跨学科的项目式理科教学

跨学科的项目式理科教学

蔡骘

广东实验中学 广东  510375

摘要：项目式理科教学中，教师将跨学科思维融入其中能够促使教学的内容更加具有深度，更能够培养学生的学科思维，能够从多角度分析问题解决问题。本文以“化学反应与电能”“电路及其运用”相关知识为基础，从物理学、化学的角度讨论跨学科的项目式理科教学，希望能够为项目式理科教学提供相应的教学经验。

关键词：跨学科；项目式；理科教学

指向拔尖创新人才培养的stem课程是融合科学、技术、工程和数学教育四门课程，意在培养学生的科学素养、技术素养、工程素养、数学素养。在我国中学的常规课堂上，跨学科的理科教学正是这一课程内涵的应用。项目学习是国际公认的指向核心素养培养、问题解决能力发展的学习方式[1]。在理科教学中，教师要积极利用项目学习的方式展开教学，培养学生的探究思维和自主学习能力。在项目式理科教学中，融入跨学科的思维怎能够让教学的内容更加具有深度，对于学生学科思维的培养更加具有价值意义，能够让学生从跨学科的角度进行问题的分析。基于此，本文对跨学科的项目式理科教学展开了讨论。

一、项目内容设定

研究项目内容的确定是跨学科的项目式理科教学的基础和前提。项目的质量直接影响学生在项目活动中的参与程度，也将影响学生对项目所承载的核心知识的掌握情况[2]。教师只有选定适合学生核心素养培养的项目内容，项目式理科教学才能展开。在跨学科的项目式理科教学中，项目内容设定的关键在于“跨学科”，教师需要从跨学科的角度来设计研究内容。跨学科主要指的是两个及两个以上的学科内容。在项目式理科教学中，教师需要从两个及两个以上的学科角度来进行教学内容的确定，设计项目式的教学。跨学科学习内容的选取可以是将同一学段不同学科原本交叉或不交叉的知识点进行整合[3]。在具体的项目教学中，教师要引导学生利用跨学科的知识进行分析思考，确保项目的推进。

比如在人教版化学选择性必修1“化学反应与电能”和人教版物理必修3“电路及其运用”的教学中，二者能够进行有效结合，引导学生通过初中所学信息技术的excel技术处理数据，培养计算思维素养。在“化学反应与电能”教学中，涉及到电能的相关知识内容。学生可以利用电压表来进行测量，判断电流大小。在此次项目研究中，主要是利用水果电池作为基本的研究对象，在物理必修3“电路及其运用”也有所体现。因此，在项目的研究内容上实现了化学学科、物理学科与信息技术的学科交叉，有效构建跨学科的项目式理科教学。

二、项目教学目标

跨学科项目式教学的初衷是对真实情景问题的分析和解决，应用的知识没有学科的限定，使学生打破思维定式，充分运用不同学科知识和技能，有效融合，开展探究学习[4]。在跨学科的项目式教学中，教师必须设计明确的教学目标，基于学生的学习风格和学习基础，按照各学科核心素养的培养要求设计，并体现出一定的层次性。

在以人教版化学选择性必修1“化学反应与电能”和人教版物理必修3“电路及其运用”为基础内容进行教学中，教师可以从以下方面来跨学科的项目式理科教学目标。

1.学生能够通过Zn－Cu单液原电池复习原电池工作原理，逐步培养宏观辨识与微观探析、建立模型和模型认知的素养。

2.学生能够正确地使用仪器测量电压、电流。利用收集来的数据展开物理实验分析，帮助学生逐渐形成科学探究、计算思维的素养。

3.设计高电动势的双液原电池，帮助学生形成科学探究与创新意识的素养；在学以致用中体会科学态度与社会责任。

三、项目教学任务

跨学科的项目式理科教学实施的关键在于项目活动的构建和项目任务的设置。在项目式理科教学下，教师必须要从跨学科的视角出发进行实验项目的设计和任务的安排。教学任务设定的难度要适中，适合学生的学习基础和现状，激发学生学习的主动性和积极性。同时，教学任务的设定要体现出一定的层次性，要满足不同学生学习发展的需求。除此以外，教师必须要发挥好引导性的作用，引导学生对项目的任务内容展开探讨学习，要激励学生围绕项目任务展开合作思考，培养学生的跨学科思维。项目教学任务设定必须要立足于学生现有的知识结构和能力，确保学生能够积极主动的参与。

在人教版化学选择性必修1“化学反应与电能”和人教版物理必修3“电路及其运用”的跨学科的项目式理科教学中，教师引出的总任务是设计高电动势的双液原电池，分任务如下：

任务一，教师引导学生复习Zn－Cu单液原电池探讨原电池工作原理。教师演示实验，向学生播放有关化学电源的相关视频，让学生展开讨论。

任务二，教师引导学生测量Zn－Cu单液原电池的电压和电流，讨论其缺点，提出问题，如何设计高电动势的双液原电池。

任务三，教师引导学生实验设计Zn－Cu双液原电池，组织学生开展相应的实验，并测量Zn-Cu双液原电池的电动势能。分析双液原电池的工作原理，书写相应的电极反应方程式。在讨论中总结化学电源的反应原理，如何制作原电池。

任务四，教师引导学生测量原电池电动势的实验方式来探究原电池电动势的影响因素，并根据结论设计高电动势原电池。

四、项目教学过程

在项目内容、目标、任务确定以后，教师要引导学生开展项目实验。在项目实验中，关键在于让学生能够遵循一定的项目过程展开行动。项目式学习强调学习者的主体性和自主性,学习内容的向心性和真实性,学习过程的问题性和发展性,学习形式的合作性和多样性,尤其重视学生自主建构项目问题解决逻辑[5]。在跨学科的项目式理科教学中，教师要围绕设定好的项目任务来开展教学，将涉及到的学科内容同项目任务进行有效的融合。

在人教版化学选择性必修1“化学反应与电能”和人教版物理必修3“电路及其运用”的跨学科的项目式理科教学中，教师根据设计的四个项目任务来展开项目教学。任务一和任务二较为简单，教师不对此进行具体的阐述，而是采取将其融入到项目三和项目四中去混合展开。在此次的教学流程中，其主要围绕“引导学生测量原电池电动势的实验方式来探究原电池电动势的影响因素”。具体的教学流程主要分为以为内容。

（一）测量Zn－Cu原电池的电动势

实验器材：滑动变阻器、额定电阻、导线、电表、电阻箱若干。

问题提问：在前面的学习中，同学们发现日常生活中的水果竟然能够发电，让小电动机转动起来。同学们认识到利用水果可以搭建属于自己简单的原电池。经过对课本的学习，已经对原电池的基本原理已经掌握。但是，我们制作的原电池只能够进行短暂的利用，电力效能不足。那我们如何判断原电池的效能高不高呢？

学生讨论：可以通过判定原电池电动势能的大小进行判断。

问题提问：电动势能的大小判断如何展开呢？为什么电动势能越大，效能就越高呢？

学生讨论：电动势能就是原电池的电力能力。在使用同一型号的电器中，电源电动势能越大，其通过的电流也就越大，功率也就会越大，时长更长。

教师引导：同学们已经提出了利用电动势能的大小来判定原电池的电力效能。可是我们如何去测量电动势能呢。同学们已经学习了物理学的相关知识内容，是否可以利用物理知识来展开研究。比如，是否可以利用电表来展开实验，测量原电池的电动势能呢？

学生讨论：利用U=-Ir+E。学生利用电压表对其展开相应的测量。将测量的结果以数据图的形式加以呈现出来。学生通过对数据图的观察发现，具有一定的线性关系。学生可以利用线性方程ｙ＝ｋｘ＋ｂ来进行判断电动势能。b就是我们所需要测量 原电池的电动势。在教师的引导下，学生展开相应的思考，根据老师提供的实验思路来展开实验。

在实验中，教师发现电流表没有发生明显的变动。教师基于此向学生提出问题。

学生讨论：电流表没有发生变动原因在于电流过小。

问题提问：教师向学生提出问题，让同学猜测什么原因导致电流过小。

学生讨论：学生通过查阅相应的资料，提出假设原电池的内阻过大导致。

问题提问：教师根据学生的假设提出问题，如何改进设计才能够测量出电流

学生在教师的指导下提出，可以使用电阻箱来代替小电阻容量的滑动变阻器。学生根据电阻箱与额定电阻的电压来计算中电路中的电流。在教师的指导下学生改善了其设计思路，通过改变外界电阻的方式来调整电阻的大小，估计原电池内阻的数量大小。在上述基础上，调整外接电阻的阻值。通过收集相应的电压数据对其展开分析，根据相应的计算公式来判断电流。

问题提问：同学们根据我的提示展开了相应的研究，得出来若干组的电压、电流数据。在物理课堂的学习中，我们可以利用方格纸以Ｉ／Ａ 和Ｕ／Ｖ 作为横、纵坐标描点画图。除此以外，同学们能否采用其他的方式来进行数据统计。

学生讨论：学生提出可以利用excel进行数据分析。

教师引导：在PPT上演示excel的基本操作方法，让学生进行学习，让学生掌握基本的统计方法。

小组活动：在学生对excel统计方法有着基本的认识以后，将收集到的数据展开相应的分析，统计原电池的电动势。在小组活动中，教师要求学生以小组合作的形式来展开分析。以某一小组为例，利用excel进行线性处理，最终得到如下线性方程。y=-543359x+0.9539。与U=-Ir+E其进行对比，其最后可以得出E为0.9539v。

（二）设计高电动势原电池

在进行高电动势原电池的研究中，需要准备如下仪器和药品。

Cu片、Zn片、盐桥、CuSO4溶液、ZnSO4溶液、ZnCl2溶液、烧杯、额定电阻、电阻箱、导线、电表等相关内容。

问题提问：同学们通过上述研究已经对原电池的电动势测量有着基本的方法。既然同学们能够进行测量，那么如何提高电动势能。同学们可以从原电池的构成成分展开思考。

学生讨论：电解质的溶液、原电池的电极可能提高电动势能。

教师引导：学生根据教师的引导展开思考。假设电解质的溶液对电动势有着影响，那么我们如何根据上述影响因素展开研究思考。

小组活动：教师组织学生根据相应的假设展开讨论，围绕电解质溶液浓度、电极的种类、电解质溶液的种类来展开相应的研究。在研究中，教师要发挥指导性的作用，引导学生展开思考。教师要以小组的方式展开进行，阐述自己的实验方法与思路。以小组讨论汇报的形式加以展开。

以某一小组活动为例，学生自己设计实验方案，展开讨论。该组学生主要讨论的是电解质溶液浓度对原电池电动势的影响。学生根据任务三的思路，对Cu电极所处的电解质溶液浓度进行变更，其他影响因素不变。学生利用电表对其展开相应的测量，最终发现原电池的电动势会增加。

教师总结：学生们能够基于控制变量的方法来设计实验，寻找影响因素。

在教师的指导下，学生自主结成小组展开讨论研究。不同的小组选择不同的影响因素展开变量控制，围绕其展开研究。在学生研究结束后，让学生根据在课堂上所掌握的excel统计方法来进行相应的数据统计分析。教师组织各个小组展开成果展示。

成果展示：具体的实验结果如下。

E1=0.9958v>E0，电解质溶液浓度越大，则电动势越大。E2=0.6199v0，金属电极金属性质相差越大，则电动势越大。E3=1.0768v>E0，电解质溶液中粒子浓度越大，则电动势越大。

小组活动：在实验结束后，让不同的小组对其实验结果和流程进行相应的讨论和汇报。以某一小组的讨论为案例进行解说。该小组主要讨论的是电解质溶液浓度对原电池电动势的影响。

该小组的具体汇报内容如下：该小组将Cu电极的电解质溶液进行相应的替换，在替换以后利用电流表对其展开相应的电流测量。通过相应的数据分析，最终可以得到线性方程为y=-429100x+0.9958。得出E1=0.9958v。通过相应的数据分析和论证，可以得出其预测影响因素具有正确性。

学生通过自己的研究，最终判断出原电池电势能的影响因素主要是电解质溶液、金属电极金属性质、电解质溶液中粒子浓度等因素。学生可以基于上述影响因素来设计原电池，提高原电池电势能。

五、项目教学反思

在此次的跨学科的项目式理科教学中，教学的内容涉及到化学、物理、信息学等相关的基础知识内容，实现了学科上的融合。对于培养学生的跨学科思维具有极大的价值意义，能够促使学生全面有效的发展。在此次的跨学科的项目式理科教学中，主要是在教师的引导下，通过项目探究的方式来加以展开。学生自由组合，在教师的下设计实验方案，利用化学和物理学的知识展开探讨。在此次项目式的理科教学下，学生的自主学习能力得到了有效地提高，能够独立自主地展开设计，研究新的学习能力。但是，在此次跨学科的项目式理科教学中依然存在一定的不足之处。比如，在此次跨学科的项目式理科教学中，学生对于相应的基础知识不够牢固。尤其是涉及到部分物理学相关知识的时候，学生缺乏相应的敏感性，没有能够从物理学的层面展开思考讨论。对于基础的物理学电压、电流知识缺乏整体性的框架，需要教师的指导才能够利用物理知识进行分析。除此以外，在项目式理科教学中，学生缺乏相应的跨学科思维，依然单纯地从化学学科进行分析。同时，在具体的项目实验研究中，学生对于如何开展研究缺乏明确的设计思路和方案。在教师的严密指导下学生才能够展开探究和思考。在未来的跨学科的项目式理科教学中，教师要加以注意，注重对学生的跨学科思维进行培养，要引导学生设计出完整的设计方案。

六、总结

在跨学科的项目式理科教学中，教师必须要积极引导学生具有一定的跨学科思维。不能够单纯地从某一学科的角度来进行问题的研究和探讨。在具体的项目式设计中，教师要发挥引导性的作用，组织学生围绕项目任务开展研究讨论，培养学生跨学科思维，促使学生全面发展。

参考文献

[1]王兴芳.基于科学史开展跨学科项目学习的实践研究——以九年级化学微项目“空气中氧气含量测定”为例[J].新课程教学(电子版).2023(07):16-19.

[2]邓海英,张智.核心素养视域下的初中化学跨学科项目式学习的设计与实施——以“模拟自来水厂净水器的制作”为例[J].广西教育.2023,No.1261(01):51-54.

[3]黄满霞,秦晋,杨燕等.核心素养导向下的“跨学科-项目式”教学设计——以“我帮稻农选好种”为例[J].化学教学.2020,No.403(10):50-55.

[4]白晓歌.基于创新素养培育的普通高中跨学科项目式教学模式的实践探索[J].现代教育.2022,No.728(03):27-31.

[5]李情义,何彩霞.以“设计”为核心的项目教学实践[J].化学教学.2018(09):42-46.

[6]管华东,武战雪,彭信文,叶婉,钟鸣,姜建文.高中“化学反应与电能”跨学科项目式教学——探究原电池电动势的影响因素[J].化学教育(中英文).2022,43(23):22-27.