初中地理、生物、化学跨学科主题教学的实践探索——以“水与生活”为例

邢晓明 董素君 刘小荣

（北京市三帆中学, 北京 100088）

一、教学背景

不同学科的知识目标不尽相同，但是其核心素养的要求具有共通性。因此，文章以关键能力和必备品格的素养要求作为教学目标，并针对这些目标，设计调查研究、实验探究和动手制作等活动，提升学生的核心素养。

教学主题和教学内容的选择，要基于各个学科的知识和技能，不脱离国家课程。在此基础上，选择三个学科的共通概念，该概念具有综合性且与生活实践紧密联系。水这个概念在三个学科的课标中均有涉及：生物学科要求掌握生物圈水循环和植物对水循环的作用，地理学科要求掌握降水、河流、水旱灾害、水资源状况，化学学科要求掌握水资源状况和水的净化原理。而这些知识之间具有紧密联系，例如，植物涵养水源等作用可以缓解水旱灾害，化学学科和地理学科都要求掌握水资源状况。通过分析，本设计确定将三个学科紧密联系在一起的“水旱灾害”和“水资源”作为主题教学的核心概念（见图1）。

图1 “水与生活”主题核心概念

从学情分析，学生已经具备与水相关的单学科概念，如暴雨、洪涝、蒸腾作用等，也掌握了使用地图等工具和实验探究的基本技能。但是学生对于如何减轻水旱灾害和如何利用水资源缺乏整体的认识，在面临生活中真实问题时，难以调用系统的知识进行解决。因此，学生需要借助跨学科教学形成更完善的知识体系、提升真实问题的解决能力。

二、教学目标

通过跨学科学习，认识到水既是资源也会带来灾害；通过实践，了解减轻灾害的科学原理和提高水资源利用率的工程技术手段；建构水的知识体系，形成上位概念，建立人水协调的价值观念；通过展开调查研究、实验探究、动手实践、展示汇报，提升综合科学思维、科学探究实践能力；通过针对校园和周边社区的调查，发现问题并思考解决办法，以此提升公民意识和社会责任感。

三、教学流程

跨学科教学设计和实施的一般思路是：第一，结合核心素养和教学内容，确定教学目标；第二，根据学情和学生兴趣，选择真实问题和情境；第三，根据教学内容，提出驱动性问题；第四，根据教学目标和驱动性问题，设计并开展学生实践活动（见图2）。

图2 教学流程

四、教学内容

1.水与生活——与水相关的灾害

生活离不开水，水是我们的生命之源，但是水太多或水太少又给我们的生活带来灾害。教师向学生提问：“你知道哪些与水相关的灾害？你经历过哪些洪涝灾害？”学生分享讨论，进一步提出问题：“从自然环境的角度分析区域洪涝多发的原因。”学生思考讨论，从地形、气候、河流等角度分析得出洪涝灾害发生的孕灾环境。教师进一步提出问题：“从北京城区所处的位置和自然环境，分析北京是否具备洪涝灾害的孕灾环境。”学生通过讨论分析，得出北京市也易发洪涝灾害的结论。

教师提出问题：“北京除了洪涝，还会有什么与水相关的自然灾害呢？”学生分析得出北京市易发旱灾，总结洪涝和旱灾是与水相关且属于与我们生活密切相关的自然灾害，从而引出核心问题：第一，如何减轻水旱灾害；第二，如何更好的利用水资源。

2.水与生活——如何减轻水旱灾害

同学们讨论自己关心的、与水旱灾害相关的问题，聚焦大家最关心的两个问题进行实地调查研究。

学生活动1：调查校园中可能存在的安全隐患。学生绘制校园平面图，设计调查路线，展开实地调查，观察校园中存在的积水区域、裸露的电线等安全隐患并设计图例，将其位置标注在校园平面图中，完成校园安全隐患分布图（见图3）。

图3 学生作品：校园安全隐患分布图（左）和校园排水口分布图（右）

学生活动2：调查校园的排水能力。学生观察校园中主要的排水口类型及分布，设计图例并在校园平面图中标注排水口的类型、大小及位置，计算校园排水能力，划定易积水区域并设计逃生路线，完成校园排水口分布图及排水能力调研报告。

通过以上两个实地调查活动，学生理解了洪涝对于校园生活的危害，分析了校园的排水能力，并为减轻危害提出可行性建议。

教师总结：“水旱灾害的发生主要是由于降水的时空分布不均，以及受灾区域的蓄水和保水能力不足导致的，怎么解决呢？”学生设计实验方案（见图4），研究植物在缓解水旱灾害方面的作用。

图4 学生作品：实验设计方案

学生活动3：绿色植物对涵养水源的作用的实验探究。学生设计探究实验，选取校园中几种植物的叶片浸泡于水中，比较一段时间内叶片增加的重量，并比较不同植物的根系在浇水后一段时间内增加的重量。实验结果表明，绿色植物无论是地上部分还是地下部分的器官，均具有一定的蓄水能力。于是学生得出结论，绿色植物具有涵养水源的作用。

学生活动4：绿色植物对保持水土的作用的实验探究。学生用一侧打孔的托盘，分别装土壤、种植单一植被的土壤、种植多样化植被的土壤，模拟不同植被覆盖情况的山区，多次用水冲刷后，比较水土流失的情况。实验后得出结论，绿色植物对保持水土具有重要作用，在易发泥石流的地方应保护植被、种植多样化植被，可以减轻洪涝带来的次生灾害影响。

学生活动5：绿色植物的蒸腾作用实验探究。学生选取校园中不同类型的枝条，将其放置于盛有等体积水的量筒中，比较24小时内量筒中散失的水分体积。学生发现，植物具有较强的蒸腾作用，其中叶片较大、叶子较薄、有背毛的叶子蒸腾作用最强。得出结论，植物强大的蒸腾作用能够调节局部气候，应该根据不同需求种植不同的植被。

通过以三个实验探究，学生了解了植物对水有很重要的调节作用，对于减轻降水分布不均带来的影响有重要贡献。

教师展示北京市的水资源总量、用水量以及年人均水资源量，学生分析数据得出北京是一个极度缺水的城市，抛出驱动性问题：如何更好地利用水，缓解北京的缺水问题？

3.水与生活——如何更好地利用水资源

学生提出解决方案“南水北调和节约用水”，其中在生活中可以做到的就是节约用水。展示某同学一家三口的年水费单照片，其一年大约有200立方米的水排放到了污水系统里，这些污水经过净化后可以缓解缺水问题。教师讲解水的净化原理：过滤、吸附、杀菌消毒等。学生依据净水原理自制简易净水器。

学生活动6：自制简易净水器。学生选取塑料瓶、石子、活性炭等材料，进行了简易净水器的制作（见图5）。

图5 学生作品：简易净水器

学生活动7：调查净水原理在生活中的应用。学生查阅资料，调查并汇报净水原理在污水处理、自来水厂净水、户外便携式净水器中的应用。

通过以上两个实践活动，学生得出结论：水的净化可以提高水资源利用率，缓解缺水问题；水的净化原理虽然简单，但在生活中有很大的应用价值。

4.水与生活——人水和谐相处

学生活动8：规划人水和谐的理想城市。学生根据前期的研究学习对城市的建设建言献策，利用绘制海报和制作沙盘的形式设计了“人-水和谐的理想城市”（见图6）。

图6 学生作品：“人水和谐的理想城市”海报（左）和沙盘（右）

五、教学创新与反思

本次跨学科教学以核心素养为目标，提升学生综合能力和社会责任感。区别于以往的单学科教学，跨学科教学以关键能力和必备品格的素养要求作为教学目标，并针对这些目标，设计了调查研究、实验探究和动手制作等活动，提升了学生的核心素养。在教学内容或教学主题的选择上，本次跨学科教学基于三个学科的知识和技能，选择了三个学科的共通概念，最终使学生形成了上位概念：“水是人类的重要资源，但有时也会带来灾害。我们可以借助科学原理，运用工程技术手段，减轻或避免灾害，提高水资源的利用率。”

本次跨学科教学以解决问题为导向，培养跨学科的观念和问题解决能力。跨学科教学将知识与实际生活相联系，以解决具体的实际问题为导向：“如何缓解水旱灾害？”“如何更好的利用水资源？”“你心目中‘人水和谐’的理想城市是怎样的？”。针对第一个问题，学生提出假设、设计调查或实验方案并得出结论，完成“校园排水口和安全隐患的调查研究”“植物在减轻水旱灾害中的作用的探究”等实地调研和实验探究活动。针对第二个问题，学生学习新知、课上动手实验、课后动手制作、实地调查以及查阅文献，完成了“利用身边的材料自制简易净水器”和“调查净水原理的应用”等活动。针对第三个问题，学生运用所学知识和原理，利用沙盘和图画设计了心目中“人水和谐”的理想城市，将内化的知识外显输出，实现了学以致用，将课内知识与实际生活联系了起来，意识到所学知识是有用的，是解决生活实际问题的工具。在解决问题的过程中，学生充分地感受到个人价值，提升了学生的社会责任感。