核心素养导向下的“跨学科－项目式”教学设计

周倩

摘   要：以核心素养和建构主义理论为指导，通过备教材、析学情、设目标、研过程四个部分设计符合学生认知发展水平的教学方案，有机整合相关学科的教育内容，进行项目式教学活动，以期达到学生在科学探究中获取并应用知识、训练并发散思维、培养科学态度与责任的目的。以“行星运动的规律”新课教学为例，证明“跨学科－项目式”教学设计不仅促使教师专业素养的发展也落实学生全面素养的提高。

关键字：核心素养；跨学科教学；项目式学习；教学设计

1  “跨学科-项目式”教学背景

《普通高中物理课程标准（2017版）》指出，普通高中的培养目标是进一步提升学生综合素质，着力发展核心素养，使学生具有科学文化素养和终身学习能力，具有自主发展能力和沟通能力[ 1 ]。在现有的课程体系下，教师在单科教学中有目的地关联其他学科开展跨学科教学，促进学科交叉与融合，可以拓展学生的科学思维，发展学生的综合素质。课标还提出要进一步精选学科内容，重视以学科大概念为核心，使课程内容结构化，以主题为引领，使课程内容情境化，促进学科核心素养的落实[ 1 ]。无论从课标的明确要求还是学生的发展规划来看，均表现出教育教学对跨学科研究、项目式学习的客观需求。

2  “跨学科-项目式”教学概述

跨学科教学以物理学科为主导，在科学探究中结合其他学科概念规律和方法进行物理问题解决；项目式学习源于杜威的“做中学”教育思想，以建构主义理论为指导，创设有利于学生知识建构的学习情境，利用开放性探究活动开展教学。与常规教学相比，“跨学科-项目式”教学是一种探究性学习模式，该模式下课堂的生成性强，充分调动学生的主观能动性和学习积极性，旨在提升科学思维和科学探究素养。在“跨学科-项目式”学习的教学模式下，教学设计可着重于备教材、析学情、设目标、研过程四个部分。

2.1  剖析教材内容，探寻跨学科切入点

各学科之间并非彼此独立，在备课过程中需要全面剖析教材，根据教材内容联系相关学科的知识、方法或原理来辅助教学，进而探索出合适的切入点进行教学活动。比如物理鲁科版必修二中的天体运动知识，从教学进度来看，该部分内容在地理学科中是比物理学科先学习的，而其中用到的“椭圆”轨道相关知识在数学学科中却还没有学习，故新课引入可优选地理学科相关情境进行。

2.2  分析学生学情，创设项目式教学情境

教学设计中以学生为主体，由学生的发展需要确定教学方式：高中生正处于身心发展的动态阶段，创设项目式教学情境可有效利用其旺盛的精力和强烈的好奇心营造课堂学习探究的氛围。这就要求备课时教师需要充分了解学生，结合学生跨学科知识基础和生活经验，比较关联科目的学习情况，应用项目探究引导学生在原有认知的基础上建构新概念。

2.3  遵循课标要求，确定综合型教学目标

高中物理课程从学科核心素养出发，提炼物理学科育人价值。对于教材的主体内容来说，学生能学习到物理观念显性知识。课标要求学生在建构物理观念的同时，以知识为载体体验科学探究过程，应用跨学科的研究方法比如数学的估算、作图、信息的收集和处理等解决问题，科学思维应得到有效训练。一份良好的教学设计必然是科学思维、科学态度与责任等隐性知识渗透在物理观念的获取过程中的，因此教学设计需遵循课标要求，确定相互促进、有机统一的教学目标。

2.4  围绕核心概念，设计生成性教学过程

教学过程由新课引入、新课教学以及总结三个环节组成。“跨学科-项目式”教学模式在新课引入时，以紧密联系生活、社会、科技发展的情境出发，针对所跨学科内容特点，生成与物理学科内容相关的项目。新课教学则通过教师的引导，学生在项目探究中在原有认知基础上通过“同化”“顺应”构建出新的知识，不仅获得物理概念及规律，也对关联学科知识、方法做了复习巩固和应用，促进学科的交叉与融合。最后由学生进行项目的小结，进而对这堂课的知识、方法和感受进行交流分享。

3  “跨学科-项目式”教学案例

应用“跨学科-项目式”教學模式，对物理鲁科版必修二4.1“天地力的综合：万有引力定律”第一课时“行星运动的规律”进行教学设计。

3.1  教学内容分析

教材第四章“万有引力定律与航天”重在介绍天文学的发展历程、万有引力定律建立的过程。本节课内容是该章第一单元的开篇，在单元教学中起到开门砖的作用。学生对天体的运动充满好奇但又觉得难以理解。因此，跨学科教学模式可利用初中学过的地理知识，用唯美的冬奥会倒计时视频作为切入点，将二十四节气视作课堂的研究项目贯穿始终，结合机械能守恒知识，引导学生得出行星运动的规律。

3.2  学情分析

对学生来说本节内容是抽象、生疏，甚至无法去感知的。但是初中学习过的地理知识让学生对天体的运动轨道有基本的了解。在学习本节前学生已经学习了机械能有关知识以及圆周运动相关知识。学生对行星运动的本质还不明白，因此利用项目式学习、科学探究的方式，在前概念的基础上，逐步拓展学习开普勒行星运动定律，同时进一步提高其他学科的学习能力例如提升学生数学图表学习、估算能力。

3.3  教学目标

（1）物理观念

了解古代天文学的发展历程及取得的成就，知道开普勒行星运动三大定律内容，会用行星定律解释项目中出现的有关现象，会用周期定律计算行星运行轨道半径或周期。

（2）科学思维

能利用教材上的表4-1的偏心率数据，简化行星运动轨迹，能分析表4-1，找出数据中的规律，能用估算的方法计算轨道及周期问题。结合二十四节气项目分析、推理得出行星运动的规律。能使用简单和直接的证据表达自己的观点，具有质疑和创新的意识。

（3）科学探究

能在项目式课堂探究中思考二十四节气等现象，提出物理问题。能根据已有知识，合理猜想。能对数据进行分析整理，得到初步的结论。

（4）科学态度与责任

认识到物理学是基于人类有意识的探究而形成的对自然现象的描述与解释。通过对“冬至近夏至远”等和生活经验有冲突的问题进行探究，保持对物理的学习兴趣，能与他人交流合作。

3.4  教学过程

结合“跨学科-项目式”教学理论，教学流程如图1所示：

（1）视频引入

在课堂引入部分，通过播放冬奥会倒计时视频（节气），将二十四节气的变化与天体运动知识建立联系，把近期热点话题转化为可探究的问题，训练学生的科学思维。导入部分应用真实且富有挑战性的驱动性问题，可有效利用学生旺盛的精力和强烈的好奇心营造课堂学习探究的氛围。

（2）探究一：开普勒第一定律

问题1：解释二十四节气产生的原因，并画图说明。从二十四节气的产生原因看，地球围绕太阳转，还是太阳围绕地球转？

小组内部讨论节气变化原因并选出认为正确的图像，全班选择两组上台展示并说明。通过学生的表述，教师可以了解学生在地理学科对天体运动的基础认识程度，逐步把学生从错误的主观认识引导到正确的客观事实上，进而得出轨道定律。

（3）探究二：开普勒第二定律

问题2：从二十四节气的形成图看，近日点的季节是冬季，远日点的季节是夏季，这说明了什么问题？

大部分学生对此还是感到迷惑，教师引导学生自主探究真相，独立动手操作：在纸上，用1 cm代表100×109 m，按比例画出地球绕太阳的椭圆轨道主轴，并标注两个焦点和地球的近地点和远地点。根据主轴图对问题2进行思考，学生会得出椭圆轨道近似为圆轨道，因此太阳是否直射才是影响季节主要因素。

针对训练1：查阅书本表4-1，在什么情况下可以将行星运动看成是“绕太阳做匀速圆周运动”。试计算海王星距太阳的距离是地球距太阳距离的多少倍？针对训练将物理知识与数学估算有效结合，体现了学科交叉性，很好地训练了学生读取信息和处理数据的能力，提升了估算能力。

问题3：科学猜想：行星运动轨迹是椭圆，行星在近日点和远日点的绕行速度相同吗？猜想的依据是什么？

教师要引导学生有根据地猜想，小组内部讨论后由组员代表进行本组观点阐释。学生能使用简单和直接的证据表达自己的观点，具有质疑和创新的意识。通过能量守恒等知识得出面积定律。

（4）查阅图表：开普勒第三定律

问题4：查阅书本表4-1，对哪些数据感兴趣？能得出什么规律？谈谈看法。

学生在对数据进行分析时，直观地得到离中心天体越远，周期越大的规律。经过教师引导，能够对数据进行进一步整理计算，得出初步的结论——周期定律。

针对训练2：2006年9月，国际天文学联合会将冥王星从太阳系的九大行星中剔除。冥王星绕太阳公转的周期约248年，它的轨道半径是多少？

针对训练3：2021年10月16日0时23分，搭载神舟十三号载人飞船在酒泉卫星发射中心点火升空。顺利将翟志刚、王亚平、叶光富3名航天員送入太空。它每90分钟绕行地球一周，能计算它的轨道半径吗？

利用针对训练巩固提升学生的数学图表学习、快速估算能力，并且得出周期定律仅适用于同一中心天体。

（5）总结提升

每个小组结合以上探究结果得出开普勒三大定律（画出草图并表述）。教师充分肯定学生的表现并对小组布置一定的任务：继续查阅资料和走访，了解二十四节气在农业上的应用及民间相关习俗；查找并欣赏有关节气的诗歌。地球绕太阳运动，需要力维持吗？如果需要，是什么力？完成书本作业第5题。

4  结语

结合教学案例反思，从教师素质发展的角度看，在“跨学科-项目式”教学中，教师必须自身对所教知识是有充分认识的，不仅要把握这部分内容在物理学科和关联学科中的作用和地位，注重学科之间的沟通和联系，还要生成一个情境式探究项目。这增大了备课广度和难度，有助于教师自我素质的提升。从学科素养培育的角度看，“跨学科-项目式”教学强调课堂的生成性：学生在跨学科情境中，构建系统性知识，实现能力的迁移与运用；在项目中经历科学探究过程，科学思维得到训练，科学态度与责任得到培养，促使全面素养的提高。

参考文献：

［1］ 中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准[S].北京：人民教育出版社，2020.