跨学科实践活动的设计与案例（4）

前面的系列文章介绍了跨学科实践活动，它对于大部分教师来说还是有难度的。目前，教育部要求各学科有10%的跨学科主题学习，这个则相对容易。为了让更多教师理解跨学科主题学习与跨学科实践活动的区别，下面稍做介绍。

一、课程综合化与综合学习路径

目前普遍认为，综合学习效果比分科学习效果好，重要原因之一是现实中的问题通常就是综合的、跨学科的，采用分科的方法不易处理。但是到底如何进行综合学习，不同的人有不同的理解和实施路径。

1.学科内综合学习

针对某一问题，把学科A内不同领域的内容进行融合，开展学习研究，就是学科内综合学习（如图1）。这类学科的特点是内容比较广泛，学科内部有相对独立的领域。例如：科学课程包括物质科学领域、生命科学领域、地球与宇宙科学领域、技术与工程领域，艺术课程包括音乐、舞蹈、美术等，把这类课程内部不同领域进行整合，就属于综合学习，或跨领域学习。之前介绍的“小夜灯”实践活动，涉及物理、化学、技术、工程、生物、艺术、数学等学科。如果只研究其中的“水果发电”，就不涉及艺术和数学，是典型的学科内综合学习的案例（都属于科学的不同领域）。

2.跨学科综合实践活动

某些问题涉及不同学科的内容，必须利用多学科、跨学科的分析方法才能解决（如图2），各学科虽然主次界限并不特别明确，但具体处理时必须以某一学科为主。这一模式对于教师来说难度较大，但真实问题大概率是这种情况。前面系列文章中所列举的案例，大多属于跨学科综合实践活动。例如，“露似珍珠月似弓”涉及语文、科学、历史和数学等学科，“太空水球实验”涉及科学、数学、信息等学科。

3.跨学科主题学习

把不同学科融合在一起进行学习，以学科A为主体（80%～90%），涉及少量（10%）其他学科（如图3、图4），这类学习通常采用主题形式，与课程内容有关且蕴含教育意义。主题比一般的学科概念更广泛，来源于生活或社会中的问题、议题。这类学习强调用科学知识解决生活或社会中的问题，大部分教师容易接受，因为每位教师都有自己教的科目，该科目可以占跨学科主题学习内容的80%～90%。当然，如果教师逐渐熟悉了这一模式，内容比例可以调整，最终目的是让学生掌握解决真实问题的方法。

前面系列文章中列举的部分案例，稍加改进就是跨学科主题学习。例如，“满招损，谦受益”涉及语文、地理、历史、物理、数学、技术与工程、计算机等学科，主体学科可以是语文，主题可以是孔子对中国文化的影响；“鱼菜共生系统”涉及劳动、生物、化学、技术与工程、数学等学科，主体学科可以是科学（技术与工程），主题可以是生态系统的平衡与稳定。

这里为什么说主体学科“可以是”，是因为不同学科的教师可以有不同的选择，具体见下面的案例。

二、不同学科教师视角的“我的祖国”

某学校要开展“我的祖国”主题教育活动，不同学科的教师可以有不同的视角。

1.语文教师的视角

教师可以结合课文，从诗歌、散文、歌曲中寻找歌颂祖国的内容，如选取方志敏烈士在狱中写下的散文《可爱的中国》。通过主题学习让学生理解国家、祖国的含义以及新中国成立的不容易，课后让他们写相关的主题作文。语文的内容占80%～90%。

为了让学生对祖国有更深入的了解，教师可以从历史、地理等角度做一些简要的介绍，或让学生查找资料进行介绍。例如，可以从朝代变迁、疆域变化、民族融合等方面了解中国的历史（内容占5%～10%）；也可以从山川湖海、气候特点、农作物分布等方面了解中国的地理（内容占5%～10%）。

2.历史教师的视角

教师可以结合课文，从朝代变迁、疆域变化、民族融合等角度，介绍国家的历史，让学生了解秦朝统一六国的意义，了解不同朝代为什么会出现历史周期律，近代中国落后的原因是什么，共产主义理论如何与中国革命实践相结合，新中国废除了哪些不平等条约，等等。历史的内容占80%～90%。

基于对历史的理解，教师也可以让学生展望祖国的未来，从语文、地理等角度进行讨论。例如，可以从诗歌中寻找古代戍边的内容，了解“中国”的来历、“五星出东方利中国”的含义等（内容占5%～10%）；还可以从气候变化和农业角度，了解历史上草原文化与农耕文化的冲突（内容占5%～10%）。

3.地理教师的视角

教师可以结合课文，介绍中国的自然地理和人文地理。例如，在自然地理方面，介绍中国的地质地貌、矿产资源等，让学生分享在祖国各地旅游时拍的照片；在人文地理方面，介绍不同民族的分布，海域和边疆对于国家的重要性。地理的内容占80%～90%。

基于对地理的了解，教师可以让学生从历史、数学等角度进行学习。例如，可以让学生讨论历史上土尔扈特部为什么要东归，走的什么线路，古代为什么有南征北伐的区别，为什么萧何入关先找地图（内容占5%～10%）；还可以让学生在了解看到的地图是经过变形的后，思考如何计算中国真正的面积（内容占5%～10%）。

三、跨学科主题学习案例“记里鼓车”

记里鼓车是中国古代用于计算道路里程的车，由“记道车”发展而来。有关记道车的文字记载最早见于汉代刘歆的《西京杂记》：“汉朝舆驾祠甘泉汾阳……记道车，驾四，中道。”可见，最迟在西汉时期，这种可以计算道路里程的车就出现了。后来因为加了打鼓装置，每走一里路打一下鼓，故名“记里鼓车”。记里鼓车和指南车，都代表了中国古代的科技和工艺水平。

汉墓出土的汉代记里鼓车的示意图分上下两层（如图5）。我国1953年发行的《伟大的祖国》系列邮票中，展示了晋代记里鼓车的式样（如图6）。

1.记里鼓车的原理

记里鼓车的原理很简单：车辆在前进时，车轮在地面上滚过了一段距离，车轮转动时带动内部的齿轮运动，走过特定距离时，内部某一齿轮正好转动一圈，齿轮轴上的拨杆拨动垂杆，而垂杆上的绳子与车上木人的手部相连，从而触发木人敲鼓（如图7）。

当然，这只是原理，实际情况要考虑齿轮大小、传动关系等，可能需要很多齿轮。

两齿轮啮合作定轴转动时（如图8），设齿数为Z1与Z2。齿的宽度为[d1=2πR1/Z1]和[d2=2πR2/Z2]，齿宽相等，得到：

[R1Z1=R2Z2] （1）

即齿轮半径R与齿数Z成正比。

设Z1齿轮转动了n个齿，Z2齿轮也要转动n个齿，这时转角有如下关系：

[θ1=2πZ1n，θ2=2πZ2n] （2）

两者相除，得到传动比关系：

[θ1θ2=Z2Z1] （3）

即转动角度θ与齿数Z成反比。

这些公式是后续设计及计算的基础（具体略）。

2.记里鼓车模型的设计制作过程

利用创客实验室，我们可以做一个记里鼓车的模型，为了演示方便，模型走1米就敲一下。

首先，利用轮系传动的相关知识，设计出基本结构，然后用激光在平面木板上切出来。这里显示了其中的齿轮示意图（如图9），其中，A既是车轮，又是齿轮，B与A配合实现转动方向的改变，C和D配合减速。

图10是拼装过程中的部分实物照片。为了美观，我们从网上买来了小木人和小腰鼓，装配好后稍微调整，记里鼓车便可以进行演示了，作为教具效果很好。

后来，这个记里鼓车模型成了CCTV-10《解码科技史》栏目的道具，节目中主持人在现场进行了测试：当小车行走时，木人的手臂会渐渐抬起，每走特定的距离，就会敲一次鼓，从而实现了模拟记里鼓车的功能。

记里鼓车的复原充分显示了结构与功能的关系。

3.反思

“记里鼓车”活动属于中国古代科技系列。学生通过学习，了解古代的科技成就，在心中树立历史自信和文化自信。本活动涉及科学（物质科学领域、技术与工程领域）、数学、历史、计算机等学科。

物理：装置运动具有特定的规律，通过轮子、齿轮的传递运动产生特定的效果。

数学：齿轮的大小要经过计算确定，行走的距离与齿轮运动有一定的关系。

历史：中国汉代已经有这种装置的记载，说明古人对齿轮、运动都有所了解。

计算机：设计装置时利用AotoCAD软件，精确高效。

技术与工程：在分析设计后，利用数字化的设备和工具进行设计和加工。

本活动涉及的主要学科是科学（特别是技术与工程），其他学科也为此主题做出了贡献。首先，学生通过历史了解到确实存在过这种装置，否则就没有后续的分析和复原工作；其次，通过物理了解其工作原理，否则后面无法进行计算；然后，通过数学计算确定轮子和齿轮的大小关系，否则不可能精确实现其功能；最后，通过计算机软件高效完成设计工作，利用数字化设备进行高精度加工。所以，本活动是一个完整的跨学科主题学习活动，从查阅资料开始，到提出设想，再到加工完成并进行演示，充分展示了跨学科学习的优势，有利于学生把不同学科的知识融会贯通。

（作者：清华大学航天航空学院教授，义务教育科学课程标准修订组成员，“天宫课堂”策划人）