基于真实情境的高中地理跨学科主题学习设计——以“学校种植园补水行动”为例

1. 背景介绍

本文以跨学科校本课程“学校种植园”的实践为基础进行案例设计。其中“种植园补水行动”是高一年级学生在种植和养护番茄苗过程中遇到植株缺水问题时，展开的一次融合地理、生物学和信息技术三门学科的跨学科主题学习。

2. 活动设计

基于跨学科主题学习设计逻辑及“学校种植园”项目背景，地理、生物学和信息技术三科的教师共同设计面向高一学生的“学校种植园补水行动”跨学科主题学习活动流程（见图3）。

3. 案例实施

(1)基于真实情境，提出驱动性问题

番茄植株缺水是学生在“学校种植园”项目实施过程遇到的真实问题，该问题激发了学生的探究积极性。但仅凭借地理学科知识无法完全解决这一问题，还需要结合生物学等其他学科知识。基于问题解决的流程，教师引导学生提出了四个层层递进的问题，即“为何本班地块中的番茄植株长势不佳”“如何科学判断番茄植株是否缺水”“如何解决番茄植株缺水问题”“如何解决植株生长过程中可能遇到的光照、热量或土壤等要素的相关问题”。

(2)分析核心素养，确定跨学科目标

在确定跨学科目标前，教师需要综合分析学情。地理课已涉及“水循环”“土壤”“农业区位因素”相关内容，学生能理解技术因素对自然区位的改造作用；生物学课已涉及“分子”“细胞”“生物与环境”等内容，学生能理解生物体结构与功能相适应的特点；部分学生选修信息技术“开源硬件项目设计”课程，比较熟练地掌握了“简单程序编写”和“硬件搭建”的方法。

基于各科课程标准、教材内容及真实情境，教师确定本次跨学科主题学习目标如下。

①总目标：通过“学校种植园补水行动”，学生能够学会利用跨学科思维分析并解决真实问题。

②地理学科：通过分析、验证番茄植株缺水原因和设计补水装置，学生能够解释技术对不利自然条件的改造作用；通过番茄植株补水行动，学生能够说明影响水循环的因素及其对人类活动的影响；通过本次跨学科主题实践学习，学生能提升综合思维和地理实践力。

③生物学学科：通过植株叶片取材、制作临时装片和观察高倍显微镜，学生能提出假设并设计实验验证假设，掌握实验探究的假说演绎法；通过本次跨学科主题实践学习，学生能够培养科学思维，提升科学探究能力。

④信息技术学科：通过搭建自动浇水模拟装置，学生能学会使用土壤传感器、水泵等元器件；通过梳理实现自动浇水的过程，学生能够编写程序使得项目装置运行，学会使用程序中分支结构的用法；通过本次跨学科主题实践学习，学生能提升计算思维和信息意识。

(3)采用递进式问题解决模型，开展补水行动

①发现问题——番茄植株长势不佳（地理）

学生在实践中发现本班地块中的番茄植株与隔壁班相比长势不佳，肉眼观察其濒临枯萎。学生运用所学地理知识推测原因：5月中下旬北京气温升高，但雨季未到，降水少；水龙头位于地块西北角且水管较短，距离较远的植株无法及时获取水源；浇灌时间安排不合理，浇水频次较低，且浇水时间一般在一天中气温较高的时段，水分蒸发快。综上所述，推测番茄植株是由于未能得到充足的水分补充而长势不佳。

②分析问题——科学判断番茄生长状况（生物学）

基于番茄目前的情况，学生需科学判断其生长状况，以确定是否需要补救。学生在生物学教师的指导下，采集正常生长和缺水的番茄植株叶片，设置正常组和缺水组对照，先肉眼观察叶片差异，再用生物显微镜观察切片的差异。通过显微镜观察，学生发现与正常组相比，缺水组长势欠佳的番茄植株细胞体积小、细胞形态干瘪变形，呈明显缺水状态。

③解决问题——设计定期补水装置（信息技术）

学生基于前期推理和实验，得出番茄植株细胞处于极度缺水状况。在此背景下，学生展开讨论，探究“如何在每天紧张的学习任务中抽出时间给植株浇水”“如何在假期也能实现植株浇水”等问题。通过查阅资料和寻求信息技术教师帮助，学生认为可以制作一款自动浇水装置为植株及时补水。在信息技术教师的指导下，学生了解了自动浇水装置的主要原理及功能，并基于信息技术选修课中“开源硬件项目设计”的相关器材，搭建模拟浇水装置，编写相应的程序控制装置，从而实现自动定时浇灌。

④迁移应用——运用跨学科思维解决真实问题（跨学科）

学生在“学校种植园补水行动”活动中，总结运用跨学科思维发现问题、分析问题并解决问题的一般思路和方法。在实践基础上，师生就之后“学校种植园”活动实施过程中可能遇到的其他问题，如冬季热量不足、土壤盐碱化问题等展开思考，融合跨学科知识预设解决方案。

(4)整合“学校种植园补水行动”学习项目成果

学生在层层递进的问题解决过程中，可以生成融合地理、生物学和信息技术三门学科素养的具有递进性的项目成果。以地理学科知识为主导，学生生成学校种植园番茄植株考察报告单（见表1）。

结合信息技术实践，学生展示学校种植园植株补水装置运行视频中的关键环节。例如，学生展示控制浇水装置的编写程序（见图10）。

(5)基于跨学科目标，实施活动评价

跨学科主题学习的评价需要回应前期制定的学习目标。基于上述学习目标，教师构建了“学校种植园补水行动”评价量表（见表4）。

本文为节选。

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