智慧學(xué)習(xí)視域下初中物理跨學(xué)科實踐設(shè)計
——以“滯空型紙飛機(jī)的設(shè)計與制作”為例

關(guān)善超 宋志剛

（1.陜西師范大學(xué)教育學(xué)部，陜西 西安 710062；2.蘇州市陽山實驗初級中學(xué)校，江蘇 蘇州 215151；3.常州市鐘樓區(qū)教師發(fā)展中心，江蘇 常州 213016）

義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）在課程內(nèi)容上的一個重要改變即新增“跨學(xué)科實踐”主題，旨在發(fā)展學(xué)生跨學(xué)科運用知識的能力、分析和解決問題的綜合能力、動手操作的實踐能力.［1］物理跨學(xué)科實踐既要緊密結(jié)合物理教學(xué)內(nèi)容，以物理學(xué)科為主題，又要體現(xiàn)綜合性和實踐性，是使學(xué)生物理核心素養(yǎng)落地的重要措施和大膽嘗試.然而作為新添加的課程內(nèi)容，一線教師對跨學(xué)科實踐課程的設(shè)計仍處于摸索階段，實際教學(xué)效果并不理想，因此需要與之契合的教學(xué)理論指導(dǎo).

1 智慧學(xué)習(xí)視域下的跨學(xué)科實踐教學(xué)設(shè)計

智慧教育是教育信息化、現(xiàn)代化、智能化發(fā)展的必然階段，是發(fā)展教育強(qiáng)國、實現(xiàn)“教育信息化2.0”及“教育現(xiàn)代化2035”的重要途徑.智慧學(xué)習(xí)是智慧教育的根本基石，秉持“精準(zhǔn)、個性、優(yōu)化、協(xié)同、思維、創(chuàng)造”的原則，讓學(xué)習(xí)者獲得適宜的個性化學(xué)習(xí)服務(wù)和美好的發(fā)展體驗.［2］智慧學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)得好壞直接影響學(xué)生未來能否適應(yīng)快速發(fā)展的智慧教育環(huán)境和能否避免智能學(xué)習(xí)環(huán)境下的認(rèn)知迷航.［3］智慧學(xué)習(xí)鼓勵通過問題化和項目式學(xué)習(xí)的方式，基于學(xué)生個體差異設(shè)計教學(xué)活動，將個人自適應(yīng)學(xué)習(xí)和小組合作探究學(xué)習(xí)相結(jié)合，從而促進(jìn)個人智慧的開發(fā)和集體智慧的生長.［4］因此，智慧學(xué)習(xí)理論指導(dǎo)下的物理跨學(xué)科實踐課程，具有適應(yīng)性好、契合度高的優(yōu)勢，能很好地培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)和解決問題的能力、促進(jìn)學(xué)生的個性化發(fā)展和物理核心素養(yǎng)的提升.智慧學(xué)習(xí)既包括技術(shù)手段的智能化，還蘊(yùn)含教育理念的智慧化.［5］智慧學(xué)習(xí)視域下跨學(xué)科實踐課程設(shè)計的基本邏輯如圖1所示，以智慧學(xué)習(xí)環(huán)境為基礎(chǔ)，融合智慧學(xué)習(xí)理念，以情景式、項目化等形式設(shè)計跨學(xué)科實踐活動的具體流程，力求技術(shù)與理念的深度融合，從真實情境出發(fā)，以項目為依托，設(shè)計出個性化強(qiáng)，自由度高、操作性強(qiáng)的高質(zhì)量跨學(xué)科實踐活動.

圖1 智慧學(xué)習(xí)視域下的跨學(xué)科實踐基本邏輯關(guān)系圖

2 案例實踐：滯空型紙飛機(jī)的設(shè)計與制作

以“滯空型紙飛機(jī)的設(shè)計與制作”為例，展示如何將智慧學(xué)習(xí)理論和物理跨學(xué)科實踐課程相結(jié)合，并通過不同的活動環(huán)節(jié)，培養(yǎng)科學(xué)思維和科學(xué)態(tài)度與責(zé)任.

2.1 問題提出

隨著流體流速與壓強(qiáng)關(guān)系的學(xué)習(xí)，學(xué)生對生活中有關(guān)流速與壓強(qiáng)關(guān)系的應(yīng)用有了一定的了解.能解釋噴氣式飛機(jī)飛行的基本原理，進(jìn)而想到了飛機(jī)機(jī)翼形狀對飛機(jī)飛行的影響.不少學(xué)生在課間疊起了兒時常玩的紙飛機(jī)，在回憶童年的過程中，站在更高的角度思考紙飛機(jī)的飛行問題.在此氣氛下，教師順勢開展“滯空型紙飛機(jī)的設(shè)計與制造”的跨學(xué)科實踐活動，既有利于學(xué)生加深對氣動力學(xué)相關(guān)知識的理解，激發(fā)物理學(xué)習(xí)熱情，體驗科研工作中的艱辛與收獲，又有利于學(xué)生跨學(xué)科綜合知識的應(yīng)用，提升工程思維和實際動手能力.

2.2 活動目的

以流體流速與壓強(qiáng)關(guān)系為理論指導(dǎo)，從生活真實情境出發(fā)，探究紙飛機(jī)滯空時間的影響因素.讓學(xué)生大膽猜想，盡可能嘗試多種的設(shè)計，然后依照設(shè)計完成紙飛機(jī)的制作.通過線上線下交流，在試飛過程中改進(jìn)紙飛機(jī)模型，初步形成科學(xué)態(tài)度、工程思維及跨學(xué)科思考和解決實際問題能力.同時，了解世界各國飛機(jī)設(shè)計的前沿科技及祖國飛機(jī)設(shè)計事業(yè)的相關(guān)成就和光輝事跡，以此建立民族自信，激發(fā)學(xué)生愛國熱情和物理學(xué)習(xí)興趣，從小樹立科技報國的遠(yuǎn)大志向.充分發(fā)揮物理學(xué)科育人的作用，堅定不移地落實立德樹人的根本任務(wù).

2.3 活動方案

“滯空型紙飛機(jī)的設(shè)計與制作”是以物理學(xué)為主導(dǎo)學(xué)科展開的跨學(xué)科實踐活動.首先利用書籍和網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)手段搜集飛機(jī)設(shè)計的相關(guān)資料，然后與8年級物理學(xué)習(xí)的流體流速與壓強(qiáng)知識相印證，將數(shù)學(xué)、工程技術(shù)學(xué)、勞動技術(shù)、美術(shù)、信息技術(shù)等學(xué)科知識綜合運用，最終設(shè)計制作一架具有濃厚個人色彩的“滯空型紙飛機(jī)”.接著在教室展示分享設(shè)計及改進(jìn)過程，之后在操場進(jìn)行紙飛機(jī)的試飛和評比活動.最后，在教室中對活動進(jìn)行總結(jié)和思想升華.

2.4 實施過程

本跨學(xué)科實踐活動從內(nèi)容上可分為課前動員制作和課上展示評價兩部分，采用線上、線下的混合式教學(xué)模式.為更好地達(dá)成教學(xué)目標(biāo)，教學(xué)空間不局限于教室內(nèi)，學(xué)生可在線上、家中和體育館進(jìn)行教學(xué)活動，整個設(shè)計主要由以下4個活動組成.

活動1：招飛視頻引入，積聚愛國情懷.

教師通過對最近學(xué)生在教室內(nèi)疊紙飛機(jī)的事件展開話題，然后播放2021年空軍招飛宣傳片.宣傳片中出現(xiàn)了各種中國最新型號的飛機(jī)：殲20、運 -20，以及即將揭開神秘面紗的轟－20.教師對這些飛機(jī)的功能、使用場景及作用進(jìn)行激情洋溢的介紹后向?qū)W生提問：為什么不同功能的飛機(jī)外形也不相同，它們的機(jī)翼設(shè)計都有什么特點呢？我們也來設(shè)計制造一架自己的飛機(jī)吧.教師可以對飛機(jī)飛行姿態(tài)的影響做拋磚引玉式的點撥，如機(jī)翼面積、機(jī)翼仰角、機(jī)翼形狀，是否有尾翼等結(jié)構(gòu).最后提具體要求：自主設(shè)計制作滯空型紙飛機(jī)，比比誰的飛機(jī)滯空時間最長，并思考為什么？

設(shè)計意圖：通過生活化的情景引入話題，聯(lián)系了學(xué)生生活實際，讓活動的引入自然順暢.播放最新的空軍招飛宣傳視頻，既讓學(xué)生了解中國最新的飛機(jī)工業(yè)成就，增強(qiáng)民族凝聚力和自豪感，又可以通過觀察不同功能的飛機(jī)造型，引發(fā)學(xué)生的思考，激發(fā)學(xué)生的探索欲望和學(xué)習(xí)興趣，為本次跨學(xué)科實踐的主題提供一點啟示，很好地達(dá)到活動動員的效果.同時，由于活動的自由度較高，教師的適度提示有利于打開學(xué)生的思維廣度，拋磚引玉，引導(dǎo)學(xué)生往學(xué)科方向進(jìn)行探索.

活動2：巧用教學(xué)平臺，逐步完善成果.

教師利用Classin教學(xué)平臺，將接下來要做的任務(wù)在平臺上發(fā)布：可使用紙張、膠水、剪刀等工具設(shè)計制作滯空型紙飛機(jī).思考紙飛機(jī)滯空時間的影響因素并改進(jìn)設(shè)計方案，可在平臺內(nèi)進(jìn)行線上討論交流.將制作的紙飛機(jī)拍照上傳到作業(yè)系統(tǒng)，供大家欣賞、學(xué)習(xí)及點評.

待學(xué)生將制作的飛機(jī)上傳到平臺后，教師借助Classin平臺的統(tǒng)計功能可以直觀了解學(xué)生的參與度及作業(yè)提交等情況，并對學(xué)生的作品進(jìn)行初步點評，然后再給學(xué)生一定的時間進(jìn)行作品完善，為接下來的課堂展示評價做準(zhǔn)備.

設(shè)計意圖：紙飛機(jī)的設(shè)計和制造需要在網(wǎng)上查閱資料的基礎(chǔ)上自主制作完成，利用學(xué)生空余時間在家中自覓器材完成設(shè)計和制作無疑是最好的方案，同時可以避免學(xué)生在一起時思路的相互干擾.但家中制作紙飛機(jī)最容易帶來的兩個問題即交流不暢和監(jiān)督不易.借助Classin智慧教學(xué)平臺，可以很好地解決以上兩個問題.Classin教學(xué)平臺打破時空束縛，便于師生隨時隨地在平臺上進(jìn)行交流討論.同時，Classin教學(xué)平臺為學(xué)生提供專屬的多元化作品展示方式，支持文字、圖片及視頻格式的作業(yè)上傳系統(tǒng)，滿足學(xué)生個性化的展示需求，便于學(xué)生間的相互學(xué)習(xí)借鑒及教師針對性的點評.大數(shù)據(jù)的實時統(tǒng)計，使教師清晰掌握學(xué)生參與情況（圖2）.線上教學(xué)平臺的引入避免了學(xué)生將制作好的飛機(jī)帶去學(xué)校討論后再帶回家里改進(jìn)制作的尷尬局面，大幅降低學(xué)生時空變換頻率，為學(xué)生預(yù)留更多的時間和精力去一輪輪改進(jìn)完善作品（圖3）.

圖2 學(xué)生參與度及教師點評

圖3 學(xué)生時空變換情況

活動3：成果展示評價，激蕩思維火花.

教師讓學(xué)生在講臺上展示其設(shè)計的飛機(jī)，并分享其設(shè)計、制作和改進(jìn)過程中的心得體會（圖4）.該部分是整個活動的精華濃縮部分，能充分體現(xiàn)本次跨學(xué)科實踐活動的實踐成果，是最具生成性的核心教學(xué)環(huán)節(jié).為此教師需隨機(jī)應(yīng)變，適時引導(dǎo)學(xué)生表達(dá)出制作過程中的心理和思維變化.

圖4 學(xué)生上臺交流及成果展示

設(shè)計意圖：線下展示活動是整個跨學(xué)科實踐的核心環(huán)節(jié)，學(xué)生的展示充分體現(xiàn)了課堂自由度和開放性，不同的設(shè)計和涂裝盡顯差異化.該環(huán)節(jié)涌現(xiàn)了大量的課堂生成：有學(xué)生提到了同樣的飛機(jī)設(shè)計，材料和制作細(xì)節(jié)對飛行有很大影響；有學(xué)生系統(tǒng)性研究了飛機(jī)機(jī)翼夾角對飛行的影響；有學(xué)生受003航母電磁彈射啟發(fā)，設(shè)計制作了用橡皮筋彈射起飛的飛機(jī)，并在機(jī)身上涂上了81192的編號，用以紀(jì)念“?？招l(wèi)士”王偉烈士.學(xué)生在教室內(nèi)熱情洋溢地交流設(shè)計思路和制作心得，課堂精彩生成不斷，既鍛煉了學(xué)生的語言表達(dá)能力和科學(xué)探索精神，又滲透了工程思維、實驗探究，更有愛國之心和報國之情.

教室展示交流完成后，進(jìn)入學(xué)生最期待的操場試飛環(huán)節(jié).班級全體成員移步體育館，在體育館內(nèi)分組放飛親手制作的紙飛機(jī)，另選一組學(xué)生進(jìn)行計時（圖5）.經(jīng)過幾輪試飛，滯空時間最長達(dá)到了14.6 s.

圖5 體育館內(nèi)放飛飛機(jī)

設(shè)計意圖：操場放飛飛機(jī)，是對飛機(jī)滯空性能的直接考驗.如果說教室內(nèi)的展示交流是過程性評價的話，放飛活動就是終結(jié)性評價.學(xué)生在放飛飛機(jī)的過程中發(fā)現(xiàn)新的問題，并嘗試現(xiàn)場解決問題，鍛煉學(xué)生遇到突發(fā)情況時的判斷和解決問題能力.在此過程中讓學(xué)生體會到理論和實踐之間的差距，培養(yǎng)正確的科學(xué)態(tài)度.

活動4：重溫輝煌成就，立志學(xué)習(xí)報國.

重新回到教室后，教師根據(jù)滯空時間長短選出滯空時間最長的兩位學(xué)生，給他們頒發(fā)了本次跨學(xué)科實踐活動的獎勵——殲20飛機(jī)模型和教師寄語（圖6）.然后播放視頻《大國工匠》有關(guān)運-20的設(shè)計制造過程，通過數(shù)字化設(shè)計、數(shù)字化裝配，我國創(chuàng)造了3年設(shè)計，5年首飛，8年交付的中國速度，勉勵學(xué)生從小樹立學(xué)習(xí)強(qiáng)國，科學(xué)報國的遠(yuǎn)大志向.

圖6 殲20模型及教師寄語

設(shè)計意圖：在體育館放飛活動后需要讓有點躁起來的氣氛冷卻，將活動主題升華，不把活動停留在只是“熱鬧”的層面上.為學(xué)生選擇殲 -20模型和教師寄語作為最終獎勵，充分調(diào)動了學(xué)生的愛國熱情和民族自豪感.同時，借著放飛中遇到的種種問題讓學(xué)生對飛機(jī)設(shè)計和制作難度有了親身的體驗，進(jìn)而對運- 20設(shè)計制作中創(chuàng)造的中國速度有了直觀感受，對航空航天科研工作者產(chǎn)生崇拜之情和向往之意，趁勢引導(dǎo)學(xué)生走向科技報國的道路.將物理學(xué)科育人在活動中充分滲透，貫徹立德樹人的總體目標(biāo).

3 總結(jié)反思

本次跨學(xué)科實踐活動分為線上線下兩部分，采用混合式學(xué)習(xí)展開，打破了時空限制.在活動設(shè)計中以智慧學(xué)習(xí)理論為指導(dǎo)，充分考慮活動的開放性、自由度及差異化，同時兼顧科學(xué)性和操作性.通過學(xué)生熟悉的真實情景出發(fā)，以項目化的方式展開整個跨學(xué)科實踐活動.并根據(jù)教學(xué)目標(biāo)需要，選擇合理的技術(shù)與活動，極大地提高了活動的參與度和課堂效率.智慧學(xué)習(xí)理論指導(dǎo)下的跨學(xué)科實踐活動設(shè)計更加科學(xué)高效，在智慧環(huán)境下通過學(xué)科特點引導(dǎo)激發(fā)學(xué)生內(nèi)在學(xué)習(xí)動機(jī)，能更好地提升學(xué)生學(xué)習(xí)效果.［6］在活動設(shè)計中重點關(guān)注學(xué)生的自主探究，科學(xué)實驗，于無聲處滲透科學(xué)態(tài)度和責(zé)任.通過對祖國前沿科技的介紹，激發(fā)了學(xué)生的愛國熱情和民族自豪感，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)強(qiáng)國，科學(xué)報國，教學(xué)目標(biāo)達(dá)成度良好.