邢曉明 董素君 劉小榮

（北京市三帆中學(xué), 北京 100088）

一、教學(xué)背景

不同學(xué)科的知識目標(biāo)不盡相同，但是其核心素養(yǎng)的要求具有共通性。因此，文章以關(guān)鍵能力和必備品格的素養(yǎng)要求作為教學(xué)目標(biāo)，并針對這些目標(biāo)，設(shè)計(jì)調(diào)查研究、實(shí)驗(yàn)探究和動(dòng)手制作等活動(dòng)，提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。

教學(xué)主題和教學(xué)內(nèi)容的選擇，要基于各個(gè)學(xué)科的知識和技能，不脫離國家課程。在此基礎(chǔ)上，選擇三個(gè)學(xué)科的共通概念，該概念具有綜合性且與生活實(shí)踐緊密聯(lián)系。水這個(gè)概念在三個(gè)學(xué)科的課標(biāo)中均有涉及：生物學(xué)科要求掌握生物圈水循環(huán)和植物對水循環(huán)的作用，地理學(xué)科要求掌握降水、河流、水旱災(zāi)害、水資源狀況，化學(xué)學(xué)科要求掌握水資源狀況和水的凈化原理。而這些知識之間具有緊密聯(lián)系，例如，植物涵養(yǎng)水源等作用可以緩解水旱災(zāi)害，化學(xué)學(xué)科和地理學(xué)科都要求掌握水資源狀況。通過分析，本設(shè)計(jì)確定將三個(gè)學(xué)科緊密聯(lián)系在一起的“水旱災(zāi)害”和“水資源”作為主題教學(xué)的核心概念（見圖1）。

圖1 “水與生活”主題核心概念

從學(xué)情分析，學(xué)生已經(jīng)具備與水相關(guān)的單學(xué)科概念，如暴雨、洪澇、蒸騰作用等，也掌握了使用地圖等工具和實(shí)驗(yàn)探究的基本技能。但是學(xué)生對于如何減輕水旱災(zāi)害和如何利用水資源缺乏整體的認(rèn)識，在面臨生活中真實(shí)問題時(shí)，難以調(diào)用系統(tǒng)的知識進(jìn)行解決。因此，學(xué)生需要借助跨學(xué)科教學(xué)形成更完善的知識體系、提升真實(shí)問題的解決能力。

二、教學(xué)目標(biāo)

通過跨學(xué)科學(xué)習(xí)，認(rèn)識到水既是資源也會(huì)帶來災(zāi)害；通過實(shí)踐，了解減輕災(zāi)害的科學(xué)原理和提高水資源利用率的工程技術(shù)手段；建構(gòu)水的知識體系，形成上位概念，建立人水協(xié)調(diào)的價(jià)值觀念；通過展開調(diào)查研究、實(shí)驗(yàn)探究、動(dòng)手實(shí)踐、展示匯報(bào)，提升綜合科學(xué)思維、科學(xué)探究實(shí)踐能力；通過針對校園和周邊社區(qū)的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)問題并思考解決辦法，以此提升公民意識和社會(huì)責(zé)任感。

三、教學(xué)流程

跨學(xué)科教學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)施的一般思路是：第一，結(jié)合核心素養(yǎng)和教學(xué)內(nèi)容，確定教學(xué)目標(biāo)；第二，根據(jù)學(xué)情和學(xué)生興趣，選擇真實(shí)問題和情境；第三，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，提出驅(qū)動(dòng)性問題；第四，根據(jù)教學(xué)目標(biāo)和驅(qū)動(dòng)性問題，設(shè)計(jì)并開展學(xué)生實(shí)踐活動(dòng)（見圖2）。

圖2 教學(xué)流程

四、教學(xué)內(nèi)容

1.水與生活——與水相關(guān)的災(zāi)害

生活離不開水，水是我們的生命之源，但是水太多或水太少又給我們的生活帶來災(zāi)害。教師向?qū)W生提問：“你知道哪些與水相關(guān)的災(zāi)害？你經(jīng)歷過哪些洪澇災(zāi)害？”學(xué)生分享討論，進(jìn)一步提出問題：“從自然環(huán)境的角度分析區(qū)域洪澇多發(fā)的原因?！睂W(xué)生思考討論，從地形、氣候、河流等角度分析得出洪澇災(zāi)害發(fā)生的孕災(zāi)環(huán)境。教師進(jìn)一步提出問題：“從北京城區(qū)所處的位置和自然環(huán)境，分析北京是否具備洪澇災(zāi)害的孕災(zāi)環(huán)境?！睂W(xué)生通過討論分析，得出北京市也易發(fā)洪澇災(zāi)害的結(jié)論。

教師提出問題：“北京除了洪澇，還會(huì)有什么與水相關(guān)的自然災(zāi)害呢？”學(xué)生分析得出北京市易發(fā)旱災(zāi)，總結(jié)洪澇和旱災(zāi)是與水相關(guān)且屬于與我們生活密切相關(guān)的自然災(zāi)害，從而引出核心問題：第一，如何減輕水旱災(zāi)害；第二，如何更好的利用水資源。

2.水與生活——如何減輕水旱災(zāi)害

同學(xué)們討論自己關(guān)心的、與水旱災(zāi)害相關(guān)的問題，聚焦大家最關(guān)心的兩個(gè)問題進(jìn)行實(shí)地調(diào)查研究。

學(xué)生活動(dòng)1：調(diào)查校園中可能存在的安全隱患。學(xué)生繪制校園平面圖，設(shè)計(jì)調(diào)查路線，展開實(shí)地調(diào)查，觀察校園中存在的積水區(qū)域、裸露的電線等安全隱患并設(shè)計(jì)圖例，將其位置標(biāo)注在校園平面圖中，完成校園安全隱患分布圖（見圖3）。

圖3 學(xué)生作品：校園安全隱患分布圖（左）和校園排水口分布圖（右）

學(xué)生活動(dòng)2：調(diào)查校園的排水能力。學(xué)生觀察校園中主要的排水口類型及分布，設(shè)計(jì)圖例并在校園平面圖中標(biāo)注排水口的類型、大小及位置，計(jì)算校園排水能力，劃定易積水區(qū)域并設(shè)計(jì)逃生路線，完成校園排水口分布圖及排水能力調(diào)研報(bào)告。

通過以上兩個(gè)實(shí)地調(diào)查活動(dòng)，學(xué)生理解了洪澇對于校園生活的危害，分析了校園的排水能力，并為減輕危害提出可行性建議。

教師總結(jié)：“水旱災(zāi)害的發(fā)生主要是由于降水的時(shí)空分布不均，以及受災(zāi)區(qū)域的蓄水和保水能力不足導(dǎo)致的，怎么解決呢？”學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案（見圖4），研究植物在緩解水旱災(zāi)害方面的作用。

圖4 學(xué)生作品：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案

學(xué)生活動(dòng)3：綠色植物對涵養(yǎng)水源的作用的實(shí)驗(yàn)探究。學(xué)生設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)，選取校園中幾種植物的葉片浸泡于水中，比較一段時(shí)間內(nèi)葉片增加的重量，并比較不同植物的根系在澆水后一段時(shí)間內(nèi)增加的重量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，綠色植物無論是地上部分還是地下部分的器官，均具有一定的蓄水能力。于是學(xué)生得出結(jié)論，綠色植物具有涵養(yǎng)水源的作用。

學(xué)生活動(dòng)4：綠色植物對保持水土的作用的實(shí)驗(yàn)探究。學(xué)生用一側(cè)打孔的托盤，分別裝土壤、種植單一植被的土壤、種植多樣化植被的土壤，模擬不同植被覆蓋情況的山區(qū)，多次用水沖刷后，比較水土流失的情況。實(shí)驗(yàn)后得出結(jié)論，綠色植物對保持水土具有重要作用，在易發(fā)泥石流的地方應(yīng)保護(hù)植被、種植多樣化植被，可以減輕洪澇帶來的次生災(zāi)害影響。

學(xué)生活動(dòng)5：綠色植物的蒸騰作用實(shí)驗(yàn)探究。學(xué)生選取校園中不同類型的枝條，將其放置于盛有等體積水的量筒中，比較24小時(shí)內(nèi)量筒中散失的水分體積。學(xué)生發(fā)現(xiàn)，植物具有較強(qiáng)的蒸騰作用，其中葉片較大、葉子較薄、有背毛的葉子蒸騰作用最強(qiáng)。得出結(jié)論，植物強(qiáng)大的蒸騰作用能夠調(diào)節(jié)局部氣候，應(yīng)該根據(jù)不同需求種植不同的植被。

通過以三個(gè)實(shí)驗(yàn)探究，學(xué)生了解了植物對水有很重要的調(diào)節(jié)作用，對于減輕降水分布不均帶來的影響有重要貢獻(xiàn)。

教師展示北京市的水資源總量、用水量以及年人均水資源量，學(xué)生分析數(shù)據(jù)得出北京是一個(gè)極度缺水的城市，拋出驅(qū)動(dòng)性問題：如何更好地利用水，緩解北京的缺水問題？

3.水與生活——如何更好地利用水資源

學(xué)生提出解決方案“南水北調(diào)和節(jié)約用水”，其中在生活中可以做到的就是節(jié)約用水。展示某同學(xué)一家三口的年水費(fèi)單照片，其一年大約有200立方米的水排放到了污水系統(tǒng)里，這些污水經(jīng)過凈化后可以緩解缺水問題。教師講解水的凈化原理：過濾、吸附、殺菌消毒等。學(xué)生依據(jù)凈水原理自制簡易凈水器。

學(xué)生活動(dòng)6：自制簡易凈水器。學(xué)生選取塑料瓶、石子、活性炭等材料，進(jìn)行了簡易凈水器的制作（見圖5）。

圖5 學(xué)生作品：簡易凈水器

學(xué)生活動(dòng)7：調(diào)查凈水原理在生活中的應(yīng)用。學(xué)生查閱資料，調(diào)查并匯報(bào)凈水原理在污水處理、自來水廠凈水、戶外便攜式凈水器中的應(yīng)用。

通過以上兩個(gè)實(shí)踐活動(dòng)，學(xué)生得出結(jié)論：水的凈化可以提高水資源利用率，緩解缺水問題；水的凈化原理雖然簡單，但在生活中有很大的應(yīng)用價(jià)值。

4.水與生活——人水和諧相處

學(xué)生活動(dòng)8：規(guī)劃人水和諧的理想城市。學(xué)生根據(jù)前期的研究學(xué)習(xí)對城市的建設(shè)建言獻(xiàn)策，利用繪制海報(bào)和制作沙盤的形式設(shè)計(jì)了“人-水和諧的理想城市”（見圖6）。

圖6 學(xué)生作品：“人水和諧的理想城市”海報(bào)（左）和沙盤（右）

五、教學(xué)創(chuàng)新與反思

本次跨學(xué)科教學(xué)以核心素養(yǎng)為目標(biāo)，提升學(xué)生綜合能力和社會(huì)責(zé)任感。區(qū)別于以往的單學(xué)科教學(xué)，跨學(xué)科教學(xué)以關(guān)鍵能力和必備品格的素養(yǎng)要求作為教學(xué)目標(biāo)，并針對這些目標(biāo)，設(shè)計(jì)了調(diào)查研究、實(shí)驗(yàn)探究和動(dòng)手制作等活動(dòng)，提升了學(xué)生的核心素養(yǎng)。在教學(xué)內(nèi)容或教學(xué)主題的選擇上，本次跨學(xué)科教學(xué)基于三個(gè)學(xué)科的知識和技能，選擇了三個(gè)學(xué)科的共通概念，最終使學(xué)生形成了上位概念：“水是人類的重要資源，但有時(shí)也會(huì)帶來災(zāi)害。我們可以借助科學(xué)原理，運(yùn)用工程技術(shù)手段，減輕或避免災(zāi)害，提高水資源的利用率。”

本次跨學(xué)科教學(xué)以解決問題為導(dǎo)向，培養(yǎng)跨學(xué)科的觀念和問題解決能力?？鐚W(xué)科教學(xué)將知識與實(shí)際生活相聯(lián)系，以解決具體的實(shí)際問題為導(dǎo)向：“如何緩解水旱災(zāi)害？”“如何更好的利用水資源？”“你心目中‘人水和諧’的理想城市是怎樣的？”。針對第一個(gè)問題，學(xué)生提出假設(shè)、設(shè)計(jì)調(diào)查或?qū)嶒?yàn)方案并得出結(jié)論，完成“校園排水口和安全隱患的調(diào)查研究”“植物在減輕水旱災(zāi)害中的作用的探究”等實(shí)地調(diào)研和實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)。針對第二個(gè)問題，學(xué)生學(xué)習(xí)新知、課上動(dòng)手實(shí)驗(yàn)、課后動(dòng)手制作、實(shí)地調(diào)查以及查閱文獻(xiàn)，完成了“利用身邊的材料自制簡易凈水器”和“調(diào)查凈水原理的應(yīng)用”等活動(dòng)。針對第三個(gè)問題，學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識和原理，利用沙盤和圖畫設(shè)計(jì)了心目中“人水和諧”的理想城市，將內(nèi)化的知識外顯輸出，實(shí)現(xiàn)了學(xué)以致用，將課內(nèi)知識與實(shí)際生活聯(lián)系了起來，意識到所學(xué)知識是有用的，是解決生活實(shí)際問題的工具。在解決問題的過程中，學(xué)生充分地感受到個(gè)人價(jià)值，提升了學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感。