1/18跨學(xué)科學(xué)習(xí)融合設(shè)計方法例談一、跨學(xué)科課程來歷第一個參考文件是今年5月教育部等十八部門發(fā)布的《關(guān)于加強(qiáng)新時代中小學(xué)科學(xué)教育工作的意見》。在“創(chuàng)造條件豐富內(nèi)容，拓展科學(xué)實踐活動”這條要求下面，提到“落實跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)原則上應(yīng)不少于10%的教學(xué)要求”，這和義務(wù)教育階段課程標(biāo)準(zhǔn)的要求是一致的。另外，“強(qiáng)化年級學(xué)段有機(jī)銜接”，就是現(xiàn)在經(jīng)常講的“貫通培養(yǎng)”?！敖y(tǒng)籌規(guī)劃科學(xué)教育與工程教育”，任何學(xué)科如果想做實踐活動，必須要有工程教育，這也體現(xiàn)了實踐性、綜合性。第二個參考文件就是2022年版的義務(wù)教育階段課程方案。它也規(guī)定，各門課程要拿出10%的課時進(jìn)行跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)?？鐚W(xué)科課程有四個特征。綜合性：加強(qiáng)課程內(nèi)容與學(xué)生經(jīng)驗、社會生活的聯(lián)系，強(qiáng)化學(xué)科內(nèi)容知識整合，統(tǒng)籌設(shè)計綜合課程和跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)。因為學(xué)生們面臨的問題就是綜合化的，不能用單一學(xué)科去解決。實踐性：加強(qiáng)課程與生產(chǎn)勞動、社會實踐的結(jié)合，充分發(fā)揮實踐的獨特育人功能。突出學(xué)科思想和探究方式的學(xué)習(xí)，加強(qiáng)知行合一、學(xué)思結(jié)合，倡導(dǎo)“做中學(xué)”“用中學(xué)”“創(chuàng)中學(xué)”。之所以強(qiáng)調(diào)實踐性，我認(rèn)為，更多是因為實踐活動有一定的育人價值。學(xué)生在進(jìn)行實踐活動的過程中會思考，自己要解決什么樣的問題，解決了這個問題會產(chǎn)生什么幫助，這體現(xiàn)了學(xué)生對他人和社會的關(guān)愛?；趯嵺`的學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)基于真實問題，老師在給學(xué)生設(shè)計項目的時候，問題要真實，不能隨便去假設(shè)一個問題。開放性：學(xué)科視域開放、真實情景開放、學(xué)習(xí)過程開放、學(xué)習(xí)結(jié)果開放。由于項目不一樣、學(xué)情不一樣、老師擅長的領(lǐng)域不一樣，所以學(xué)生的學(xué)習(xí)情景、學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)結(jié)果都是可以開放的。在讓學(xué)生做項目的過程中，可以給學(xué)生規(guī)定好項目流程，但流程中哪一個決斷先做，哪一個后做，學(xué)生可以自己做決定。而且，不是以單一的結(jié)果來評價學(xué)生，比如，給學(xué)生布置了一個項目，并不是只有作品做得特別好才能得高分，如果過程做得特別好，也可以得高分，甚至，即使實驗結(jié)果是失敗的，只要學(xué)生在探究的過程中能積極努力地解決問題，他在“情感態(tài)度”這一項上也能得到比較高的分?jǐn)?shù)。靈活性：跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)是學(xué)校具體規(guī)劃、教師具體實施、學(xué)生具體完成的學(xué)校自主活動體系。下面簡單介紹一下我們做跨學(xué)科課程的契機(jī)。2021年，因為很多教具年久失修，教學(xué)效果不是很好，有物理老師找到我，希望我能對教具做改進(jìn)設(shè)計。

第一幅圖是傳統(tǒng)的物理電容充放電實驗的示教板，它有兩條電路，一條是充電電路，另一條是放電電路。電容充滿電之后，額定電壓能到達(dá)到380伏，所以需要把它拔下來，插到右側(cè)去觀察放電的過程。并且，如果插拔不當(dāng)，可能還會造成觸電。于是我就設(shè)計了第二幅圖中的電路，還做了一個手工示教板，經(jīng)過實驗后，發(fā)現(xiàn)它的演示效果非常好，不但能夠定性定量去研究電容的充放電過程，而且能夠比較好地跟電流和電壓的傳感器接起來，觀察波形。這個示教板的成本很低，手工做的成本只有10塊錢。經(jīng)過詢價定做后，最終出爐了第四幅圖這樣一個示教板成品，它非常方便收納，蓋上蓋子就是一個小盒子，而且電路也比較穩(wěn)定。一個成品的成本只有不到百元。對教具重新設(shè)計后，課堂教學(xué)的成本降低了，安全系數(shù)增高了，教師的演示實驗可以轉(zhuǎn)化成學(xué)生的體驗實驗。緊接著我又發(fā)現(xiàn)，觀測電壓和電流波形的傳感器比較貴，成本大概兩三千元一個，而且需要依賴電腦。我就想到，其實可以通過一個彩色顯示屏觀測波形，所以我自己調(diào)試定做了一個圖片右側(cè)這樣的傳感器。經(jīng)過驗證，它能夠把電壓和電流兩個波形比較完美地呈現(xiàn)出來，成本也降了幾十倍。這個過程中，物理老師和技術(shù)老師分別發(fā)揮了不同的作用。物理老師更熟悉電路，而我更懂技術(shù)細(xì)節(jié)。合作設(shè)計教具之后，我們又做了進(jìn)一步的思考：是否可以把課堂上的知識和生活中的一些問題結(jié)合起來做一些應(yīng)用？在課程的實踐活動中，是否可以通過大單元設(shè)計，把知識進(jìn)行串聯(lián)？以及，是否可以定期開展聯(lián)合教研，促進(jìn)學(xué)科的融合？二、跨學(xué)科課程設(shè)計方法圍繞這幾方面的思考，在過去一個學(xué)年，我們做了兩輪試驗?？偨Y(jié)了以下幾種設(shè)計方法：（1）教師合作?？梢赃\用通用技術(shù)的設(shè)計原則、方法，改造或設(shè)計學(xué)科重點實驗教具，降低成本。（2）通用技術(shù)項目主題融合學(xué)科課內(nèi)重點知識。

比如，在物理選擇性必修二中有兩個案例，門窗防盜報警裝置和光控開關(guān)，和生活的關(guān)系都非常緊密。這兩個案例就可以作為通用技術(shù)課的項目主題，成為開展實踐活動的切入點。我們首先拿出了7個課時，給學(xué)生布置了主題“報警裝置的設(shè)計制作”。如果直接把主題設(shè)置成“門窗防盜報警裝置的設(shè)計制作”，就沒有了學(xué)生自己去發(fā)現(xiàn)問題的過程。所以我們設(shè)置的第一個要求是“對不良現(xiàn)象或行為進(jìn)行提醒；優(yōu)化生活環(huán)境；提高效率”，學(xué)生需要自己去發(fā)現(xiàn)，什么地方需要報警裝置，它是要解決生活中的什么問題。這也是這個主題育人價值的體現(xiàn)。第二個要求是“利用當(dāng)前所學(xué)知識：用模擬電路實現(xiàn)功能，用技術(shù)知識設(shè)計結(jié)構(gòu)?！比绻寣W(xué)生用傳感器或者數(shù)字電路去做一個報警裝置，做起來就非常簡單，但是和學(xué)生當(dāng)前的物理學(xué)習(xí)離得比較遠(yuǎn)。所以我們要求學(xué)生必須用模擬電路設(shè)計，整體的設(shè)計流程也要依據(jù)通用技術(shù)的設(shè)計流程，包含發(fā)現(xiàn)問題、明確問題、構(gòu)思方案、權(quán)衡方案，然后進(jìn)行電路設(shè)計與調(diào)試、結(jié)構(gòu)設(shè)計與制作，最后進(jìn)行組裝調(diào)試、作品展示及評價優(yōu)化，并撰寫項目報告。這是一個完整的項目流程。

在這個主題下，學(xué)生其實能發(fā)現(xiàn)很多問題。比如夏天垃圾桶滿了之后不能及時倒掉的話，肯定會有異味或者細(xì)菌產(chǎn)生，有學(xué)生就提出希望做一個垃圾桶滿裝檢測提醒裝置。其他還有出門帶鑰匙提醒、公共區(qū)域的噪聲提醒、盆栽澆水提醒等等。引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題之后，就需要學(xué)生進(jìn)行設(shè)計。這里我們又借助了物理書上的兩個案例，一個是熱敏電阻的特性，一個是液位報警裝置的電路圖。

這是學(xué)生做的一個出門關(guān)燈提醒裝置，左側(cè)是他畫的電路圖，很好地應(yīng)用了物理課上學(xué)到的元器件。然后他又做了一個實物模型，做得也特別用心。當(dāng)門打開的時候，如果屋里的燈沒有關(guān)，電路就會報警。

還有學(xué)生去過醫(yī)院或者敬老院，發(fā)現(xiàn)有人在輸完液之后，可能由于行動不便等原因，不能及時去拔針，就會造成血液回流，所以有學(xué)生就想做一個輸液報警提醒裝置。他設(shè)計的電路圖，沒有用任何智能傳感器，只使用了一些物理手段，加上一個簡單的模擬電路。這個學(xué)生還測試了，當(dāng)瓶子里液體發(fā)生變化時，彈簧會發(fā)生怎樣的形變。當(dāng)彈簧到達(dá)相應(yīng)位置，電路就會接通，然后開始報警。這里面不但有對學(xué)生社會責(zé)任感的培養(yǎng)，也有對工程意識、動手能力以及創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)。出門忘帶鑰匙提醒裝置，這也是一個做得比較好的案例。學(xué)生做得比較巧妙的一點是兩個電路的聯(lián)動，靈感也是來自于物理課本上門窗防盜報警和光控開關(guān)的兩個電路的結(jié)合。更巧妙的是，下邊有一個導(dǎo)電的鑰匙環(huán)，如果鑰匙沒有拿下來，電路就是接通的，鑰匙拿走之后，電路就會斷開。這個裝置最終的實現(xiàn)效果也非常好。（3）運用通用技術(shù)知識，為學(xué)科理論提供更多實踐機(jī)會。

比如手搖發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的探究與設(shè)計制作，傳統(tǒng)的手搖發(fā)電機(jī)就是在發(fā)完電之后驅(qū)動LED發(fā)光。我們給它增加了一些有趣的設(shè)計，讓它終端的現(xiàn)象更加明顯。還有游標(biāo)卡尺的制作與創(chuàng)新應(yīng)用，游標(biāo)卡尺的讀數(shù)在高考中是必考的，但是很多學(xué)生一直都搞不清楚到底該怎么讀。我們的課程項目是讓學(xué)生做一把游標(biāo)卡尺，學(xué)生做之前肯定要了解清楚游標(biāo)卡尺的原理，做完一遍之后，他自然就會用這個工具了。（4）通用技術(shù)大單元主題教學(xué)串聯(lián)學(xué)科知識。做了前面這些設(shè)計之后，我們覺得，雖然學(xué)生做完單個的項目之后會有收獲，但如果能把零散的知識點進(jìn)行串聯(lián)，是更好的。

在通用技術(shù)選擇性必修課本中有一門課叫“智能家居應(yīng)用設(shè)計”。它和物理選擇性必修二中的很多知識是相關(guān)的，尤其傳感器作為這本書比較重要的一個章節(jié)，有很多相關(guān)案例。把這些零散的知識用智能家居這個綜合主題統(tǒng)領(lǐng)起來，就能做大單元任務(wù)設(shè)計。學(xué)生做完之后，不會再只考慮家里某一個角落的功能設(shè)計，而是會考慮整體的家具設(shè)計。學(xué)生做的過程中，我們會對項目流程進(jìn)行嚴(yán)格的管理。

雖然主題確定為“智能家居”，但任務(wù)下面包含哪幾個部分，每一個部分要解決什么問題，要靠學(xué)生自己去做。每組學(xué)生的流程不一樣，如果老師做不到有效管理，學(xué)生可能就進(jìn)行不下去。所以我們就把整個項目流程放在了TeacherIn這個平臺上。我在TeacherIn里建了一個跨學(xué)科研究性學(xué)習(xí)項目的組織空間，里面設(shè)置好了完整的大單元設(shè)計。

在第一單元，我會先給學(xué)生介紹，什么是智能家居，傳感器的原理是什么，智能家居和傳感器包含哪些基礎(chǔ)知識。教學(xué)之前和之后分別有一次前測和后測，了解學(xué)生的掌握情況。第二單元就開始通過實例學(xué)習(xí)傳感器。比如通過物理課本上的家庭防盜報警裝置案例，學(xué)習(xí)干簧管的原理和使用方法。物理老師會進(jìn)行理論知識的鋪墊，引導(dǎo)學(xué)生用干簧管設(shè)計一款家庭防盜報警裝置。學(xué)生會在“任務(wù)一”這一步完成電路圖。任務(wù)二環(huán)節(jié)，技術(shù)老師會帶著學(xué)生做電路的連接、調(diào)試，以及實物的制作。有的組可能用不到家庭防盜報警裝置，我們只是通過這個裝置讓學(xué)生學(xué)習(xí)如何用傳感器解決問題。

任務(wù)三環(huán)節(jié)，學(xué)生可以提交自己的作品的照片和演示視頻，教師可以實時打分。任務(wù)四是討論和交流。學(xué)生在做項目的過程中會時不時遇到一些問題，如果這時候老師沒有在身邊，或者他遇到了一些物理問題，但這節(jié)課是技術(shù)老師在上，他就可以在這個任務(wù)下面給相關(guān)老師留言。第三、四單元也是同樣的流程。最后一個單元是讓學(xué)生設(shè)計個性化的智能家居產(chǎn)品。

任務(wù)一，問題背景調(diào)研。學(xué)生會提交一個問題分析表，里面填寫他要解決的問題、發(fā)現(xiàn)問題的途徑、問題的類型、問題產(chǎn)生的原因、問題涉及的人群和問題解決的價值等等。最后要形成一個問題分析報告，講清楚他到底要用智能家居解決哪些具體問題。任務(wù)二，智能家居設(shè)計方案。針對提出的問題，小組要討論一個設(shè)計方案。我們會給學(xué)生提供方案模板，包括設(shè)計分為哪幾個大的方面、每個方面有哪些功能、每個功能用什么樣的方法解決、大家的分工是什么、項目的時間節(jié)點是怎樣的等等。任務(wù)三，提交項目日志。每個組根據(jù)他們的問題去做不同的調(diào)試，會發(fā)現(xiàn)不同的問題，解決手段也是不一樣的，所以學(xué)生需要填寫日志。老師通過日志就能知道學(xué)生的制作流程。學(xué)生還需要完成一個制作說明文檔，里面記錄著最終的電路設(shè)計圖、使用的元器件清單、小組具體分工，以及對于這個項目后續(xù)的展望等等。這個制作說明文檔也是結(jié)果評價的一個重要參考。最后，學(xué)生要提交一個演示視頻，對整體的作品功能做講解演示。評價也是非常重要的一部分，評價不能只看學(xué)生的作品，也要看文檔里記錄的研究過程、研究結(jié)果、研究數(shù)據(jù)等。打分也是小組互評和教師評價同步進(jìn)行。通過這樣完整的項目管理，雖然學(xué)生最后做的作品不一樣，但老師能實時關(guān)注學(xué)生的進(jìn)程，也能實時答疑，老師和學(xué)生能形成比較好的互動關(guān)系。我們第一次實施這個大單元課程設(shè)計的時候，學(xué)生交資料都是直接交給老師，有時候交給物理老師，有時候交給技術(shù)老師。雖然大單元主題設(shè)計這個切入點比較好，但最后整個項目流程的管理做得不是特別好。但是借助數(shù)字化的平臺，這些問題是可以得到解決的。并且，在TeacherIn里把課程建好之后，還可以一鍵把它導(dǎo)入ClassIn里，應(yīng)用到課堂。

這是學(xué)生做出的成品之一。設(shè)計的時候，學(xué)生會有分工，有的負(fù)責(zé)臥室，有的負(fù)責(zé)客廳，或者有的負(fù)責(zé)安全系統(tǒng)，有的負(fù)責(zé)燈光系統(tǒng)。學(xué)生在做的過程中，既會參考技術(shù)課本，也會參考物理課本，如果遇到問題，可以用探究的方式解決，比如學(xué)生對某個元器件的原理不是特別懂，他可以查網(wǎng)絡(luò)資料，也可以查物理課本，再解決不了，可以找老師答疑。（5）多學(xué)科教師共同教研。

我們在做共同教研時也遇到很多問題，大家的時間可能不一致，或者約好了時間但總是有老師有事。我們用了一個比較簡單的方法解決這個問題，做法是把很多學(xué)科的老師放在一個辦公室，遇到問題就用一些零散的時間去討論。打破物理空間的障礙，在實際工作中非常有效。除了項目主題的確定和項目流程的共同管理，對于評價設(shè)計的合作也比較重要。多個老師要從不同的方面做評價設(shè)計。除了智能家具的大單元設(shè)計，我們下學(xué)期還要做兩個大單元設(shè)計項目，一個是“車輛工程模型制作”，一個是“通信系統(tǒng)建?！?。三、跨學(xué)科課程意義在進(jìn)行跨學(xué)科課程設(shè)計的實踐之后，再反過來思考，進(jìn)行跨學(xué)科課程設(shè)計的意義是什么？（1）知識本位→素養(yǎng)本位。

通用技術(shù)核心素養(yǎng)和物理核心素養(yǎng)，在跨學(xué)科實踐項目的各環(huán)節(jié)可以得到落實。比如情境挖掘階段，老師可以思考，如何設(shè)計項目主題來培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)責(zé)任感；方案設(shè)計階段，老師引導(dǎo)學(xué)生自己做調(diào)研、討論；項目探究和制作階段，學(xué)生可以進(jìn)行科學(xué)探究；最后，學(xué)生自己總結(jié)規(guī)律，得出結(jié)論。（2）學(xué)生學(xué)習(xí)方式的改變。跨學(xué)科課程促進(jìn)了以教為主，到以學(xué)為主，再到以自主探究為主的過程的轉(zhuǎn)變。（3）通過技術(shù)手段，構(gòu)建實踐型的育人方式。（4）從知識點走向大概念，推進(jìn)大單元主題教學(xué)。四、開課建議首先，如果大家在進(jìn)行跨學(xué)科課程設(shè)計的時候，一開始沒有找到特別好的合作點，可以先從合作教研開始。我們在合作的第一個學(xué)期就是先進(jìn)行合作教研，老師們先把項目實踐一輪，看看哪些項目比較好，再尋找合作契機(jī)。其次，可以考慮從設(shè)計教具開始，設(shè)計教具的過程，也是兩個學(xué)科互相了解彼此知識結(jié)構(gòu)的過程。了解了對方的需求之后再進(jìn)行項目設(shè)計，就是水到渠成的事情。如果對于彼此的學(xué)科知識了解得足夠多，即便兩個老師沒有合作開課，也能進(jìn)行靈活的設(shè)計，就能解決一些綜合性的項目。最后，設(shè)計完之后，如果大家覺得時間一致，而且能找到比較好的問題，就可以合作開課，開展多維評價。文章最后，再展示幾個其他學(xué)科的綜合性案例：1）通用技術(shù)和化學(xué)結(jié)合。在實