梁?jiǎn)?李雪云

［摘要］ 在跨學(xué)科實(shí)踐中，基于新課標(biāo)進(jìn)行“問(wèn)題性驅(qū)動(dòng)—跨學(xué)科實(shí)踐—混合式學(xué)習(xí)—科學(xué)型思維”的教學(xué)設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)與實(shí)踐，以“測(cè)定食物中的能量”為例，通過(guò)模擬制作氧彈式熱量計(jì)，聯(lián)系物理學(xué)比熱容和熱值、化學(xué)燃燒條件等知識(shí)，探究生物學(xué)中食物中能量的測(cè)量。在實(shí)施過(guò)程中，注重整合主題情境開(kāi)展項(xiàng)目探究，建構(gòu)知識(shí)體系，拓寬評(píng)價(jià)范式，形成融合科學(xué)與技術(shù)的新視角，以發(fā)展學(xué)生的必備品格和關(guān)鍵能力。

［關(guān)鍵詞］ 跨學(xué)科實(shí)踐；混合式學(xué)習(xí)；測(cè)定食物能量；科學(xué)與技術(shù)

《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“新課標(biāo)”）中要求“生物學(xué)與社會(huì)·跨學(xué)科實(shí)踐”學(xué)習(xí)主題約占總課時(shí)數(shù)的10%，其包括模型制作、植物栽培和動(dòng)物飼養(yǎng)、發(fā)酵食品制作三類(lèi)跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)，旨在讓學(xué)生認(rèn)識(shí)生物學(xué)與社會(huì)的關(guān)系，理解科學(xué)、技術(shù)、工程學(xué)、數(shù)學(xué)等學(xué)科的關(guān)系，嘗試運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)和方法，通過(guò)設(shè)計(jì)和制作，解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，發(fā)展核心素養(yǎng)。在跨學(xué)科實(shí)踐中應(yīng)用混合式學(xué)習(xí)，以“線上線下”混融共生的新思路，充分發(fā)揮學(xué)生自主性和自控型學(xué)習(xí)能力。在生物學(xué)科“測(cè)定食物中的能量”活動(dòng)中，通過(guò)關(guān)聯(lián)物理學(xué)比熱容和熱值、化學(xué)燃燒條件等科學(xué)學(xué)科知識(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，整合主題情境，建構(gòu)知識(shí)體系，拓寬評(píng)價(jià)范式，形成融合科學(xué)與技術(shù)的新視角，以發(fā)展學(xué)生的必備品格和關(guān)鍵能力。

魯科版初中生物學(xué)七年級(jí)上冊(cè)第二章“人體的營(yíng)養(yǎng)”第一節(jié)“食物中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)”的科學(xué)探究部分，要求通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定食物中的能量。生物學(xué)學(xué)科要求用科學(xué)探究的方法測(cè)定食物中的能量，新課標(biāo)中對(duì)本節(jié)知識(shí)的要求是“說(shuō)出人體需要的主要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)”。教材中安排了“資料分析”和“表格填寫(xiě)”活動(dòng)，讓學(xué)生查閱資料、分析數(shù)據(jù)、調(diào)查研究，以獲取知識(shí)、提高能力。針對(duì)食物中的能量，可以通過(guò)轉(zhuǎn)化，將其變成水溫的升高，以水吸收的熱量來(lái)表征食物中的能量。

跨學(xué)科實(shí)踐提倡利用不同學(xué)科知識(shí)進(jìn)行現(xiàn)實(shí)生活的觀察和問(wèn)題解決，把創(chuàng)新實(shí)踐提前到學(xué)生的學(xué)習(xí)階段，培養(yǎng)學(xué)生綜合性應(yīng)用不同學(xué)科知識(shí)、以激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)與探究、解決學(xué)習(xí)生活中問(wèn)題的能力。對(duì)七年級(jí)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，1 mL水每升高1℃需要吸收4.2 J能量這一問(wèn)題，一般很難理解。實(shí)際上，該問(wèn)題與物理學(xué)科的比熱容、熱值知識(shí)，化學(xué)學(xué)科的燃燒條件知識(shí)等是緊密聯(lián)系的。而混合式學(xué)習(xí)是線上、線下混融共生，其包含對(duì)學(xué)習(xí)資源的整合、學(xué)習(xí)方法的適配、學(xué)習(xí)者的自主探究?；旌鲜綄W(xué)習(xí)中需要根據(jù)學(xué)生的個(gè)性特點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)選擇適合自己的學(xué)習(xí)方法，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)力的提升?；旌鲜浇虒W(xué)視域下，依托網(wǎng)絡(luò)與技術(shù)等平臺(tái)，在課程標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)下，發(fā)揮課堂互動(dòng)的重要作用，能夠幫助學(xué)生構(gòu)建知識(shí)體系，形成邏輯思路，發(fā)展科學(xué)思維，引導(dǎo)學(xué)生走向深度學(xué)習(xí)。具體來(lái)說(shuō)，跨學(xué)科實(shí)踐中應(yīng)用混合式學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)與實(shí)施（如圖1所示），圍繞學(xué)科間的大概念整合科學(xué)知識(shí)的主題情境，運(yùn)用科學(xué)思維導(dǎo)圖的方式建構(gòu)跨學(xué)科知識(shí)體系，研究中針對(duì)真實(shí)情境問(wèn)題開(kāi)展項(xiàng)目探究，注重營(yíng)造智慧技術(shù)氛圍以拓寬評(píng)價(jià)范式。

一、圍繞學(xué)科間大概念整合主題情境

大概念反映學(xué)科本質(zhì)，居于學(xué)科中心位置。以大概念整合生物學(xué)測(cè)定食物中能量主題，能夠促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)本質(zhì)的理解，統(tǒng)整大概念的科學(xué)設(shè)計(jì)有助于夯實(shí)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)深度教學(xué)。美國(guó)《K-12科學(xué)教育框架》中重視整合科學(xué)與工程實(shí)踐、跨學(xué)科概念和核心概念，形成七項(xiàng)跨學(xué)科概念。測(cè)定食物中的能量對(duì)應(yīng)了生物學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)等不同學(xué)科教材中的不同知識(shí)（如表1）。生物學(xué)教材中測(cè)定食物中的能量，所根據(jù)的是熱量傳遞后的1 mL水每升高1℃吸收4.2 J能量，這是水的比熱容知識(shí)；食物燃燒是化學(xué)知識(shí)，燃燒的必要條件——氧氣充足且與空氣接觸面積大。從生物學(xué)知識(shí)中關(guān)聯(lián)物理學(xué)和化學(xué)的知識(shí)，是跨學(xué)科整合的紐帶?；趯W(xué)科大概念的中心作用，統(tǒng)攝科學(xué)學(xué)科的知識(shí)體系，能夠使教學(xué)資源更豐富。

二、運(yùn)用科學(xué)思維導(dǎo)圖建構(gòu)知識(shí)體系

生物學(xué)研究從細(xì)胞到生物圈，物理學(xué)研究從物質(zhì)、運(yùn)動(dòng)與相互作用到能量，化學(xué)研究從組成結(jié)構(gòu)到轉(zhuǎn)化與應(yīng)用。在跨學(xué)科實(shí)踐中，圍繞整合的焦點(diǎn)將生物學(xué)、物理、化學(xué)三個(gè)學(xué)科知識(shí)進(jìn)行統(tǒng)整，以思維導(dǎo)圖的形式將測(cè)定食物總的能量主題的知識(shí)體系圖形化，構(gòu)建學(xué)生對(duì)問(wèn)題的發(fā)散性思維。通過(guò)生物學(xué)的知識(shí)，運(yùn)用物理學(xué)和化學(xué)知識(shí)來(lái)分析測(cè)量能量的整個(gè)探究過(guò)程，以比熱容的知識(shí)分析能量的變化，從水的吸熱變化推算食物中所含有的能量；以熱值的知識(shí)切入，提高食物燃燒的程度，同時(shí)考慮熱量散失的問(wèn)題；以燃燒的定義和條件完善所需測(cè)定的食物，提高其燃燒的充分性。通過(guò)繪制的思維導(dǎo)圖，促進(jìn)學(xué)生構(gòu)建系統(tǒng)知識(shí)結(jié)構(gòu)，鏈接更多的跨學(xué)科知識(shí)區(qū)塊，統(tǒng)整跨學(xué)科知識(shí)體系（如圖2所示）。

三、針對(duì)真實(shí)情境問(wèn)題開(kāi)展項(xiàng)目探究

基于測(cè)定能量真實(shí)情境的項(xiàng)目活動(dòng)的視角進(jìn)行跨學(xué)科實(shí)踐，對(duì)問(wèn)題解決具有驅(qū)動(dòng)力，對(duì)項(xiàng)目活動(dòng)具有自主性。在測(cè)定能量的項(xiàng)目活動(dòng)中，創(chuàng)新物理學(xué)中比熱容知識(shí)之量熱杯的使用，激發(fā)對(duì)生物學(xué)測(cè)量食物能量的思考。針對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)溫度計(jì)易觀察、數(shù)據(jù)難收集、熱量散失多、數(shù)據(jù)誤差大等問(wèn)題，通過(guò)模擬氧彈式熱量?jī)x測(cè)定能量，尋求科學(xué)對(duì)策解決測(cè)量能量的問(wèn)題，搭建測(cè)試模擬實(shí)驗(yàn)裝置讓學(xué)生真實(shí)參與，以實(shí)驗(yàn)裝置的制作及數(shù)據(jù)的收集、分析與處理等過(guò)程，展現(xiàn)學(xué)生的科學(xué)探究能力。從混合式教學(xué)的視角看，該活動(dòng)探究是不同學(xué)科知識(shí)的混合、不同學(xué)習(xí)方式的混合、不同平臺(tái)展示的混合等，充分呈現(xiàn)了項(xiàng)目活動(dòng)培育科學(xué)素養(yǎng)的綜合維度。

查閱魯科版教材中關(guān)于常見(jiàn)食物成分表，我們整理了花生和核桃這兩種堅(jiān)果的數(shù)據(jù)，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)將相應(yīng)的參數(shù)和測(cè)得的數(shù)據(jù)記錄到表格中（如表2）。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，提煉出以下問(wèn)題：（1）食部為去掉不可食用部分后所剩的可食部分，本實(shí)驗(yàn)是整顆果實(shí)進(jìn)行，未作食部處理，這是導(dǎo)致誤差出現(xiàn)的原因之一；（2）選用的廢棄后的奶粉罐制作比較簡(jiǎn)易，效果也很好，特別是認(rèn)為雙層結(jié)構(gòu)保溫效果足夠，但仍存在很大熱量的散失；（3）實(shí)驗(yàn)中對(duì)所選擇的食物未進(jìn)行多次測(cè)量取平均值，也會(huì)造成一定的誤差；（4）實(shí)驗(yàn)中所選用的實(shí)物種類(lèi)較少，未來(lái)課堂分組實(shí)驗(yàn)，可以做進(jìn)一步的探索，測(cè)定更多食物的能量。

四、營(yíng)造智慧技術(shù)氛圍拓寬評(píng)價(jià)范式

生物學(xué)教學(xué)中，要善于捕捉與其他學(xué)科相關(guān)聯(lián)的知識(shí)點(diǎn)，兼顧科學(xué)與合理的原則，借助技術(shù)創(chuàng)設(shè)符合中學(xué)生身心特點(diǎn)的學(xué)習(xí)情境和評(píng)價(jià)機(jī)制，以開(kāi)闊其視野。S省Z市初中生物學(xué)、物理、化學(xué)的綜合性評(píng)價(jià)包含紙筆考試終結(jié)性評(píng)價(jià)（45分、80分、55分）和實(shí)驗(yàn)技能操作評(píng)價(jià)（5分、10分、5分），最終再通過(guò)轉(zhuǎn)換以等級(jí)的形式呈現(xiàn)結(jié)果。未來(lái)評(píng)價(jià)則需要更多地融合動(dòng)手實(shí)踐的參與性評(píng)價(jià)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究和動(dòng)手參與，實(shí)現(xiàn)綜合素質(zhì)評(píng)價(jià)的程序科學(xué)、精準(zhǔn)，為師生減負(fù)提效。網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)和智能等技術(shù)的日趨成熟，增強(qiáng)了對(duì)學(xué)生評(píng)價(jià)的輔助，然而中高考的選拔性決定了區(qū)分度問(wèn)題，在融合紙筆終結(jié)性評(píng)價(jià)、實(shí)驗(yàn)探究性評(píng)價(jià)、動(dòng)手參與性評(píng)價(jià)中，建立基于學(xué)科原始分值計(jì)入權(quán)重后再加權(quán)平均的權(quán)重計(jì)分法，將更有助于呈現(xiàn)出學(xué)生的特長(zhǎng)學(xué)科優(yōu)勢(shì)。

審視從生物學(xué)測(cè)定食物中能量關(guān)聯(lián)物理學(xué)和化學(xué)知識(shí)的視角，跨學(xué)科實(shí)踐有利于統(tǒng)整更多的學(xué)科教學(xué)資源，并且應(yīng)用混合式教學(xué)，既兼顧線上與線下借助信息技術(shù)平臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)等媒介的模式，又可以混合不同學(xué)科的共振點(diǎn)、不同的方法同歸路，超越了單一學(xué)科范疇，有助于促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)。

[本文系山東省教育發(fā)展研究2022年度立項(xiàng)微課題“Phyphox賦能科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐應(yīng)用”（項(xiàng)目編號(hào)：FJ142）和山東省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2020年度立項(xiàng)課題“初中物理混合式教學(xué)生態(tài)區(qū)塊鏈研究”（項(xiàng)目編號(hào)：2020ZC074）階段性研究成果]

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梁 喆? ?山東省淄博市淄川第二中學(xué)。

李雪云? ?山東省淄博市淄川第二中學(xué)，高級(jí)教師。