基于学科核心素养培育的跨学科实践探究

摘 要：利用中小学智慧教育平台资源，学生围绕生活中常见的问题，课前查阅相关资料，课上设计实验方案，在自主探究的过程，通过对实验现象的观察、分析，最后解决问题。文章以“升华和凝华”为例，通过开展跨学科实践探究活动，促进学生深度学习，最终达到促进学生核心素养培育的目的。

关键词：智慧教育平台;跨学科实践;科学探究;课后服务;核心素养

“双减”背景下的中小学课后服务是促进学生核心素养培育的重要组成部分。通过对中小学课后服务现状调查发现，多数学校以辅导学科作业为主，利用课后服务时间进行学科教学，所开展的校本课程也存在以学科知识传授为主的现象，很难真正提升学生能力，课后服务的育人作用难以充分实现。究其原因，一方面是资源缺乏，另一方面是教师习惯了学科类知识传授，对于开展科学类、实践类课程没有经验，使得课后服务形式单一，无法满足学生多样化的学习需求。

中小学智慧教育平台资源丰富，提供了各学科课程教学知识，有大量的实践性作业，教师和学生可以充分利用平台资源开展教学活动，优化服务内容。因此，引入智慧教育平台为提升课后服务质量具有重要意义。

1 “跨学科实践”的内涵和特点

《义务教育物理课程标准（2022年版）》课程内容新增一级主题“跨学科实践”，包含“物理学与日常生活”“物理学与工程实践”“物理学与社会发展”三个二级主题。“跨学科实践”主题的内容具有跨学科性和实践性特点，与日常生活、工程实践及社会热点问题密切相关。这部分内容的设计旨在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、动手操作的实践能力，培养学生积极认真的学习态度和乐于实践、勇于创新的精神[ 1 ]。笔者以智慧教育平台“课程教学”模块中的“实验教学”内容“观察升华和凝华现象”教师的教学设计为参考，结合本校学生特点，以“升华和凝华”为例，通过开展跨学科实践探究活动，促进学生深度学习，最终达到促进学生核心素养培育的目的。

2 以“升华和凝华”为例，开展跨学科实践探究

学生围绕生活中常见的问题，通过观察、思考、分析问题，提出解决方案，然后通过一系列的学生实验，逐个解决问题。在这一过程，完成学习目标的同时，学生在自主探究的过程，通过课前查阅相关资料，课上设计实验方案，进行实验探究，以及对实验现象的观察、分析，最后解决问题等活动，促进学生核心素养的培育。

教师先布置课前作业，让学生查阅相关资料，了解为什么指纹可以提取，日常生活中提取指纹的方法，检验水的方法。

2.1 创设情境，设计跨学科实践任务

指纹是人体不一样的特征，并且它们的复杂度足以提供用于鉴别的足够特征，因此指纹在生活中的应用很广泛，如：考勤、支付、身份识别等。教师出示一张有指纹印的纸张。抛出问题：如何快速提取纸张上的指纹？学生课前已经查阅相关资料，了解显现指纹的方法，多数学生提出可以用碘伏。教师指出利用碘伏提取指纹，容易使纸张受污染，不用碘伏，而直接用碘单质能否提取呢？问题的关键就在于固态的碘单质能否直接变成气态？接着，教师用酒精灯加热碘，引导学生观察，发现产生紫色碘蒸气的同时，碘发生熔化现象。教师进一步提出问题：产生的碘蒸气是固态碘直接受热变成气态，还是碘熔化后液态的碘再变成气态？如何通过实验验证我们的猜想？教师介绍：酒精灯外焰温度为400～500 °C，一个标准大气压下，碘的熔点是113.5 °C，沸点是184.35 °C。学生受启发，提出了可以用水浴加热的方法。

反思：通过创设生活情境，了解指纹的特点及指纹在生活中的各种应用，能够吸引学生的学习兴趣。学生通过课前查阅有关指纹显现的相关资料，对于教师提出的问题：如何快速提取纸张上的指纹，一下子就表现出强烈的探究欲望。

2.2 经历探究过程，建立概念

探究1：固态碘颗粒能否直接变成气态？

实验器材：烧杯、热水、碘锤。

实验步骤：（1）往烧杯中倒入适量热水;（2）将碘锤浸没在热水中。

学生观察现象发现：碘锤内的黑色颗粒逐渐消失，同时产生大量紫色蒸气（如图1所示）。

实验结论：固态碘受热可直接变成气态。

接着让学生将碘锤从热水中取出，置于桌面上。学生观察现象发现：紫色蒸气慢慢消失，同时产生大量黑色的碘颗粒（如图2所示）。

实验分析：在两次实验中，实验1碘颗粒吸热直接变成气态，实验2紫色的蒸气遇冷放热直接变成固态。

教师请学生描述什么是升华、凝华现象。

反思：学生在教师提供的相关资料的启发下，通过自己设计实验方案，积极主动地进行科学探究，建立了升华、凝华的概念，知道升华吸热、凝华放热。在这一过程，培养学生进行知识迁移的能力，同时发展学生的科学思维能力、科学探究能力。

2.3 设计方案，动手实践

在学生建立概念的基础上，为了让学生能够运用所学物理知识解决实际问题，渗透学以致用的思想，笔者又提出了探究问题2。

探究2：如何快速地显示纸张上的指纹？

教师先提示：碘蒸气是一种有毒气体，在利用碘熏法显示指纹的过程中要注意安全。学生在教师的启发下进行小组讨论，设计了实验3。

实验器材：碘颗粒、药匙、镊子、烧杯（2个）、带有指纹的纸张、玻璃瓶、玻璃片、冷水、热水。

实验步骤：（1）取少量碘颗粒放入玻璃瓶中，用镊子将带有指纹的纸张放入玻璃瓶中，用玻璃片盖住瓶口;（2）将玻璃瓶放入装有热水的烧杯中，静置片刻（如图3所示）。

实验现象：纸张上显示手印。

为减少碘蒸气的污染，学生提出将玻璃瓶再放入装有冷水的烧杯中，观察到紫色蒸气逐渐消失，同时烧杯中出现黑色颗粒。

反思：通过创设生活情境，引导学生利用物理、化学知识设计实验方案，解决实际问题。在这一跨学科实践过程中，使学生感受到物理知识在生活中的应用，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，促进学生科学思维水平的提升，锻炼学生动手实践的能力。

2.4 跨学科应用知识，探究解惑

升华与凝华在生活中的应用很广泛，比如利用干冰制造舞台烟雾，产生的烟雾是什么物质？学生会认为是干冰变成的二氧化碳气体。授课时，很多教师是直接告诉学生产生的烟雾是小水珠，是空气中的水蒸气液化而成的，让学生被动将知识进行记忆。从学生的作业情况反馈，发现很多学生还是一直认为烟雾就是二氧化碳气体。笔者认为有条件可以让学生通过动手探究，观察实验现象、分析问题，主动获取知识。笔者在授课过程提出探究问题3。

探究3：利用干冰制造的舞台烟雾，是什么物质？

在授课过程，教师提示学生二氧化碳气体是无色的，白色的烟雾不是二氧化碳气体，那么可能是什么物质？有学生猜想可能是水珠。如何检验水？学生通过课前查阅相关资料，知道可以用无水硫酸铜检测是否是小水珠。在教师的启发下，学生经过小组交流讨论，设计了如图4所示的实验。

实验器材：干冰、球形干燥管，带有塞子的锥形瓶、无水硫酸铜、铁架台。

实验现象：无水硫酸铜变蓝。

结论：利用干冰制造的烟雾，实质是小水珠。

教师进一步抛出问题：小水珠是怎么形成的呢？学生经过讨论，知道烟雾产生的原因。

自然界中的霜，对于南方的学生来说，比较少见，学生较为陌生，霜是如何形成的呢？课堂上若能让学生制造霜，会加深学生对霜的了解。在利用干冰制造烟雾，产生大量白气的同时，教师引导学生注意观察锥形瓶外壁。学生发现锥形瓶外壁下方有白色的粉末，外壁上方有水珠。笔者进一步提出探究问题4。

探究4：霜是什么物质，如何证明？

学生猜想：霜应该是水蒸气遇冷凝华而成的，可以用无水硫酸铜检测。于是设计了实验方案：刮取适量霜，放入适量无水硫酸铜。

现象：无水硫酸铜变蓝色，说明霜是水蒸气凝华而成的。

教师引导学生思考：水蒸气遇冷可以液化成小水滴，也可以凝华成霜，它们的形成有何区别？学生猜想应该是形成时的温度不同。于是学生设计了方案：用温度计分别测出锥形瓶外壁所形成的霜以及小水珠的温度。温度计示数不同，说明二者形成的温度不同。当气温下降使地表或接近地表的物体表面最低温度降到零度左右时，空气中水蒸气直接凝华在地表或物体上形成霜。

反思：舞台烟雾、自然界中的霜，是升华、凝华现象的典型例子。对于烟雾是什么物质，以及为何会有霜的形成，霜又是什么物质，为什么在南方很少见到？这一系列的问题，学生充满好奇。在授课过程，教师应尽可能创造条件，让学生动手经历探究过程。笔者在教学中利用干冰，让学生感受小型舞台烟雾，虽然跟真实的舞台烟雾效果有区别，但在探究的过程，能够让学生对物理知识有深度的理解，也充分感受到物理来源于生活。在探究过程，培养学生跨学科应用知识、分析和解决问题的综合能力。

2.5 课后作业，实现跨学科实践活动延伸

课后作业其本质属性也是一种学生的自主学习活动[ 2 ]。在“双减”背景下，学生利用课后时间进行自主探究活动，是促进学生深度学习的有效途径。我们布置的实践作业是学生在家利用盐、冰块、易导热容器（如不锈钢杯），动手实践模拟霜的形成，或者尝试用樟脑丸制作“人工雾凇”，要求学生动手实践并解释原理，拍摄成视频，同学间进行交流，评价。“冻干技术”也利用到升华现象，在生活、生产中，被广泛应用，如太空中宇航员的食物。教师也可以布置作业，让学生通过上网查阅“冻干技术”的有关资料，完成相应的报告，汇报成果。

3 结语

教师通过创设生活情境，设置一系列问题，在教师的引导下，学生积极主动参与。利用物理知识、化学知识与生活情境相结合，通过跨学科实践，提高学生应用知识的能力、综合分析问题、解决问题的能力，达到深度学习。在这一过程中，帮助学生正确建构物理观念，培养学生的科学思维、科学探究能力、实事求是的科学态度和责任等。中小学智慧教育平台中的“课程教学”模块，提供了大量科学类资源和丰富多样的跨学科实践资源，教师和学生可以充分利用平台资源，利用课后延时服务时间，开展跨学科实践活动，充分发挥跨学科实践活动的育人价值。

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）[S].北京：北京师范大学出版社，2022：33-34.

[2] 肖永琴.促进深度学习的初中物理实践作业设计[J].教学与管理，2020（3）：49-51.