。

案例1：引入新课“瓶吞鸡蛋”实验。

师：鸡蛋被“吞入”瓶中？同学们能否用物理或化学知识来解释这个现象？

生：燃烧消耗了瓶内氧气；燃烧使瓶内的气体受热膨胀，一部分空气跑到瓶外，用鸡蛋封住瓶口，当燃烧后，瓶内气体温度降低，压强减小，此时瓶内气压小于瓶外气压，在大气压的作用下鸡蛋被压入瓶内。

师：消耗1 个氧气分子，产生1 个二氧化碳分子，气体体积几乎不变。结合化学学科，请同学们探讨空气中氧气体积的测量。

教师随后展示鱼缸系统并提出需要解决的问题：怎样增加水中含氧量以提高鱼的存活率？教师引导学生分组讨论，用所学的化学、物理与生物知识，解决以上问题。

设计意图：在物理课堂上出现化学知识，提高了学生的学习兴趣。同时，鱼缸增氧系统的创设，联系了真实问题情境，从而引导学生发现问题、提出问题。

二、贴近学生生活，关注学生的自主学习过程

案例2：增加水中含氧量的化学方案。

教师展示鱼缸系统。提出问题：如何增加水中含氧量？

学生自主学习过程如下：

学生首先想到用电解水实验来制造氧气。学生先用大头针作为电极做电解纯水实验，发现纯水的反应速率太慢。然后学生从化学实验中想到可以用酸碱盐溶液来加快电解水的速度。通过与老师的交流，学生明白不能用食用盐，因为会反应生成有毒的氯气（Cl2），而氢氧化钠（NaOH）有一定的腐蚀性，最后采用小苏打（NaHCO3）溶液实验。于是，学生配置了浓度为1%的NaHCO3溶液。

在这个过程中，有学生提出问题：电解水的气体产生速率是否与NaHCO3浓度有关？随后，学生分组配置了浓度分别为1%、2%、3%、4%、5%的五杯溶液。他们给五杯溶液分别连入相同电压的电源进行实验。经过一段时间的反应出现了这样的问题：作为正极的大头针会与溶液反应，被腐蚀后阻止氧气的产生。学生查阅资料后得知，大头针的材质是铁，其作为正极会发生化学反应生成Fe（OH）2。因而他们考虑使用较稳定的导体替代，最终选用铅笔芯作为正极，负极还是用大头针，便于收集气体来完成验证电解水气体产生速率是否与NaHCO3浓度有关的实验。

接着，学生使用电压为3V 的电池组电解水，反应速率较慢。此时，学生提出可以用控制变量的物理方法来完成这个实验。学生猜想的变量有电源的电压、电极间的距离、电解质的浓度和电解质的种类等。

于是，笔者找来了电压为9V的学生用电源替代，速率明显增快。学生在控制了电源的电压、电极间的距离和电解质的种类后发现，使用较小较细试管可以看到气体的量增加明显。从实验的现象中，学生发现NaHCO3溶液的浓度越高，反应速率越快。

在实验中，由于气体产生量少，学生因此想到了增加溶液的浓度，减少电极间的距离，增加电源电压，寻找小试管来收集气体等。大头针的设计方案方便气体的收集，但实验中发现正极会发生化学反应产生沉淀物（氢氧化铁），因此改为负极收集氢气。在此过程中，学生深刻体会到理论与实际的差别，感悟到动手实验的重要性。在整个过程中，教师要密切关注学生的进展，及时提供帮助。

在跨学科实践教学中，教师还应注意引发学生的认知冲突，激发学生的求知欲和学习热情，让学生在跨学科实践活动中学到知识、学会方法，养成良好的学习习惯，实现乐学善学。同时，教师还要引导学生积极参与团队协作，实现有效配合，提升学生的团队意识和协作能力。

三、拓展教学资源，提升学生的社会参与能力

案例3：设计一个自动的增氧循环系统。

器材：12V 直流水泵、2m 水管等，鱼缸容器自行选择设计。

1.小组进行展示，通过流动的水增加水中的含氧量。引导学生从物理学知识（重力、液体压强、能量守恒定律等）来解释装置原理。

2.教师展示增氧泵原理，从美学的角度评价小组的设计。

3.教师展示循环流水鱼缸，其既能增加水的含氧量，又能体现美学。

学生组装并解密，展现物理美学以及物理原理：二力平衡。

学生课前通过自主搜集，获取了大量有用信息，从而增加了课堂内容的综合性、实践性和拓展性，也让学生真正体会到了“从生活走向物理，从物理走向社会”。

在自主学习视域下，跨学科实践活动要充分发挥学生的主体性，活动设计应为学生创造体验机会，引导学生自我反思。