中学地理跨学科主题研学活动设计*——以宁波四明山红枫产业发展为例

周泽甬，宋艳龄

（宁波市春晓中学，浙江 宁波 315000）

《义务教育地理课程标准（2022 年版）》新增了跨学科主题学习内容，体现了新时代育人方式的变革，有利于促进学生核心素养的发展。地理学是涵盖自然和社会两大学科领域的一门综合性学科，新时代地理科学研究更是呈现出多学科交叉的特点。研学旅行课程作为一门综合实践类课程，应力图在真实情境中培养学生综合运用知识解决问题的能力。地理学与研学旅行相结合的地理研学课程理应是开展跨学科主题学习的一块沃土。本文基于研学实践活动课程案例，深入探究中学地理跨学科主题学习设计的内在框架，有助于一线教师突破单一的教学逻辑，更快适应跨学科主题的课程设计新思路。

一、跨学科研学主题选择与目标设计

四明山是宁波市西部最重要的绿色生态屏障，素有“浙东大绿肺”和“宁波大水缸”之称。四明山镇作为全国最大的红枫生产基地，2001年被农业部命名为“中国红枫之乡”。

1.研学主题选择

四明山以其典型的自然地理特征及颇具区域特色的乡村经济发展模式，成为开展中学地理研学考察的优质区域。扎根乡土地理的研学有助于深化学生对于家乡的认同感，增强社会责任意识，树立人与自然和谐共生的理念。选择“四明山红枫产业发展”为研学主题，研学小组围绕主题开展野外综合地理考察，对该区域的自然地理环境进行观察、记录和分析；并全面剖析四明山镇发展成为中国红枫之乡的原因，学生需要思考地理各要素之间的内在联系，更需要整合多学科知识内容，在真实情境中探究实践问题，提出解决思路。此次研学活动的设置与多学科知识体系的交融能更深层地调动学生的主观能动性，有助于核心素养的提升。

2.研学目标与思路

（1）确立学习目标

根据研学主题和区域实际，确定学习目标如表1所示。

表1 宁波四明山红枫产业发展主题研学目标设计

（2）研学活动思路

本研学活动的开展主要建立在学生自主驱动和研学点可利用资源的基础上，辅之导师适当的引导。尊重学生在野外所彰显的好奇心及探索欲，充分发挥学生在实践中的主观能动性（图1）。

图1 主题研学活动思路

二、跨学科主题研学过程设计

地理研学野外实践活动能够引领学生走进自然课堂，让学生在真实场景中探索问题，在运用不同学科的知识、方法或思维模式分析并解决复杂问题的过程中，逐渐成长为解决实际问题的创新型人才［1］。

1.组建研学小组

按照3～5人/组的标准，将参与本次研学活动的学生，自由组成若干个研学小组。研学小组将通过实地考察、实验论证、走访调查、交流研讨、总结汇报等形式开展主题探究，在研学实践中充分调动学生在真实情境中发现问题的热情，以及培养学生多元化思考和解决问题的能力。

2.明确任务群

问题链与任务群设计如表2所示。

表2 宁波四明山红枫产业发展研学任务群

3.研学考察实践

（1）任务一：四明山镇自然环境分析

活动过程：分析四明山镇花木产业的发展，首先要了解当地自然环境的特点。研学考察实践中，在导师的引导下，研学小组积极运用不同类型的地理工具探寻当地自然环境各要素的特征。例如，利用手持气象仪测量当日气象要素、检测河流水质（总磷、氨氮测定试剂等），使用手机移动端的地理信息软件收集当地地形、气象等数据（图2）。研学小组通过野外的实地考察及查找相关资料，思考并总结四明山镇自然环境与红枫（鸡爪槭）生长种植之间的关系（表3）。

图2 利用地理工具开展自然环境考察

表3 研学小组汇总的四明山镇自然环境特点

设计意图：研学小组通过考察，归纳了四明山镇周边的自然环境概况，并与鸡爪槭最适宜的生长环境做了横向对比（表3）。通过对比分析，研学小组发现四明山镇的自然环境的确较适宜鸡爪槭的生长，从自然条件角度分析，四明山镇能发展成为“中国红枫之乡”确实拥有得天独厚的自然优势。

（2）任务二：解析红壤的形成过程

活动过程：在研学点周边，研学小组发现了典型的红壤剖面，据此开展讨论：鸡爪槭适合种植在偏酸性的土壤中，四明山区的土壤多为山地红壤和黄壤，为什么红壤的pH 值会呈酸性？红壤又是如何形成的？

中学地理日常教学中，常涉及红壤相关内容，但红壤的具体成土过程和理化性质却讲解得比较模糊，学生对于“红壤pH值呈酸性”的知识学习仅停留在表层的识记，无法深入理解。此环节的设计参考了“利用化学方程式解析钟乳石形成”的教学设计，通过大量土壤地理学相关文献的查阅，发现能以正长石水解为例，解释红壤的成土过程（脱硅富铁铝化）。

水解作用是指水电解离出的H+对矿物的分解作用。以正长石（K2Al2Si6O16）水解为例［2］（下列化学方程式中的横线部分为学生探究作答的内容）。

第一步“脱盐基阶段”，氢离子交换出矿物中的盐基离子形成可溶性盐而被淋溶。

第二步“脱硅阶段”，矿物中硅以游离硅酸形式被析出，并开始淋溶。

第三步“富铝化阶段”，风化壳中的盐基彻底淋失，而且铝硅酸盐分解出的硅酸也大量淋失，氧化铝（氧化铁同理）残积在土壤中。

研学小组通过化学方程式的解析发现，红壤成土过程第一阶段的土壤环境反而呈碱性或中性；随着风化过程的继续发展，盐基离子（此方程式中为K+）和硅酸不断被淋失，而致铝氧化物产生明显的富集。并且铝离子与水电离出的氢氧根离子反应生成氢氧化铝留存在土层中（Al3++3H2O=Al（OH）3+3H+），使得氢氧根离子浓度减小，反之氢离子在水中的浓度相对于氢氧根而言更大，土壤环境最终呈现酸性。

含铁元素的矿物分解出的铁离子同样经水解作用形成氢氧化铁凝胶，脱水后转化为氧化铁，三价铁离子呈红色，即为红壤的主要颜色来源。

设计意图：该任务设置为地理与化学的跨学科主题学习。研学小组通过观察典型的红壤剖面，从宏观角度辨识土壤的成土过程；之后运用化学方程式进一步解析红壤脱硅富铁铝化过程及理化性质，从微观层面探析红壤“颜色”和“酸性”的由来。将地理研学的宏观观测与化学微观解析相结合，培养学生综合分析实际问题的能力。

（3）任务三：实验验证红枫叶色的变化机制

通过实地观察红壤剖面，探究了红壤的成土过程后，研学小组又有了这样的疑问：红枫为什么最适合种在像红壤这类偏酸性的土壤中？带着这样的疑问，研学小组决定通过研究植物的生长机制来一探究竟。此环节将通过生物实验的方式，来验证：①鸡爪槭叶片呈色机制；②花青素在不同酸碱环境中的颜色变化。

生物实验一：鸡爪槭叶片中色素的提取与分离（纸层析法）。

四明山种植的鸡爪槭种类多为日本红枫的各类园艺培育品种，研学小组选取了生长健壮的鸡爪槭上不同生长阶段的三类叶片（鸡爪槭叶片的生长呈现由初叶期的鲜红逐渐变绿再变紫红的过程）开展实验［3］。

学生实验操作过程：根据亲脂性强的成分随流动相移动速度快的原理，利用纸层析法对鸡爪槭叶片中的色素进行提取和分离。三个研学小组各负责一类叶片的实验操作，每组实验重复三次。在实验中观察：①滤纸条上色素是如何分离的？②色素带中最宽/最窄的分别是什么色素并分析其原因。

通过实验，研学小组发现，有四种色素会随层析液在滤纸上扩散，分别呈橙黄色、浅黄色、蓝绿色和黄绿色，还有一种偏红色的色素则未发生扩散。经过研学导师的讲解和资料的查阅，确定滤纸上扩散的色素分别为：胡萝卜素（橙黄色）和叶黄素（浅黄色）、叶绿素a（蓝绿色）、叶绿素b（黄绿色）、花青素（红色）。由于叶绿体中的色素属于脂溶性色素，不溶于水但易溶于有机溶剂，故可利用石油醚等（层析液的主要成分）进行提取，而花青素属于水溶性的色素，反而不易发生扩散。

表4是对三类叶片色素分离情况的汇总，经对比分析后发现，初叶期叶片花青素明显可见，而叶绿体色素含量均较低；绿叶期叶片花青素几乎不可见，而叶绿体色素，尤其是叶绿素a 的含量很高；红叶期叶片花青素明显可见，而叶绿体色素含量适中。

表4 鸡爪槭叶片色素分离情况

研学小组初步推断鸡爪槭叶片的显色主要受花青素与叶绿素二者的比值所影响。初叶期花青素占据主导，故叶片呈亮红色；绿叶期花青素含量极少，而叶绿素大量积累，故叶片呈绿色；红叶期花青素和叶绿素均占有一定的比重，故叶片呈紫红色［4］（且根据色彩的调和规律，花青素应占主导地位）。

生物实验二：花青素变色实验。

第一个实验验证了花青素是鸡爪槭呈现红色的最主要因素，那么酸性土壤环境对于花青素的显色是否有影响？研学小组又进行了第二个生物实验。因野外研学实验设备不足，鸡爪槭叶片研磨提取液制备量较少，不满足实验需求，故选用其他富含花青素的物质（黑枸杞或纯紫甘蓝粉）进行替代实验。

学生实验操作过程：首先，在蒸馏水中分别加入柠檬酸、食用白醋、小苏打、苏打和熟石灰，制成溶液，并利用笔式pH 检测计分别测量各溶液的pH 值。其次，在五个试管中分别加入相同容量的花青素溶液，再分别滴入这些不同酸碱度的溶液，每次滴加1 滴管，观察花青素溶液颜色变化情况。

通过实验发现，花青素在不同的pH 条件下会呈现出不同的颜色，其中酸性环境呈现偏红的色彩（表5）。

表5 花青素在不同酸碱环境下的颜色变化

研学小组初步推断微酸性或中性土壤促进鸡爪槭叶片的呈色（红色），碱性土壤则抑制呈色。通过两个生物实验的实际操作，学生能够深入理解红枫叶片显色的原理，理性分析出红枫种植在偏酸性土壤（当地为红壤）中，有利于叶片呈现出红色系的艳丽色彩，能为红枫（观赏类经济作物）带来更大的观赏价值和经济效益。

设计意图：上述实验设置为地理与生物的跨学科主题学习。两项生物实验将红枫叶片颜色的变化机制具象化地加以呈现。学生通过实践得出实验结论，为研学中的实际问题探究带来理性的分析和判断，践行了地理实践力与科学探究（生物学科核心素养）的素养目标。

（4）任务四：花木产业的可持续发展探究

活动过程：以红枫等园艺景观树种栽培为核心的花木产业，是四明山镇的支柱产业之一，但花木产业过度的发展破坏了当地的生态环境。针对此问题，研学小组在唐田村（四明山镇最大的花木生产基地）走访了当地从事花木产业的农民和商户，向他们了解近些年政府对于花木产业政策的调整，以及生产经营所发生的变化，尝试通过政策的解读提出几项合理化的建议。

通过采访、交谈，以及余姚市人民政府公开政策文件的查阅，发现自十八大将生态文明建设纳入中国特色社会主义事业五位一体总体布局后，当地政府就有意识地对毁林开垦开展专项整治，在禁止开垦区内落实生态修复措施，逐步实行退苗还林，通过政策引导、资金扶持、基地建设、品牌培育等途径，逐步引导农民加快花木产业转型升级。据此，研学小组绘制了四明山镇花木产业可持续发展的思维导图（图3），并结合实地调查的情况，提出可以引导农民试种蓝莓、猕猴桃、香榧等高经济附加值的作物，实现农户转型不减收。

图3 学生绘制的思维导图

设计意图：该任务设置为地理与政治的跨学科主题学习。学生通过实地走访调查，充分认识协调人地关系、推动人与自然和谐共生的重要性，并为四明山花木产业的可持续发展建言献策，坚定不移地支持经济建设与生态文明建设相结合，培养学生公共参与意识（政治学科核心素养）和人地协调观。

三、结语

总结和评价是研学考察的必要环节，本次研学课程采用小组汇报答辩的方式进行评价。这种形式既加强了成员间的合作与探究，也培养了学生组织沟通、资料收集、课件制作、演讲口才等多维度综合性的能力，更是研学过程性评价的一种有效体现。

经过研学实践探索，学生发现在真实的社会生活中，现实问题不是割裂的，难以用单一学科的知识体系破解疑问。真实情境下，任务导向型的活动探究最大程度地激发了学生的求知欲与探索欲，围绕“四明山红枫产业发展”主题，研学小组结合多学科的知识与方法，尝试从多元化的视角，融会贯通地分析思考。利用化学方程式和生物实验，验证了自然地理要素间的内在关联。通过政策解读和走访调查，对花木产业升级转型提出合理性建议，增强社会责任意识，树立人与自然和谐共生的理念。

本次研学活动在真实环境中探索跨学科主题学习的实践路径。学生走出课堂，在真实的自然、社会环境中，自主地发现问题、解决问题，这正是研学实践和跨学科主题学习的价值所在。教师更多担任引导者的角色，指引、帮助学生开展项目学习。但同时，此类课程在设计、组织与开展环节，无疑对教师的专业素养和跨学科思维提出了更高的要求，组建多学科的专业教师团队，进行跨学科课程内容整合与设计，都是后续课程建设与研究的重要目标。▲