1/18跨學科學習融合設計方法例談一、跨學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布的《關于加強新時代中小學科學教育工作的意見》。在“創造條件豐富內容，拓展科學實踐活動”這條要求下面，提到“落實跨學科主題學習原則上應不少于10%的教學要求”，這和義務教育階段課程標準的要求是一致的。另外，“強化年級學段有機銜接”，就是現在經常講的“貫通培養”?！敖y籌規劃科學教育與工程教育”，任何學科如果想做實踐活動，必須要有工程教育，這也體現了實踐性、綜合性。第二個參考文件就是2022年版的義務教育階段課程方案。它也規定，各門課程要拿出10%的課時進行跨學科主題學習?？鐚W科課程有四個特征。綜合性：加強課程內容與學生經驗、社會生活的聯系，強化學科內容知識整合，統籌設計綜合課程和跨學科主題學習。因為學生們面臨的問題就是綜合化的，不能用單一學科去解決。實踐性：加強課程與生產勞動、社會實踐的結合，充分發揮實踐的獨特育人功能。突出學科思想和探究方式的學習，加強知行合一、學思結合，倡導“做中學”“用中學”“創中學”。之所以強調實踐性，我認為，更多是因為實踐活動有一定的育人價值。學生在進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生什么幫助，這體現了學生對他人和社會的關愛。基于實踐的學習強調基于真實問題，老師在給學生設計項目的時候，問題要真實，不能隨便去假設一個問題。開放性：學科視域開放、真實情景開放、學習過程開放、學習結果開放。由于項目不一樣、學情不一樣、老師擅長的領域不一樣，所以學生的學習情景、學習過程和學習結果都是可以開放的。在讓學生做項目的過程中，可以給學生規定好項目流程，但流程中哪一個決斷先做，哪一個后做，學生可以自己做決定。而且，不是以單一的結果來評價學生，比如，給學生布置了一個項目，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，即使實驗結果是失敗的，只要學生在探究的過程中能積極努力地解決問題，他在“情感態度”這一項上也能得到比較高的分數。靈活性：跨學科主題學習是學校具體規劃、教師具體實施、學生具體完成的學校自主活動體系。下面簡單介紹一下我們做跨學科課程的契機。2021年，因為很多教具年久失修，教學效果不是很好，有物理老師找到我，希望我能對教具做改進設計。

第一幅圖是傳統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，額定電壓能到達到380伏，所以需要把它拔下來，插到右側去觀察放電的過程。并且，如果插拔不當，可能還會造成觸電。于是我就設計了第二幅圖中的電路，還做了一個手工示教板，經過實驗后，發現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，而且電路也比較穩定。一個成品的成本只有不到百元。對教具重新設計后，課堂教學的成本降低了，安全系數增高了，教師的演示實驗可以轉化成學生的體驗實驗。緊接著我又發現，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，所以我自己調試定做了一個圖片右側這樣的傳感器。經過驗證，它能夠把電壓和電流兩個波形比較完美地呈現出來，成本也降了幾十倍。這個過程中，物理老師和技術老師分別發揮了不同的作用。物理老師更熟悉電路，而我更懂技術細節。合作設計教具之后，我們又做了進一步的思考：是否可以把課堂上的知識和生活中的一些問題結合起來做一些應用？在課程的實踐活動中，是否可以通過大單元設計，把知識進行串聯？以及，是否可以定期開展聯合教研，促進學科的融合？二、跨學科課程設計方法圍繞這幾方面的思考，在過去一個學年，我們做了兩輪試驗?？偨Y了以下幾種設計方法：（1）教師合作。可以運用通用技術的設計原則、方法，改造或設計學科重點實驗教具，降低成本。（2）通用技術項目主題融合學科課內重點知識。

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，和生活的關系都非常緊密。這兩個案例就可以作為通用技術課的項目主題，成為開展實踐活動的切入點。我們首先拿出了7個課時，給學生布置了主題“報警裝置的設計制作”。如果直接把主題設置成“門窗防盜報警裝置的設計制作”，就沒有了學生自己去發現問題的過程。所以我們設置的第一個要求是“對不良現象或行為進行提醒；優化生活環境；提高效率”，學生需要自己去發現，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。第二個要求是“利用當前所學知識：用模擬電路實現功能，用技術知識設計結構。”如果讓學生用傳感器或者數字電路去做一個報警裝置，做起來就非常簡單，但是和學生當前的物理學習離得比較遠。所以我們要求學生必須用模擬電路設計，整體的設計流程也要依據通用技術的設計流程，包含發現問題、明確問題、構思方案、權衡方案，然后進行電路設計與調試、結構設計與制作，最后進行組裝調試、作品展示及評價優化，并撰寫項目報告。這是一個完整的項目流程。

在這個主題下，學生其實能發現很多問題。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菌產生，有學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、公共區域的噪聲提醒、盆栽澆水提醒等等。引導學生發現問題之后，就需要學生進行設計。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。

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

還有學生去過醫院或者敬老院，發現有人在輸完液之后，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，所以有學生就想做一個輸液報警提醒裝置。他設計的電路圖，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。這個學生還測試了，當瓶子里液體發生變化時，彈簧會發生怎樣的形變。當彈簧到達相應位置，電路就會接通，然后開始報警。這里面不但有對學生社會責任感的培養，也有對工程意識、動手能力以及創新實踐能力的培養。出門忘帶鑰匙提醒裝置，這也是一個做得比較好的案例。學生做得比較巧妙的一點是兩個電路的聯動，靈感也是來自于物理課本上門窗防盜報警和光控開關的兩個電路的結合。更巧妙的是，下邊有一個導電的鑰匙環，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效果也非常好。（3）運用通用技術知識，為學科理論提供更多實踐機會。

比如手搖發電機系統的探究與設計制作，傳統的手搖發電機就是在發完電之后驅動LED發光。我們給它增加了一些有趣的設計，讓它終端的現象更加明顯。還有游標卡尺的制作與創新應用，游標卡尺的讀數在高考中是必考的，但是很多學生一直都搞不清楚到底該怎么讀。我們的課程項目是讓學生做一把游標卡尺，學生做之前肯定要了解清楚游標卡尺的原理，做完一遍之后，他自然就會用這個工具了。（4）通用技術大單元主題教學串聯學科知識。做了前面這些設計之后，我們覺得，雖然學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行串聯，是更好的。

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

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

在第一單元，我會先給學生介紹，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知識。教學之前和之后分別有一次前測和后測，了解學生的掌握情況。第二單元就開始通過實例學習傳感器。比如通過物理課本上的家庭防盜報警裝置案例，學習干簧管的原理和使用方法。物理老師會進行理論知識的鋪墊，引導學生用干簧管設計一款家庭防盜報警裝置。學生會在“任務一”這一步完成電路圖。任務二環節，技術老師會帶著學生做電路的連接、調試，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生學習如何用傳感器解決問題。

任務三環節，學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。任務四是討論和交流。學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，但這節課是技術老師在上，他就可以在這個任務下面給相關老師留言。第三、四單元也是同樣的流程。最后一個單元是讓學生設計個性化的智能家居產品。

任務一，問題背景調研。學生會提交一個問題分析表，里面填寫他要解決的問題、發現問題的途徑、問題的類型、問題產生的原因、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。任務二，智能家居設計方案。針對提出的問題，小組要討論一個設計方案。我們會給學生提供方案模板，包括設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、項目的時間節點是怎樣的等等。任務三，提交項目日志。每個組根據他們的問題去做不同的調試，會發現不同的問題，解決手段也是不一樣的，所以學生需要填寫日志。老師通過日志就能知道學生的制作流程。學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的展望等等。這個制作說明文檔也是結果評價的一個重要參考。最后，學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，評價不能只看學生的作品，也要看文檔里記錄的研究過程、研究結果、研究數據等。打分也是小組互評和教師評價同步進行。通過這樣完整的項目管理，雖然學生最后做的作品不一樣，但老師能實時關注學生的進程，也能實時答疑，老師和學生能形成比較好的互動關系。我們第一次實施這個大單元課程設計的時候，學生交資料都是直接交給老師，有時候交給物理老師，有時候交給技術老師。雖然大單元主題設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，還可以一鍵把它導入ClassIn里，應用到課堂。

這是學生做出的成品之一。設計的時候，學生會有分工，有的負責臥室，有的負責客廳，或者有的負責安全系統，有的負責燈光系統。學生在做的過程中，既會參考技術課本，也會參考物理課本，如果遇到問題，可以用探究的方式解決，比如學生對某個元器件的原理不是特別懂，他可以查網絡資料，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，對于評價設計的合作也比較重要。多個老師要從不同的方面做評價設計。除了智能家具的大單元設計，我們下學期還要做兩個大單元設計項目，一個是“車輛工程模型制作”，一個是“通信系統建?！?。三、跨學科課程意義在進行跨學科課程設計的實踐之后，再反過來思考，進行跨學科課程設計的意義是什么？（1）知識本位→素養本位。

通用技術核心素養和物理核心素養，在跨學科實踐項目的各環節可以得到落實。比如情境挖掘階段，老師可以思考，如何設計項目主題來培養學生的科學責任感；方案設計階段，老師引導學生自己做調研、討論；項目探究和制作階段，學生可以進行科學探究；最后，學生自己總結規律，得出結論。（2）學生學習方式的改變?？鐚W科課程促進了以教為主，到以學為主，再到以自主探究為主的過程的轉變。（3）通過技術手段，構建實踐型的育人方式。（4）從知識點走向大概念，推進大單元主題教學。四、開課建議首先，如果大家在進行跨學科課程設計的時候，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期就是先進行合作教研，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。其次，可以考慮從設計教具開始，設計教具的過程，也是兩個學科互相了解彼此知識結構的過程。了解了對方的需求之后再進行項目設計，就是水到渠成的事情。如果對于彼此的學科知識了解得足夠多，即便兩個老師沒有合作開課，也能進行靈活的設計，就能解決一些綜合性的項目。最后，設計完之后，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，再展示幾個其他學科的綜合性案例：1）通用技術和化學結合。在實