《义务教育物理课程标准（2022年版）》（以下简称“课标”）新增了“跨学科实践”一级主题课程内容，涵盖物理学与日常生活、工程实践和社会发展三个方面。项目式学习具有综合性和实践性的特点，是跨学科教学的有效方式之一。与传统学科教学相比，教师借助信息技术开展跨学科项目式学习活动，资源更丰富，协作更便利。教师利用智慧教育平台整合教学资源可帮助学生深入地了解和探究跨学科主题。学生借助在线协作工具进行沟通和合作，有利于全面发展。笔者结合课标的具体要求与教学活动建议，设计并实施了以“汽车发动机中的能量利用”为主题的跨学科项目式学习活动。笔者以热机的工作过程、热机效率等知识为载体，融合物理、化学、历史等学科课程资源，引导学生在任务驱动下参与跨学科实践活动，旨在引导学生对热机相关内容建立系统的认知，学会从跨学科视角综合分析并解决实际问题，体会人类生存与发展面临的环境、能源等方面的危机与挑战，从而增强他们的社会责任感和可持续发展意识。
一、跨学科与项目式学习高度契合
跨学科实践具有综合性、实践性和生成性，切合物理学科核心素养发展的目标诉求，回应物理课程育人导向的价值关切，在初中物理教学中具有重要价值。项目式学习是以建构主义理论为指导，以小组合作方式进行规划并解决实际问题的学习方式。项目式学习活动是课程改革的重要载体。跨学科学习和项目式学习本质上都是对固化知识逻辑的挑战，都需要学生围绕真实问题进行探索。
物理跨学科实践既要立足物理课程内容，又要跨出物理学科。教师开展物理跨学科项目式学习活动，要紧密结合物理教学内容，引导学生在解决真实问题的过程中提升物理核心素养，激发学生的求知欲和学习热情。设计跨学科项目式学习活动包括选定主题、梳理学科内容、确定目标、设计任务和建立评价体系等环节（如图1）。教师需要依据课标提供的跨学科主题及教材中蕴含的跨学科元素，或结合教学实际将教学活动与学校的相关主题活动进行结合，如科技节、科普活动等，选定合适的主题。此外，教师也可以将学生自主发现的问题作为主题，因为真实情境中产生的问题往往需要跨学科的知识进行解决。在实施过程中，教师创设问题情境，提出驱动性问题，设置分阶段任务，引导学生在任务驱动下逐步深入探索，实现知识的整合与应用。
图1 跨学科项目式学习活动设计流程
二、借助技术开展跨学科项目式学习活动的策略
信息技术为教师提供了强大的教学支持。教师可以利用多种教学平台和工具开展教学设计、资源管理、成果展示等活动，有助于提升教学效果，激发学生的参与热情。
（一）利用智慧教学平台引导学生参与项目探究活动
借助智慧教育平台，教师可以上传与教学内容相契合的学习资源，如网络上的视频资源、文献资料等。利用网络特有的通信快、资源多等优点，开展线上线下融合的项目教学，有利于学生迅速融入项目情境之中。对于本案例，教师应用国家中小学智慧教育平台整合教学资源开展教学。国家中小学智慧教育平台是教育部为推动基础教育现代化而建设的在线教育平台。在“双减”政策深入实施和推进基础教育高质量发展的背景下，教师利用该平台能够共享优质教育资源。平台汇聚丰富教学资源，包括专题教育、课程教学、课后服务、教师研修、家庭教育和教改经验等板块。在开展跨学科项目教学时，教师可以充分利用该平台内置的资源，并结合教学内容进行补充、完善。
（二）运用数字工具增强课堂互动，深化学生对知识的理解
教师运用数字工具能够模拟真实世界中的复杂情境，如本案例中应用NOBOOK虚拟实验平台演示汽油机的四个冲程，为学生提供了互动性强、易于操作的虚拟实验环境。这不仅有助于学生深入理解抽象概念，而且能够增强课堂的互动性，提高学生的实践能力。
（三）借助平台进行交流和展示
在跨学科项目式学习活动中，学生借助网络平台进行协作和展示，有助于提高沟通能力，培养团队合作精神。在本案例中，学生使用“语雀”平台分组交流协作，借助“腾讯会议系统”进行成果展示。“语雀”平台具有强大的文档编辑、知识管理和团队协作功能，能为学生提供交流思想、共享资料和协作编辑文档的空间。利用这类平台，学生可以构建个人或小组的知识库，促进知识的积累和共享。同时，学生利用相关平台进行项目成果的展示和分享，便于向同伴、教师展示成果。
三、跨学科主题活动的设计与实践
教师结合课标中关于跨学科实践的建议，以热机的知识为载体，融合多学科知识，以“汽车发动机中的能量利用”为主题开展跨学科项目式学习活动。本项目包含5项连续的活动（如图2）。
图2 教学流程
（一）项目主题及内容分析
课标要求学生能尝试分析能源的开发与利用对社会发展的影响，了解我国的科技成就。热机在生活中广泛应用，从发展脉络上看，从蒸汽机到内燃机，再到发射火箭用的喷气发动机，热机的发明和改进极大促进了工业发展，这一发展历程涉及能源的利用与转化的问题。项目涉及跨学科内容如下（见表1）。
表1 跨学科项目式学习内容分析
（二）教学目标
1. 了解汽车发展历程，知道内能对人类社会的价值，体会科技对人类和社会发展的推动作用。
2. 认识热机的应用，了解汽油机和柴油机的结构及工作过程，从能量角度认识热值和热机效率。
3. 从经济与环保角度对热机如何影响环境进行分析，培养科学论证能力和保护环境的意识。
4. 参与查阅资料、撰写调查报告、辩论等活动，具有搜集和处理信息的能力，同时在协作和交流过程中提升合作和沟通表达能力。
（三）教学过程
为了引导学生探究，教师设置了以下任务。
【任务一】了解热机的发展历史和应用
活动1：教师在活动开始前引导学生搜集并整合相关资源，如与蒸汽机的发明、热机的发展历史相关的微课视频、文献资料等，将其上传到国家中小学智慧教育平台，为学生提供信息支持。
活动2：课前，教师将学生分成若干小组，引导学生围绕“热机在生活中的应用及影响”搜集资料，利用平台工具及“语雀”进行头脑风暴，交流讨论，汇总资料，形成思维导图或文稿等材料，为后续学习做准备。教师结合学生线上交流讨论情况提出驱动性问题：
1. 热机的发展对现代社会有哪些影响？
2. 热机在生活中的应用有哪些？
3. 热机产生动力的原因是什么？
4. 热机的内部结构及工作流程是怎样的？
5. 发动机尾气成分是什么？对环境有什么影响？
6. 新能源汽车和燃油汽车哪种更环保？
设计意图：以热机在生活中的应用这一真实情境切入话题，将学科知识与生活实际相联系，调动学生学习的积极性。引导学生了解汽车的发展历史，分析第一次工业革命的社会影响及意义。基于学生头脑风暴提出驱动性问题，将项目进行拆解，推进项目式学习活动。同时引导学生自主学习和思考，培养对信息的提取与分析能力。
【任务二】认识热机的结构和工作过程
活动1：教师演示实验，在试管内装入一些水，用橡胶塞塞住管口，用酒精灯加热使水沸腾（保证足够的安全距离）。以此引导学生观察管口橡胶塞的状态及试管中的变化情况，引导学生分析实验过程中能量转化情况。
活动2：教师借助多媒体设备展示内燃机剖面图，应用NOBOOK虚拟实验室中的汽油机四冲程的演示动画，讲解热机的概念、内燃机的结构及工作过程。对比分析内燃机与蒸汽机的不同，比较柴油机和汽油机的区别。
设计意图：让学生观察实验现象，启发学生从能量视角认识热机工作原理，并借助信息技术加深其对热机结构及工作过程的理解。
【任务三】绘制热机燃料的能量走向图
活动1：教师以课堂讨论的方式引导学生认识燃料，理解内燃机的能量来源。教师让学生讨论并列举不同的燃料，引导学生理解燃烧过程中的能量转化，分析数据，了解不同燃料燃烧释放热能的差异，比较常见燃料的热值。引导学生分析燃料的使用效率，使用“语雀”的协作制图功能绘制热机燃料的能量走向图，认识热机效率。
活动2：教师引导学生讨论热机工作会对周围环境产生哪些影响，如何在保证热机为人类生活带来积极效益的同时减少其对环境的危害。学生分组讨论，分析尾气的成分及其产生的原因，从大气环境、自然环境、人体及周围植物等多角度分析发动机尾气对周围环境的影响。探讨如何处理尾气，设计简易的尾气处理装置。提出减少发动机对环境危害的具体方案。
设计意图：引导学生建立热值的概念，培养学生运用物理知识解决实际问题的能力。同时，指导学生绘制热机的能量走向图，并探索节能减排的方法，使学生辩证地看待问题，提高学生运用跨学科知识解决实际问题的能力。
【任务四】探讨新能源汽车和燃油汽车哪种更环保
活动1：教师引导学生参考国家中小学智慧教育平台、学习强国App等线上资源，搜集新能源汽车的相关资料。组织学生撰写“新能源汽车的发展概况”报告，报告内容包含新能源汽车的分类及特点、发展历程、核心技术及面临的挑战等，让学生利用在线协作工具进行数据可视化分析，完善调查报告。学生分组展示，教师鼓励学生小组之间进行交流与讨论。
活动2：教师组织学生分为正反两方辩论小组，以“新能源汽车和燃油汽车哪种更环保”为主题进行辩论。学生在辩论过程中对自己和他人的观点加以评价。
设计意图：让学生撰写调查报告，提升其利用信息技术资源平台整合知识的能力。学生参与辩论，增强合作意识，提高推理与表达能力。
【任务五】展示汇报学习成果
活动：教师引导学生总结参与本项目式学习活动有哪些收获并分享。学生组间交流、讨论，将学习内容及收获以笔记、思维导图等方式进行总结，每组选派一名代表进行汇报。教师对学生的分享汇报进行点评。
设计意图：引导学生对项目式学习活动进行总结，培养学生整合信息及交流表达的能力。
（四）项目评价
跨学科主题学习旨在以跨学科视角深化学生对知识的理解和应用，其评价既要立足于学科又要高于学科。项目式学习是以学生为中心，在解决真实问题的过程中培养学生的综合能力的学习模式。教师既要关注最终的成果展示，又要关注整个项目活动过程中学生的表现和发展。教师对跨学科项目式学习活动进行评价时，要采用多元化的评价机制，将过程性评价和终结性评价相结合。本案例采用学生自我评价、组内评价和教师评价相结合的方式进行综合评价，学习活动评价表如下（见表2）。
表2 项目式学习活动教学评价
教师开展跨学科项目式学习活动，能有效提升学生的多门学科素养和通识性知识能力素养。具体来说，通识性素养包括沟通能力、信息素养、团队合作和批判性思维等。此外，在开展跨学科主题学习活动时，教师既要关注化学、生物学等与物理同类的自然科学类学科，又要关注地理、历史等人文社会科学类学科，指导学生融会贯通，全面提升素养。应用信息技术开展跨学科教学，能够进一步增强学生学习体验，激发学生的创新思维，提高学生解决复杂问题的能力。随着信息技术的发展，教师将有更多的机会借助虚拟现实、增强现实和人工智能等前沿技术，为学生提供沉浸式和个性化的学习体验，培养更具创新精神和社会责任感的高素质复合型人才，为社会的进步和发展贡献力量。
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