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基于项目化学习的跨学科探究杨涛（宁波市曙光中学，浙江 宁波315042）摘要：数学是探索自然科学的重要工具，运用数学知识去解答跨学科的难题，可以让问题变得更加直观和简单。将数学融入其他自然科学的实验中，能帮助解读它们的本质。文章以一道数学中考题为切入点开展科学实验探究，在项目化学习思想下解决实际问题，培养学生跨学科研究能力。关键词：跨学科教学；跨学科思维；项目化学习一、跨学科项目化学习的教材设计思路探究义务教育数学课程标准（圆园圆圆年版）中指出，在义务教育阶段，数学语言主要表现为数据意识和数据观念，模型意识和模型观念、应用意识。学生能够有意识地运用数学语言与其他学科事物中的性质、关系和规律，逐步形成跨学科应用意识和实践能力，这就迫切需要在教学中引入跨学科主题教学，尤其是以数学的数据分析观念解决现实生活中的问题。在结合科学实验的跨学科项目化教学中需注意以下几点：一是要做调查研究，收集数据，通过分析判断，体会数据中蕴涵的信息；二是针对同样的数据，可以运用多种分析方法，需要根据问题的背景而选择合适的方法；三是要通过数据分析体验随机性；四是要清楚数据统计的关键是数据分析。与传统跨学科项目相比，面临的问题在类型、规模和难度上都有巨大不同，因此当前的跨学科研究呈现出一些新的态势和特点。其一，是学科跨度加大、数目增加、非学科类内容日益增多，方式日趋复杂，界限越来越不明晰；其二，科学研究中组织化程度提高了，通过这种组织，不同的学科和领域的教师自觉地开展合作性的科学研究，学科封闭越来越没有市场和发展空间；教学中，教师通过小组实验带领学生进行探究。从这个实验教学中，教师通过一道数学题，成功引导了学生从科学实验的角度探究植物光合作用的原理，并通过开展项目化学习验证了自己的猜想；同时，教师还结合了数据分析，开展跨学科教学。由此帮助学生提升跨学科思维，提高学生分析问题和解决问题的实践能力。二、跨学科项目化学习的教学目标探究根据课程标准，为着重培养学生跨学科核心素养，教师应制订相应的教学目标。在本项目中，学生通过初中科学中的实验研究解决一个真实的、有吸引力且复杂的问题。跨学科项目化学习是以学生为中心，基于真实问题情境，以知识建构、问题解决、成果呈现为目的。第一，通过科学实验，了解绿色植物的原料、产物以及实验条件，理解光合作用原理在农业生产方面的运用及发展趋势。第二，运用已掌握的知识做出实验假设，尝试控制实验变量，设计对照实验。引导学生记录、处理数据，培育学生的研究探索能力。第三，培养小组合作互动，创建良好的学习氛围，帮助学生树立对科学知识的探索精神。第四，学习科研人员探究大豆光合作用速率实验的方法，掌握科学的结论。第五，经过对两组数据的比较和计算方差得知：方差越大的那组大豆，光合作用速率更不稳定，波动也越厉害。帮助学生学会利用统计数据分析解决问题。三、跨学科项目化学习的教学过程探究（一）实验导入第一步，科学教师引入实验探究：天竺葵光合作用的实验探究。第二步，明确实验材料：天竺葵、暗箱、烧杯、酒精灯、铁架台、黑纸片、蒸馏水、酒精溶液、碘液等。第三步，出示课件：实验探究：绿色植物在光下制造有机物。第四步，提出疑问：绿色植物在光下能制造有机物吗？教师需引导学生进行合理猜想，强调“光下”这个先决条件。第五步，作出猜想：绿色植物是否只能在光下才能7课堂内外初中教研制造出有机物。（二）小组活动员援小组讨论，合作制订实验计划学生开展小组交流活动，形成实验思路。交流内容：针对假设猜想，是否需要对照实验；若需要对照实验，应该更改哪些条件等问题。在学生充分讨论后，对各个问题做出解答。第一步，确定问题。根据是否有光所做的对照实验中，以下哪一种方案更科学、合理？粤方案是选两盆绿色植物，然后各选一片叶子进行对照实验；月方案是选一盆绿色植物，然后随机择取两片叶子进行对照实验；悦方案是选一盆绿色植物，然后随机择取一片叶子的两部分进行对照实验。第二步，学生回答。假如学生最终选择了悦方案，那么他应进一步说明选择悦方案的依据。第三步，教师总结。教师应重点培养学生设计、改变单一变量的实验思路，帮助他们掌握单一变量的实验设计原理。在该实验中，“光”是实验的首要条件，悦方案中“一片叶子的两个部分”是变量最少的，因此选择悦方案。第四步，内容引申。教师可让学生猜想绿叶在光下制造的有机物可能是什么。圆援科学教师演示实验第一步，确定实验对象：淀粉（在实物投影仪下做实验，便于学生观察实验现象）。第二步，明确实验要求：用碘液滴到馒头上，观察馒头颜色的变化。第三步，教师总结：淀粉遇碘变蓝，由此得出，可以用这个方法验证淀粉的存在。第四步，小组讨论：盆栽天竺葵员号：先暗处理一昼夜，然后进行叶片遮光，随后光照数小时；盆栽天竺葵圆号：前提未经暗处理，进行叶片遮光，随后光照几小时；盆栽天竺葵猿号：实验期间一直放在暗处。第五步，学生思考：第一，应选用哪一盆天竺葵作为科学实验材料；第二，在天竺葵上有遮光和未遮光的叶片，其中，同时正反两面都被遮住一部分的叶片与只用黑纸片遮住表皮的叶片相比，应选取哪一类叶片来做实验；第三，简述选取的理由；第四，是否可以在刚摘下的叶片上滴加碘液来观察叶色的变化援待科学教师演示完实验，学生即可开展合作，然后小组派代表进行跨组交流，最后由科学教师帮助各组完善实验活动的流程及内容，完成实验后各小组派代表汇报实验结果。3援分析原因第一，“为什么实验要加热，进而溶解叶绿素”？第二，“清水和酒精，哪个更溶解叶绿素”？第三，“使用酒精，为什么要隔水加热”？第四，“实验过程中，绿色植物制造产生的有机物是什么”？第五，“实验过程中，为什么用黑纸片把叶片的一部分两面都遮起来”？4援总结归纳第一，回顾实验全过程，总结实验步骤。第一步是对正常植株暗处理；第二步是将叶片一半曝光一半遮光；第三步是在光下再培养一段时间；第四步是酒精加热脱色；第五步是用碘液处理脱色后的叶片；第六步是观察叶片颜色的变化。第二，得出实验结果。通过实验得知，曝光的叶片经过碘液处理后会变成蓝色，而遮光的叶片经过碘液处理后不会变蓝。第三，分析实验现象。实验过程中滴碘变蓝区域有淀粉；实验过程中滴碘不变蓝区域没有淀粉；实验过程中变蓝区域接受了光照；实验过程中不变蓝区域没有接受光照。于是学生得出实验结论：绿叶可在光下形成淀粉。初中科学是一门融合生物、化学、物理等多门课程的精密型综合理科。在项目化推进科学教学以及解决科学实验核心概念、核心内容、核心思想、核心能力等关键问题的过程中，不可避免地需要进行跨学科设计、讨论、融合、提炼、迁移。在制定天竺葵光合作用的实验计划中，创设一个真实情境，让学生切身体会到光合作用的数据收集、处理及变量设定，利用数学跨学科的方差理念与知识进行深度融合的教学活动，解决实际问题，提升学生创新、逻辑思维的高度，有效激发学生科学探究的兴趣，打破学科之间的壁垒，与学生的真实生活建立更好的联系。四、跨学科项目化学习的教学设计案例义务教育数学课程标准（2022年版）中指出，要建立应用意识。应用意识就是有意识地运用数学的概念、原理、方法去解释现实世界方法和规律，解决现实世界的问题。通过跨学科主题项目化学习建立不同学科之间的联系。在此结合大豆光合作用实验引入。以天竺葵的光合作用实验为基础，结合大豆光合作用速率结论，来解决一道中考数学真题，从而开展跨学科项目化学习研究，使得课程标准实验核心素养得到发展。8参考文献：咱员暂许清泉援 核心素养视域下的初中数学项目式学习策略咱允暂援 华夏教师袁圆园圆圆渊员缘冤院猿苑原猿怨援咱圆暂滕平援 义务教育新课程实施的学校视角院项目化学习融入国家课程的学校课改实践咱允暂援 上海教育科研袁圆园圆圆渊园源冤院员苑原圆圆援咱猿暂崔春华援 让跨学科项目化学习真正野跨冶起来咱允暂援 教育视界袁圆园圆圆渊圆圆冤院远怨原苑猿援渊责任编辑院向志莉冤【圆园圆圆年山西省中考数学真题】生物学研究表明，植物光合作用速率越高，单位时间内合成的有机物越多。为了解甲、乙两个品种大豆的光合作用速率，科研人员从甲、乙两个品种的大豆中各选五株，在同等实验条件下，测量它们的光合作用速率（单位：怎皂燥造皂原圆泽原员），结果统计见表1，则两个大豆品种中光合作用速率更稳定的是赃赃赃赃赃赃赃（填“甲”或“乙”）。表1甲、乙品种大豆光合作用速率统计表品种第一株第二株第三株第四株第五株平均数甲323025182025乙282526242225（一）问题探究问题员：探究两组大豆的光合作用速率快慢是通过什么统计数据来反应的？学生回答：先观察各组数据，然后计算光合作用速率的平均数，平均数越大，速率越快；平均数越小，速率越慢。这一题中，已经给出两组速率的平均数相等，因此不需要再去计算平均数。问题圆：在两组光合速率平均数相等的情况下，哪一组光合作用速率更加稳定？学生回答：对比两组数据，通过比较平均数，计算方差，方差越大的那一组，大豆光合作用的速率越不稳定。（二）真题计算第一步，学生小组各自进行计算，由各小组组长对计算结果进行展示并相互点评。第二步，教师展示正确解答：甲组的方差为：杂圆甲越15（猿圆原圆缘）圆垣（猿园原圆缘）圆垣（圆缘原圆缘）圆垣（员愿原圆缘）圆垣（圆园原圆缘）圆越圆怨援远乙组的方差为：杂圆乙越15（圆愿原圆缘）圆垣（圆缘原圆缘）圆垣（圆远原圆缘）圆垣（圆源原圆缘）圆垣（圆圆原圆缘）圆越源疫 圆怨援远跃源亦两个大豆品种中光合作用速率更加稳定的是乙，故答案为：乙。（三）题后讨论学生员：方差公式比较复杂，在计算的时候容易出错，尤其容易忘记将各组数据与平均数之差进行平方。学生圆：有的人忘记除以灶。学生猿：有的人在写的过程中方差符号杂圆右上角的平方漏掉了。学生源：有的人只会计算方差，但并不理解方差的意义，不知道方差越大，数据波动越小。学生缘：有人记反了，以为方差越大，数据波动越大。学生远：方差要结合平均数一起看，比如一个人数学成绩一直都在园分到员园分波动，但另一个人的分数在猿园分到怨园分之间波动。很显然，第一个人方差较小，成绩稳定；第二个人方差较大，成绩不稳定，但其成绩更好。因此，讨论方差之前，应先看平均数。（四）小组活动中的教学总结本节教学设计是以“方差和标准差教学与科学实验相结合”为基础进行的一次探索。最初设计雏形来源于圆园圆圆年山西省中考数学真题，结合科学实验中植物的光合作用教学内容，从提升学生动手实验、探究实验原理、收集数据、总结结论、理解问题背景、解决数学问题及开展项目化学习等内容作为跨学科教学的切入点，从而培养学生的动手实验能力、解决问题能力，以及锻炼学生在特定情境下运用“核心概念”的能力。这个项目化学习设计过程中，对教学环节的逻辑和衔接考虑得较为充分，所以整体跨学科教学实施情况较为顺利。跨学科素养呼唤跨学科的教学与设计，跨学科教学衍生出跨学科中考题其中一项评价标准。在跨学科项目化学习的设计、组织、指导、实践上，需要让学生经历真实、多元的跨学科问题情境，科学实验，收集数据，经过激烈的酝酿、比对、讨论、筛选、体验、修正、完善、选择、实践、归纳、反思、分析等学习过程，实现真正意义上的跨学科项目化学习。9