“双驱动”式初中物理跨学科实践初探①——以“室内植物展台的设计与制作”为例

张 蓉 姜垚伶

(南京师范大学附属中学树人学校,江苏 南京 210000)

1 引言

《义务教育物理课程标准(2022年版)》在课程内容的一级主题中新增了“跨学科实践”,占总课时的10%。但是,目前的相关研究较为单薄,尚未形成完整的理论体系及实践方案。很多教师在尝试跨学科实践教学的过程中会感到困惑:如何找到不同学科的融合点?如何让跨学科实践和现有课程实现有效链接?

笔者所在学校承担了江苏省基础教育前瞻性教学改革项目,并于2022年2月开展了系列跨学科实践活动,笔者在“室内植物展台的设计与制作”的教学实践中,采用以问题解决为活动驱动和以问题链为思维驱动的模式,培养学生的跨学科知识应用的能力、分析和解决问题的综合能力、动手操作的实践能力。

2 设计思路

在跨学科实践的教学中,应创设具有综合性、实践性和开放性的真实问题情境,引导学生运用多学科知识和方法解决问题,不断提升学生的问题解决能力和实践创新能力。笔者在教学设计中先不刻意寻找学科融合点,而是采用了以问题解决为活动驱动和以问题链为思维驱动的模式来设计教学过程。

2.1 以问题解决为活动驱动开展教学

笔者将问题解决分为4个阶段:(1) 呈现问题情景,为学生创设真实的问题情境。(2) 明确问题的目标和已知条件。(3) 填补空隙,这是解决问题过程的核心。此时问题解决者必须调动认知结构中与当前问题相关的认知,运用问题解决策略以使已知条件和目标之间的空隙得以填补。(4) 检查推理有无错误,填补空隙的途径是否最为简捷等。

2.2 以问题链为思维驱动开展教学

在教学过程中设置层层递进、富有思维含量的问题链,为跨学科实践注入灵魂,促进知识的跨学科迁移和整合,不断提高学生的技术素养、工程素养和动手操作能力。

基于双驱动模式,笔者将本活动分为以下6个环节:发现问题和提出问题、制定评价标准、植物展台的设计、植物展台制作、植物群匹配、展示交流和评价,在各个环节穿插有梯度的问题链。

3 教学设计

3.1 发现和提出问题

问题的发现和提出需要有真实的情境为支撑,因此笔者在课前深入学生家中,对其进行视频采访及参观拍摄家中绿植,并提出以下问题:

(1) 家中有哪些绿植?为什么选择它们?

(2) 在养护过程中遇到过哪些问题?尝试用过什么方法解决?

(3) 家里的绿植分布有不足吗?如果有,如何改进呢?

通过播放采访视频,引导学生发现并提出任务:要想集中打理绿植,打造出好看的家庭一角,需要设计、制作一个室内植物展台。

3.2 展台评价标准

在该环节,引导学生讨论:一个好的植物展台应该具备哪些功能?为后续的展台设计提供方向,为评价提供依据。学生提出的室内植物展台的评价标准是:结实耐用、材料抗湿防腐、展台布局符合植物的生态要求、环保无污染、物美价廉等。

3.3 植物展台设计

请学生基于评价标准尝试构画展台的设计图(图1、图2)。待初稿完成后,组织学生讨论:在设计中你遇到了哪些困难?学生遇到的最大困难是:如何使得展台更加稳定?

图1

为解决这个问题,可将其拆分为递进的一串问题:

(1)其他条件一样,外形高窄和矮宽的展台哪个更稳定?

(2) 架子腿的朝向不同(图3),哪个展台更稳定?

(3) 对图3的架子腿还可怎么处理,使它更稳定?

对于这个问题学生会想到可以连接各个架子腿,而其中最稳定的结构如图4所示。

图4

(4) 如何设计多层展台?如上层展台面积不同(图5、图6),哪个展台更稳定?

图5

图6

(5) 对于图5中的结构有没有改进的方法?

学生会提到增加下层材料的质量。

(6) 优化背后的物理原理是什么?

请学生根据讨论结果,再修改、优化设计稿。

设计意图:先引导学生在设计过程中发现并提出有意义的问题,然后再将大的稳定性问题拆分为一串小问题,使学生联想到“稳定性和重心高低的关系”的相关知识,考查学生的日常观察能力,增强学生的技术和工程素养,体现“从生活走向物理,从物理走向社会”的课程理念。

3.4 植物展台的制作

3.4.1 初步制作

这一环节耗时较长,需要在课后组织学生到工作室完成(图7),在此过程中教师要给予学生具体的指导。在测量、切割、组装、打磨和刷漆环节中,提高学生的动手操作能力和团队协作能力。

图7

3.4.2 讨论优化

待学生制作完成后,提出室内植物展台投入家中使用后将面临的一些实际问题:

(1) 要把展台放在木制地板上,如何避免木地板下陷留下印记?

(2) 若展台较轻,展台脚放在瓷砖上,怎么避免打滑?

(3) 如何使展台的使用寿命更长?你使用的材料具有抗湿防腐功能吗?

在考虑以上问题时,学生自然会调用到相关的物理知识,如增大受力面积或减小压力可以减小压强,增大接触面的粗糙程度可以增大摩擦力。对于问题(3),学生可以通过搜索网络资源,查找防水防腐的材料,找寻改进的方法,如涂防水漆、加防水布等,以培养学生搜索资料和自学的能力,待讨论后,再请学生去反思、优化自己的作品,让其感受到学习的持续性和实用性。

设计意图:引导学生运用跨学科知识解决问题,通过团队合作,完成实物搭建及美化装饰,培养学生的合作能力、工程素养、审美能力。

3.5 植物群的选择

向学生提供多种植物和相关介绍材料,让学生阅读和讨论,从中选出适合自己展台的植物并且放置在展台上,再讨论以下问题:

(1) 为什么展台一般不放在卧室?

(2) 你们选择了哪些植物?为什么选择它们?应分别放在何处?

问题(2)除了考查学生的生物学知识外,更侧重于培养学生的学习整合能力,学生需要了解植物的习性,根据自己展台的结构选出合适的植物,放在合适的位置。

3.6 展示、交流、评价

每组上台来介绍、展示自己的展台(图8),其他小组对其进行提问、评价。

甲组介绍了他们的植物展台,一人模拟买家,一人模拟卖家,“那一抹绿色是满墙的生机”的话语打动了所有的同学。其他同学理性地评析他们展台的材料、结构、功能,用“三角形结构更稳定”这样具有依据的论点说服了大家。乙组的创意较为新颖,由他们的展台衍生出“养几株植物的全套定制方案”,带领学生进行头脑风暴。丙组从展台的文学内涵出发,引用《木字旁的人生》一文中的话语来介绍他们作品的立意:“木字旁的人生,是自由生长,是万籁俱寂,因为草木不争,万物祥和。”其他同学也提出了一些质疑,大家在互相交流中进行反思和优化。最后,学生根据评价标准对自己小组和他组的作品进行评价。

设计意图:这个环节旨在引导学生学会准确表达自己的观点,培养他们的反思、总结与评价能力。

4 结语

在设计跨学科实践活动时,不必过度追求学科内容的深度融合,应该着眼于引导学生解决问题,在大的问题方向确定后,以问题解决为活动驱动进行环节设计,以问题链为思维驱动来细化各个环节,力求在解决问题的过程中让学生联系已学的各科知识,潜移默化地培养学生的核心素养。