基于课程标准的跨学科主题学习设计与评价研究——以物理、生物跨学科实践融合创新实验为例

潘书朋 汤金波

（1.莱州市玉皇中学，山东 莱州 261400；2.南京师大附中树人学校，江苏 南京 210000）

我国当前基础教育课程改革的根本任务是构建信息时代的课程体系，走向“跨学科学习”将是本次课程改革的重点与“亮点”，重构课程体系是今日课程改革的关键。［1］本文在解读2022 年版义务教育课程方案以及物理、生物、科学等学科课程标准的基础上，以物理、生物跨学科实践融合学生自主创新实验为例，尝试进行“基于课程标准的跨学科主题学习设计与评价研究”。

一、基于课程标准的跨学科主题学习设计与评价研究思路

2022 年版义务教育课程标准的突出亮点和重要标志是确立了“核心素养观”，即让课程目标始终聚焦于培养学生在真实情境中解决复杂问题的高阶思维，也就是培养学生可普遍迁移的正确价值观、必备品格和关键能力，让课程走向创造化，学生通过创造和再创造知识而学习知识。［2］2022 年版义务教育课程方案提出“加强课程综合，注重关联”的课程设计原则，指出要“加强课程内容与学生经验、社会生活的联系，强化学科内知识整合，统筹设计综合课程和跨学科主题学习。加强综合课程建设，完善综合课程科目设置，注重培养学生在真实情境中综合运用知识解决问题的能力”。［3］

强化课程的综合育人价值，大力倡导跨学科学习，有效培养学生在真实情境中解决复杂问题的能力，是义务教育新课程的显著特点。跨学科主题学习活动要围绕“跨学科概念”进行科学设计与实施，让学生真正走向深度学习，形成可迁移的“跨学科理解”，体验“创中学”的乐趣。［3］以下是“基于课程标准的跨学科主题学习设计与评价研究流程图”（见图1）。

图1 基于课程标准的跨学科主题学习设计与评价研究流程图

首先要创设真实、复杂的问题情境。由于单一学科观点无法去认识世界、去创新创造，为此，在梳理学科课程标准和教学内容的基础上，要进一步思考：哪些课程标准是长期的单一学科教学中得不到有效落实的？需要跨学科观点才能更好达成理解的学科内容有哪些？哪些需要其他学科知识观点支持？哪些需要与现实生活进行连接？

其次，要依据学科与学科间、学科与生活间探究关联点，生成探究主题确定探究目标。梳理课程标准，构建跨学科知识网络是跨学科主题学习的逻辑起点。通过分析和挖掘物理与其他学科的内在联系，整合相关内容，提炼跨学科大概念，精心选择和设计让学生感兴趣的研究内容，让学生在分析问题链或完成任务串中发展跨学科核心素养。

再者，聚焦探究目标设计驱动性任务，开展持续的教学评一致性活动。学生以4-6 人为一组，每人配备学习任务单、学习问题生成单、学生活动单、学习情况评价量表。在真实情境下，以小组为单位，以驱动性问题为导向，通过分析阶梯性驱动问题和完成项目式分组任务来重构知识体系，实现知识的迁移和运用，激发学生学习的主动性。

最后，综合评估学生对驱动性任务的深度理解。综合评估学生学科基础和跨学科体验，展示学生跨学科主题学习的成果。

二、基于课程标准的物理生物跨学科主题学习设计与评价

（一）物理生物融合学生自主创新实验跨学科主题学习设计

在进行与“跨学科实践”有关的教学中，要注意选择具有综合性和实践性的课题，制定合理的实践方案，引导学生进行跨学科实践，同时注意控制学生的课业负担，促进学生全面发展。［4］以下是“基于课程标准的物理生物跨学科主题学习设计与开发网络图”（见图2）。

图2 基于课程标准的物理生物跨学科主题学习设计与开发网络图

下面选取几个主题阐述如何进行“物理生物融合学生自主创新实验跨学科主题学习设计”。

主题1：眼睛和眼镜

（1）创设真实复杂的问题情境

眼睛是心灵的一扇窗，它是我们内心通向世界的窗口。因为我们有一双明亮的眼睛才能看到这美好的一切。有些人的眼睛只能看清近处的物体，而不能看清远处的物体，我们称之为近视眼。也有些人只能看清远处的物体，而看不清近处的物体，我们称之为远视眼，远视眼多发生在老年人身上。无论近视眼还是远视眼，都给人们的学习和生活带来诸多不便。

那么，眼睛的结构与功能是什么？近视眼和远视眼是怎样形成的？人们又是通过什么办法进行矫正的？让我们好好保护眼睛，保护这宝贵的心灵之窗，让它更加明亮。只有这样，我们才能看到更加美丽的世界，更加灿烂的明天。

（2）梳理学科课程标准教学内容

表1 物理、生物、科学关于近视眼的课程标准教学内容

（3）生成探究主题确定探究目标

◎科学观念：了解眼睛的结构与功能，解释眼睛视物原理。

◎科学思维：通过探究实践知道近、远视眼的成因及矫正。

◎科学探究：设计创新实验探究近、远视眼成因及矫正方法。

◎责任态度：调查近视眼的发病率，树立保护视力的意识，学会科学佩戴眼镜。

（4）聚焦探究目标设计驱动性任务

◎任务1.通过资料查阅，了解眼睛的结构与功能，解释眼睛视物的原理。

◎任务2.通过探究实践，解释近、远视眼成因及矫正方法。

◎任务3.通过调查研究，了解你所在学校、班级的近视眼发病率，调研近视眼的危害，撰写调查报告。

◎任务4.知道科学用眼的方法措施，了解科学佩戴眼镜的基本流程，制作一期宣传“科学用眼预防近视”的海报或手抄报。

（5）开展持续的教学评一致性活动

◎计划活动。本次活动分三个阶段完成：第一阶段（课内）：完成任务1、2。第二阶段（课外）：完成任务3、4。第三阶段（课内）：各小组交流展示学习成果，反思交流调查研究过程中的困难和成功，修正调查报告。

◎分工协作：实践活动小组，明确学习任务，做好分工与协作。各小组根据活动的要求以及任务的安排，制定详细可操作性的活动计划、按照计划做好调查研究前的准备工作，合作开展探究调研活动。

创新实验1：利用水透镜探究近、远视眼成因及其矫正。将蜡烛、水透镜（相当于晶状体）、光屏（相当于视网膜）依次摆放在光具座上（图3），点燃蜡烛，使烛焰、凸透镜和光屏三者中心在同一高度。将蜡烛放在离水透镜较远的位置，移动光屏直到屏上出现烛焰清晰的像，记下此时光屏所在的位置。用注射器往水透镜里加适量水，观察透镜形状变化，此时屏上的像变得模糊，移动光屏，找到像所在的位置，观察光屏是靠近还是远离透镜。将光屏移动回原来的位置，在烛焰和水透镜之间，选择“佩戴”一副眼镜，前后移动，直到光屏上出现清晰的像，分析光屏与透镜距离的变化。从水透镜里往外抽取适量水，重复以上实验步骤。

图3 利用水透镜探究近视眼和远视眼的成因

（6）综合评估学生对驱动性任务的深度理解

◎同伴交流。与同伴交流眼睛成像的原理，近、远视眼产生的原因及其矫正的方法。交流你撰写的调查报告，展示制作的宣传海报或手抄报，和同学们谈谈本次调研活动的体会与收获。根据你的学习成果展示和交流汇报，听取同伴提出的修改建议。

◎教师评价。教师给予科学的指导评价和建设性修改意见。

◎自我反思。咨询老师和同学，了解还有那些杂志、书籍和网站能检索到更丰富、更全面的资料。根据同伴与老师的评价意见，反思修正自己的调查报告。

主题2：肺部负压的利用

创新实验2：自制肺部呼吸模拟器。将塑料瓶从中间一截为二，取上半部分备用。拿出一只气球先将口部打结，并将底部剪掉，然后将打结的半截气球包住塑料瓶，可以用橡皮筋缠紧。取出另外一个气球，将它套入吸管一些，然后用皮筋将口部扎紧，接下来将瓶盖中间打个洞，然后把吸管穿过去，为防止漏气，用橡皮泥封口。小心地将吸管上的气球塞进瓶子并拧紧盖子，肺部呼吸模拟器就做好了。现在拿起瓶子，拉动外面的气球，观察瓶子里面的气球随着外面气球的一拉一放出现的现象。你能解释一下其中的科学道理吗？

主题3：毛细血管的生理结构

创新实验3：会爬坡的颜色

实验材料：3 个透明玻璃杯（装有等量的水）、水彩笔、胶带、3 张不同质地的纸（竹纤维纸、餐巾纸、A4 纸）

实验方法与步骤：首先将三张不同材质的纸片裁剪长度、宽度都相同，然后在纸片的中间偏下一点的位置，用水彩笔各画一条横线。将纸条用胶带粘到铅笔或小棍上，下端浸入水中（水面离那条横线处相隔2厘米）。

静置一段时间后，将三张纸条取出，可以看到竹纤维的纸（左侧）色素爬坡最快，餐巾纸（中间）色素爬坡比较慢，A4 纸色素爬坡最慢（右侧）（图4）。

图4

毛细现象是日常生活中常见的水流动现象。如生活中的一些用品、动物体内网状管道、植物根茎输送水分，都能发现水对抗地心引力，反其道而行，而产生水往高处爬的奇异现象。本实验中的水也会随着不同类型纸张的毛细纤维孔上升（实验室滤纸效果最好），水性笔的颜色也会随之“上爬”，不同颜色的扩散速度不同，出现了漂亮的多彩纸条。

（二）物理生物融合学生自主创新实验跨学科主题学习评价

1.过程性评价

为及时改进学生的实验操作，对于学生进行的自主创新实验，需要进行科学合理的评价。评价遵循“不与人比较，只与自己比较”的原则，让学生通过自身的评价结果变化来更清楚地认清自我，进而作出更有利于自身发展的调整。科学评价最重要的一点是要基于课程标准要求来确定核心素养的评价内容（科学观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任）和评价要素。对于每一个评价要素的评价，要结合具体的课程主题，选取若干个基本点（不是全部），确定表现性任务，并将其细化为若干评价标准，进行师生观测评价并赋予一定的分值，实现课程学习的成绩等级+评语制评价。

例如，在“利用水透镜探究近、远视眼成因及其矫正”实验探究中，针对“科学探究”素养要求，可以设计如下评价标准。

评价要素1：提出问题［8］

【表现性任务1】能够基于真实的生活情境，提出有思维度的问题，进行合理的猜想和假设。

【评价标准分级描述】优秀：善于从“眼睛和眼镜”生活现象中发现和提出两个或两个以上的问题，进行猜想并说出理由，有解决问题的兴趣和热情。合格：能从“眼睛和眼镜”生活现象中至少发现和提出一个相关的问题，进行猜想并说出理由，有解决问题的兴趣和热情。需改进：对从“眼睛和眼镜”生活现象中熟视无睹，提出的假设和问题不相符，解决问题的兴趣和热情不高。

【表现性任务2】明确实验目的，设计具体的实验探究方案。

【评价标准分级描述】优秀：能依据特定情境和具体条件，制定出科学合理的实验方案，并具备在特定情境和复杂条件下的良好行动力。合格：能依据特定情境和具体条件，制定出科学可行的实验方案；在复杂环境中行动的能力一般。需改进：不能选择制订探究方案（有部分错误）；没有在复杂环境中行动的能力。

评价要素2：收集数据［8］

【表现性任务】收集数据并如实记录，正确规范操作。

【评价标准分级描述】优秀：积极与小组内同学合作进行“探究近、远视眼成因及其矫正”等活动，有非常完整的数据记录表格，认真做好实验探究的数据记录和分析。合格：积极与小组同学进行“探究近、远视眼成因及其矫正”等活动，数据记录表格基本完整，能够做好实验探究的数据记录。需改进：基本能参与探究活动，基本不进行讨论，数据记录表格不完整甚至存在错误，基本不做实验探究的数据记录。

评价要素3：分析解释［8］

【表现性任务】分析实验数据，验证假设，考虑实验的控制变量法分析得出实验结论。

【评价标准分级描述】优秀：能理解和掌握有关“探究近、远视眼成因及其矫正”基本的科学原理和方法；尊重在科学探究中观察到的事实和收集到的证据，培养良好的求知态度和严谨的治学理念。合格：基本了解有关“探究近、远视眼成因及其矫正”基本的科学原理和方法；可以尊重事实和证据，具备一定的实证意识和求知态度。需改进：对“探究近、远视眼成因及其矫正”的相关基础知识和科学原理比较模糊；在科学探究中操作不够严谨。

评价要素4：交流评估［8］

【表现性任务】能够对实验操作进行反思评估，提出修改建议，并设计改进性创新实验。

【评价标准分级描述】优秀：能积极参与组内及组间的交流评估活动，善于发言，互相交流，能将自己的成果与他人分享，设计的改进实验非常具有创新性，例如：利用水透镜探究近视眼、远视眼成因及其矫正。合格：能积极参与组内及组间的交流评估活动，善于发言，互相交流，设计的改进实验有一定创新性。需改进：基本能参与组内及组间的交流评估活动，不会设计改进性的创新实验。

2.结论性评价

结论性评价的目标是检测学生在义务教育阶段结束时的学业成就，为初中毕业和升学提供重要依据，为评价区域和学校的教学质量提供参考，为改进教学提供指导，体现立德树人、服务选才、引导教学的评价理念。［5］试题命制要按照“明确测评目标——预测试题的难度水平——确定测试题目的题型——明确试题情境任务——确定测试题目的评分标准”的流程来进行。［9］

例1：“创新实验1.利用水透镜探究近、远视眼成因及其矫正”原创试题命制

（1）比较近视镜和远视镜有什么不同？它们对光各有怎样的作用？

◎题型：问答题

◎测试指标：科学探究

◎试题情境：跨学科融合实验情境

◎试题来源：原创

◎预估难度：0.50

◎使用年级：8-9 年级

◎参考答案：见评分标准

（2）往水透镜中加入适量水，透镜的形状会发生怎样的变化？透镜的偏折能力和焦距会有什么变化？像成在光屏之前还是之后？用近视镜还是远视镜进行纠正？反之，从水透镜中向外抽取适量水后，又会发生怎样相应的变化？

◎题型：问答题

◎测试指标：科学探究

◎试题情境：跨学科融合实验情境

◎试题来源：原创

◎预估难度：0.70

◎使用年级：8-9 年级

◎参考答案：见评分标准

例2：“创新实验2.自制肺部呼吸模拟器”原创试题命制

（1）请你描述瓶子里面的气球随着外面气球的一拉一放出现的现象。

（2）你能解释一下肺部呼吸时其中的科学道理吗？

◎题型：问答题

◎测试指标：科学探究

◎试题情境：跨学科融合实验情境

◎试题来源：原创

◎预估难度：0.60

◎使用年级：8-9 年级

◎参考答案：见评分标准（请你尝试进行填写）

三、结语

通过物理生物跨学科实践融合学生自主创新实验，强调不同学科知识点的学习和综合运用，能有效提升学生的创新性和创造能力。在跨学科主题学习中，教师需要将物理实验与生物实验融合的重要性凸显出来，积极输入学科知识点交叉的观念，统筹物理实验和生物实验融合的内容、过程，最大限度地提高物理与生物融合学生自主创新实验的实效性，全面提升学生的科学素养。［10］