跨学科融合教学 促进学生深度学习

摘 要：“视力的缺陷与矫正”是苏科版初中物理八年级上册第四章第四节中的重点内容，具有很强的跨学科融合属性。本文以“视力的缺陷与矫正”教具改进为例，探讨跨学科融合理念在常态课中的渗透。

关键词：跨学科；深度学习；视力的缺陷；矫正

《义务教育物理课程标准（2022年版）》（以下简称《课程标准》）强调培养“核心素养”，加强理论联系实际，凸显物理实验整体设计，关注跨学科渗透。《课程标准》在课程内容板块中增加了“跨学科实践”这一主题。［1］在常态课中渗透跨学科融合理念，促进学生的深度学习是课堂教学应该尝试与实践的重点。

1 跨学科融合创设真实的问题情境促使学生的深度学习一次偶然的机会，笔者在医院墙上看到关于近视成因的宣传画，这才意识到以往在教授“视力的缺陷与矫正”这一内容时，更多地是从本学科的知识角度思考如何让学生理解和掌握凸透镜成像规律，却忽略了这一内容与生物学、医学的密切联系。在讲授视力缺陷时，过分强调近视或远视的成因主要是晶状体的弯曲度太大或太小，这导致学生甚至形成“患近视眼就不会患老花眼”这类的错误认知。

教师在教授跨学科内容时往往会因为过多关注本学科的知识而忽略了问题的本质。因此，在进行跨学科融合内容的教学之前，教师要先“跨出”本学科知识的视野，从问题的本源出发进行思考和教学设计。教师的率先“跨出”才能引导学生进行“真探究”和解决“真问题”。只有进行“真探究”和解决“真问题”，才能促进学生深度学习，发展学生跨学科应用知识的能力、分析和解决问题的综合能力以及动手操作的实践能力。这有助于培养学生积极认真的学习态度和乐于实践、敢于创新的精神，提升学生的核心素养。

事实上，根据成因，近视可分为屈光性近视和轴性近视两类。屈光性近视是指眼轴长度在正常范围内，但由于眼球屈光系统（包括角膜、房水、晶状体及玻璃体）的屈光力（光在界面的偏折程度）较大，导致远处物体的像落在视网膜前方。轴性近视是指眼球的屈光系统基本正常，但由于眼轴变长，导致远处物体的像落在视网膜前方。在近视人群中，有90%以上为轴性近视。轴性近视也是青少年近视的主要类型。苏科版物理教材中虽然没有提到轴性近视的概念，但在教材的插图中，近视眼的眼轴被画得明显长于远视眼的眼轴。［2］学生在初中生物课中也学习了相关知识，生物学教材中指出：“如果眼球的前后径过长或晶状体的凸度过大，使远处来的光线形成的物像落在视网膜的前方，因而看不清远处的物体，这样的眼叫作近视眼。”此外苏教版生物学教材中对假性近视也进行了介绍。［3］

2 联系生活实际进行跨学科融合促进学生的深度学习跨学科融合除了要“跨出”本学科知识的视野，更重要的是要把物理学科的知识与日常生活、工程技术、社会发展等主题结合起来，从而综合分析和具体解决现实问题。跨学科实践的内容必须是真实的物理情景，贴近学生的生活实际，能够丰富学生的感性认识。“视力的缺陷与矫正”这一内容与学生的日常生活息息相关，由于班级中有半数以上的学生有视力缺陷，教师在进行这一内容的教学时，应从实际出发，带领学生一起探讨青少年近视的主要原因，而不是只关注晶状体部分，忽略了问题的核心。

基于这一认知，笔者自制了如图1所示的教具。该教具用水透镜模拟晶状体，用两个挖了孔的亚克力透明半球（如图2所示）套上袜子模拟眼球的其他部分，从球的后侧可以观察到“视网膜”上的成像情况（如图3所示）。使用袜子套住球体是因为袜子有伸缩性，这样可以模拟眼轴逐渐变长时视网膜上的成像情况。在进行“视力的缺陷与矫正”的教学中，教师用这套教具可以依次完成以下五个实验。

2.1 模拟正常眼球的成像情况

通过注射器向水透镜内注入或抽出水的方式来模拟睫状肌对晶状体的调节作用。在动态的实验过程中，观察物体由远处靠近时，晶状体的弯曲度不断增大，像始终可以成在视网膜上。在注射器上标两条刻度线来表示睫状肌的可调范围，也就是说，注射器的活塞只能在这两条刻度线之间移动。同样，光具座上也对应地标两条刻度线，以表示是正常眼球可看清“F”光源的范围。借助这套器材，教师可以形象地把眼睛的成像情况与凸透镜成像的实验进行类比。进一步的演示可以让学生对比眼睛成像的情况与凸透镜成像实验情况的不同，直观地理解人眼是通过调节睫状肌的松紧来改变晶状体的弯曲度，即改变凸透镜的焦距，使远近不同的物体都能在视网膜上成像，进而明白人眼看远处物体时晶状体弯曲度较小，看近处物体时晶状体的弯曲度较大。

2.2 模拟假性近视的成像情况

首先，将“F”光源移至光具座上离水透镜较近的刻度线处，调节注射器的活塞至前一道刻度线处，使视网膜上有清晰的像，此时模拟的是看近处物体时睫状肌收缩使晶状体的弯曲度较大的情况；接着，将“F”光源移至离水透镜较远的那条刻度线处，模拟长时间近距离用眼使睫状肌痉挛的情况，即此时注射器的活塞无法调至后一道刻度线处，看远处物体时晶状体的弯曲度依然较大，像会成在视网膜前方。这一演示实验可以说明假性近视的产生原因，并指出如不加以控制和调整，假性近视会发展为真性近视。此处还可以补充介绍医院验光时为什么要采用散瞳验光（散瞳验光又称为睫状肌麻痹验光）。这是因为散瞳验光能够放松因眼肌长时间的过度紧张而产生的疲劳，从而得到眼睛真正的屈光状态。这一情境非常贴近学生的生活实际，容易引起学生的共鸣，可以使学生更好地理解假性近视的成因。

2.3 模拟轴性近视的成像情况及其矫正

轴性近视是青少年近视的主要类型。自制的眼球模型是由两个透明的半球组成，球外套的袜子有一定的伸缩性，因此可用其来模拟眼轴变长后的成像情况。首先，将“F”光源放置在光具座上距水透镜较远的那条刻度线处，再通过调节注射器使得“视网膜”上的像变清晰，此时注射器的活塞正好位于后方的那条刻度线处（如图4所示）；接着，将“眼轴”拉长，发现“视网膜”上的像变模糊了。通过这一演示实验，学生很容易理解轴性近视是由于眼轴变长，使远处物体的像成在了视网膜前方。在此基础上，学生根据直观的演示现象和透镜对光线的作用，能够顺利地推理得出需要用凹透镜进行矫正这一结论。在学生分析推理后，教师再演示用合适的凹透镜矫正使视网膜上的像变清晰的过程。为了使实验更贴近生活实际，这一过程特地选用验光配镜所用的插片式眼镜片来进行模拟演示。

随后，教师进一步演示当眼轴继续变长后需要用度数更大的近视眼镜来进行矫正，从而说明青少年的轴性近视是发展性的，近视的度数会随眼轴的不断变长而增加。眼轴每增加1毫米，近视度数会增加约300度，人类的近视度数通常在18岁以后才趋于稳定。这一实验可以让学生了解轴性近视，了解自己近视的原因，知道眼轴一旦变长就无法恢复，明白近视的过程是不可逆的。教师可呼吁学生养成科学合理的用眼习惯、爱护眼睛、保护视力。

2.4 模拟远视的成像情况及其矫正

远视的主要成因与近视相反，通常包括眼轴过短、角膜弯曲度不够或晶状体屈光力减弱等。为了模拟轴性远视眼的成像情况，先在光具座上安装正常直径的“眼球”，将“F”光源放置在光具座上距水透镜较近的刻度线处，再通过调节注射器使得“视网膜”上的像变清晰，此时注射器的活塞应正好位于前方的刻度线处；再用直径较小的“眼球”替换正常直径的“眼球”，会发现“视网膜”上的像变模糊了。用适合的凸透镜放在水透镜前可让“视网膜”上再次呈现清晰的像。教学中可以先让学生用类比和逆向思维推理轴性远视眼的成像情况和矫正方法，再让学生通过实验进一步验证他们的推理结果。

2.5 模拟近视眼叠加老花眼的情况

由于老花眼需要戴凸透镜进行矫正，近视眼需要戴凹透镜进行矫正，因此很多人就会产生“患近视眼就不会患老花眼”的错误认知。教师可以在课堂最后提出这种错误认知，让学生在课后通过查阅资料了解老花眼的成因，并结合课堂上对近视眼的成因及矫正方法的探究，来综合分析近视眼会不会得老花眼。老花眼是由于年龄的增长导致睫状肌的功能减退和晶状体的弹性减弱。因此，当老花眼看近处物体时晶状体的弯曲度不够，像会成在视网膜后，需要戴凸透镜进行矫正。由于轴性近视的眼轴比正常眼球要长，因此近视的人看近处物体时，其晶状体的弯曲度相对正常眼睛要小，所以近视的人的老花症状出现的会相对迟一些，程度也会较轻。但轴性近视的人得了老花眼后依然看不清远处的物体。这是因为眼轴过长，即使晶状体弯曲度调节后，像仍成在视网膜前，他们仍需要戴凹透镜矫正。学生在调查研究后，可以用这套器材设计实验来模拟近视眼叠加老花眼的情况。

这五个实验层层递进，且都与生活实际紧密联系。学生通过探究和实践，建立起对“视力的缺陷与矫正”的理解；再通过对“近视眼会不会得老花眼”这个问题进行深入思考和分析，将知识内化为自己的认知结构的一部分。这一系列活动构成了学生深度学习的过程。

3 回归本学科知识领域的跨学科融合促进学生的深度学习跨学科融合教学所选的内容本身应该是跨学科的，但是学习的过程仍应该是立足于物理学，应用所学的物理概念、规律与方法去解决“跨学科”的问题。

在“视力的缺陷与矫正”这一内容的教学设计中，教师“跨出”本学科的视野，从生物学与医学的角度对这一问题进行深入的研究，然后梳理出能用本章知识解释的相关内容，并将其简化成符合初中生认知、适合初中生探究的内容。在教学设计中，教师并没有带领学生探讨近视分类、眼睛的屈光系统这类问题，而是主要围绕轴性近视这种视力缺陷展开探究。在教学过程中，从正常眼睛的成像情况到假性近视成因的解释，都是为探究轴性近视及其矫正做铺垫的。轴性远视则是在上述基础上的知识迁移。这一系列问题的设计，便于学生从凸透镜的成像规律出发进行分析和论证轴性近视的成像情况和矫正方法。

在学习过程中，学生先应用已有知识分析推理，再通过实验模拟验证。通过实验可以直观地看到眼轴变长后视网膜上的像变模糊、戴上合适的凹透镜后视网膜上的像变清晰以及眼轴进一步变长后导致近视加重的过程。理论和实验的结合使得学生把生物课所学的知识运用到物理中来，让学生从物理学的角度对近视眼的成因有了更深刻的认识，并意识到近视的发展性和不可逆性，从而增强了爱护眼睛、保护视力的意识。除了课堂中的跨学科学习，教师还布置了课后的研究任务——近视眼会得老花眼吗？学生对这一问题的探索，撼动了学生原有的错误观念，进一步加深了学生对课堂内容的理解。

整个教学设计在内容跨学科的基础上始终围绕物理问题展开，让其他学科的知识服务于物理学科。这种设计并不是在原课程基础上增加一块新的内容，而是与主题教学进行了融合。在跨学科融合教学中既应用了已有知识，也建构了新知识。教师除了关注知识的跨学科融合外，更应培养学生科学思维和科学探究能力，在应用知识、解决问题的过程中，切实促进学生的深度学习。

《课程标准》中“跨学科实践”的主题对教师、对教学设计都提出了更高的要求。教师不仅要更加深入地研读《课程标准》和教材，更要“跨出”教材、“跨出”学科进行跨学科融合教学的研究和思考。同时，在进行跨学科实践的教学设计中，更重要的是“走进”生活，“回归”物理学科本身，始终以物理为中心，使得学生能够真正进行深度学习。

参考文献

［1］中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准（2022年版）［M］.北京：北京师范大学出版社，2022：33-38．

［2］刘炳昇，李容.义务教育教科书 物理 八年级上册［M］.南京：江苏凤凰科学技术出版社，2012：91-93．

［3］汪忠.义务教育教科书 生物学 七年级下册［M］.南京：江苏凤凰教育出版社，2014：103．