PBL案例｜初中跨学科项目怎么做？且看少年如何“守护上海”

预见君说

01

项目的由来

2020年3月，上海市教委公布了《上海市进一步推进高中阶段学校考试招生制度改革实施意见》，新设“跨学科案例”部分，目前所跨学科主要涉及地理、生命科学等学科。

《上海市初中地理、生命科学跨学科案例分析终结性评价指南》要求考察学生高阶思维和核心素养。在这样的情况下，教师如何进行学与教的变革呢？这是我们的现实需求。

基于以上实际情况，结合卢湾中学已积累七年的“无边界课程”经验，我们尝试将地理学科与多学科跨界合作，例如物理、历史、生命科学。不是为了考试而“跨”，而是为培养学生的高阶思维和创造性问题解决的能力而“跨”。

这一学期，我们以地理学科为主体，数学学科为工具，劳技、信息科技等为手段，开展此次《守护上海》的跨学科项目化学习实践。

02

项目核心设计要素

（一） 本质问题

海平面上升和地面沉降，将对上海地域空间产生怎样的威胁？如何应对？

（二） 驱动性问题

在经过几次修改、迭代之后，我们确定了如下的驱动性问题：

“从全球气候变化区域响应角度，依据1912-2000年吴淞验潮站年平均潮位资料，结合已公布的构造沉降和城市地面沉降、河口河槽冲刷、水位抬升等叠加效应及其变化趋势，预测2030年上海市相对海平面上升10-16cm。[1]

面对上海岌岌可危的将来，自然地理与资源环境、人文地理与城乡规划、地理信息科学、数学与应用数学、信息与计算科学等方面的专家学者聚集在一起，组建起了“守护上海”实验室。实验室的倒计时钟表无时无刻不在提醒着科学家们，我们的时间不多了！

时间紧迫，为了守护好上海，实验室急需新生力量的鼎力相助，我们可以为上海未来的城市建设做些什么？”

（三）核心知识

1. 相关学科所涉及的主要知识点

1）地理

①导致海平面上升的影响因素

②导致地面沉降的影响因素

2）数学

①函数的概念与图像

②统计图表的应用

2. 跨学科关键概念（涉及的学科关键概念）

数据建模（预测与分析）

03

项目实施

（一）入项

1.发布驱动性问题

面向七年级20名学生，教师发布了此次项目化学习的驱动性问题。

2.思维方法学习

按照“任务分解法”，把复杂抽象的任务分解细化为具体的、可执行、可操作的事项，然后依次各个击破，为学生最终完成任务提供了思维方法的支持，化难为简。

3.借助阅读材料引发学生初步思考

六年级下册地理教材中，《3.4 气候与人类活动》提到：

“温室效应的加剧使全球气候变暖，地球两极冰雪融化，导致全球海平面上升，如果不加控制和防范，许多人口密集、城镇众多的沿海地区将被淹没。全球变暖已引起世界各国的广泛关注。”

通过复习以上教材内容，引导学生思考：“全球气候变暖”除了会“导致全球海平面上升”之外，还会带来什么影响？“许多人口密集、城镇众多的沿海地区将被淹没”的原因是否只是“全球海平面上升”？

（1）现实案例。提供了高一地理教材中《专题12 人类活动与气候》通过专栏《海岛小国的空间危机》的案例，即“沿海地区被淹没”的一个迫在眉睫的实例——图瓦卢。

（2）阅读材料。提供高一地理教材中《专题12 人类活动与气候》关于全球气候变暖、相关表现、缓解措施等内容；高二地理教材《专题15 全球环境问题》关于数据图表“全球地表平均温度变化（1860-2000年）”“中国平均气温变化（1951-2005年）”以及阅读材料“IPCC全球变暖预期”“世界冰川融化速度加快”等。

4.学生分组

学生在阅读材料之后，能够找到海平面上升的影响因素。各小组经过研究讨论与协调之后，两组学生分别按'导致海平面上升的影响因素（海冰融化、海水膨胀）'两个角度，另两组则分别按'导致地面沉降的影响因素（自然因素、社会经济因素）'进行分组。

（二）知识与能力建构

1.确定问题

在掌握了“全球变暖”相关学科知识和现状之后，学生按照既定的“任务目标”，即完成本质问题“海平面上升和地面沉降，对上海地域空间产生的威胁及其应对措施”的探索，进行第一步任务分解。经过讨论，学生将这一“任务目标”的突破口设定为两个方向，一个是“海平面上升”，另一个是“地面沉降”。按这样的两个大组，分头去寻找相关资源和数据，完成期限设定为5天。

2.查找资源

在数据的搜集过程中，有的小组想到去上海市公共数据开放平台调取地下水位的数据，通过与网站管理取得联系，递交权限申请，最终获得了想要的数据。

有几个小组则因为检索水平局限，数据一直查找不到。通过小组之间的互相协作，数据搜索能力较强的小组组员教给陷入困局的小组组员一些检索的技巧、便利的官网，甚至将自己搜寻所得倾囊而出，体现了团队合作的精神品质。

3.建立模型

在数据获取之后，学生们遭遇的难关则是不知道如何用现有的数据对未来建模预测。通过指导学生筛选变量，指导运用excel和wps进行线性回归预测，得到具体的数学模型，绘制相关拟合图、散点图等，预测了上海未来受海平面上升的影响情况。

学生小组讨论、共享数据，从小组调研内容的角度，建立上海未来空间危机的预测数据模型。学生小组讨论，根据小组调研角度以及预测数据模型，设计防御措施的模型。

4.制作模型

根据设计方案，采用不同形式（包括模型、海报、3D建模等形式）制作防御措施模型成品。在设计方案的过程中， “添坝”小组遇到的困境比较大。起初小组打算用动画演示的方法来展现大坝开闸-蓄水-入船-走船-泄洪的过程，但发现如果仅用flash呈现设计会很单薄，于是大胆假设，计划搭建实物模型。

在思考实物模型的过程中，关于模型材料讨论了多种方案，如木材、废报纸、泡沫塑料和硬纸板。木材结实但修正难度大，可塑性差；废报纸取材方便但成型困难，美观度差；泡沫塑料轻便但操作易失误，且不好打理；通过翻看各种项目实验的资料，最终“添坝”小组选择使用兼备可塑性高、易成型、更美观的硬纸箱作为实物模型的原材料。

（三）形成与修订成果

该项目进行过一次中期汇报。在中期汇报的过程中，每组成员汇报自己的阶段性成果。其他小组提出建议，教师也会进行相应的点评，同时也邀请了学科专家、市级项目组的专家对学生的方案进行指导。

1.“灌tua小组”

通过前期数据搜集和整理，使用wps线性回归完成未来模型预测，通过手绘海报的形式向与会嘉宾介绍了他们使用液压机，通过回灌井回灌地下水，解决上海地面沉降问题的设想。

2.“动坝小组”

通过Excel中的趋势预测建模上海地面沉降趋势图，利用学校3D打印创新实验室资源，采用3D打印技术完成了上海外岛地区人工浮岛的模型建造。

3.“添坝小组”

通过收集NASA的Jason 3海洋观测卫星相关数据，通过Excel建模预测趋势图，利用二次和三次函数预测完成上海相对海平面上升情况预测。小组成员使用纸箱作为原材料，参考三峡大坝的设计理念，搭建完成一座既能阻挡上升的海水，又可以方便船只通航的可升降堤坝。

4.“对对对我都队”小组

小组的主要研究方向是海水膨胀对海平面上升的影响，并以此为出发点，利用excel线性回归拟合完成了对未来海平面上升的建模预测。他们独辟蹊径，通过手绘海报向与会人员展示了一旦海水入侵城市后的各种应对准备——加固房屋、使用防水结构、搭建户外活动平台、使用气垫船作为主要交通工具。

在每一组的汇报交流结束后，每一组都需要借助以下的评价表来评价四组同学的成果展示。

（四）出项

在中期汇报之后，各小组成员将充分考虑专家意见，通过集体协商，集各组优势，统一达成一项出项成果。例如可以通过更多的数据收集、可行性分析，将不同小组的方案分配到城市的不同区域，达成一个整体的“守护方案”，而不是“各自为政”的“设想”，使项目落地。

出项成果的展示包括从立项到中期的研究历程，再经过中期汇报之后的讨论、取舍、优化，最后形成出项成果。

04

项目评价

（一）个人成果展示与评价

1. 成果

按照小组分工，开展地面沉降或海平面上升相关影响因素的资料搜集，并将相应的文献、照片整理成文。

2. 评价

检索信息能力、识别真伪信息能力、信息综合、迁移的能力。

（二）团队成果展示与评价

1. 成果

前期资料展示、数据分析、建模预测；后期“守护上海”模型搭建成果分析。

2. 评价

团队分工合作能力、团队借助外力开展科学性研讨的能力、交流协作能力和批判性思维。以学生自制小组评价表作为考量。

05

项目反思

（一） 项目中期亮点

1.把地理学科知识转化为实践

通过这一项目，学生对于“全球气候变暖带来的影响”、“沿海地区被海水淹没的原因”有了更深的理解，还能够运用地理作图、建立地理模型来解决实际的问题。

2.凸显跨学科的综合思维

中学阶段的地理学科综合了文科类的知识积淀，高中乃至大学阶段的地理学科更强化跨学科的综合应用，例如数学、计算机等就被广泛应用于地理学的研究当中。此次地理与数学跨学科项目化学习的尝试，有利于开拓学生的视野，厚植中学地理理性思维的底蕴，开启为对接高中，甚至大学的地理学科学习能力需求的准备。

（二）项目中期问题与改进方向

1.指导学生关注科学研究的严谨性

在所使用的数据来源中，鼓励学生到更为专业的网站上，如统计局、地质局等，或者到实地勘察得到自己需要的数据，这样的数据更具备参考性。而关于上海近年来地面沉降的数据可以到上海市规划与资源局、地质资源处、上海地调院等做一些必要的调研。

2.增加学生的真实体验，让学生进行真实的学科实践

关注地面沉降、海平面上升的现实对策，要多强调实地考察，既增加了学生的体验，更是体现了地理学科的地理实践力。我们要引导学生像一个真正的公民，真正的地理学家一样思考这个问题。要让学生到实地去体会，体会一个真实的上海。这种真实性以及对这个地方的考察应该要纳入这个项目当中，包括对那个地方以及前期相关领域上包括研究生或者相关网站当中的对接和交流，让学生进行真实的学科实践。

3.兼顾学科知识和学习素养

学生在分析影响海平面上升的因素时，主要考虑到了全球气候变暖的原因。针对“全球气候变暖”，人为因素的影响也应该进行考虑。在考虑应对海平面上升的措施时，如果制定措施减弱全球气候变暖也应该是项目成果的一部分。学生这一方面的地理学科知识还需要进一步拓展。在项目后期，学生更加侧重的是成果的制作和展示，教师在以后的引导中还要更加关注对于学生从问题到提出模型的过程性指导。（反思中部分参考了工作坊中的专家点评）

项目组建议

作为一名年轻老师，盛老师在《守护上海》这一跨学科项目中的探索有很多值得学习的地方。比如，这一案例提出了一个真实而又有挑战性的问题，具有一定的社会关怀，能够引导学生关注生活中面临的实际问题。第二，学生带着自己的任务，在小组合作中进行数据的搜集、然后利用这些数据进行预测，最后建立自己解决问题的模型，经历了相对比较完整的问题解决的过程。不过就项目的整体设计和实施来看，还可以在以下几个方面进行调整：

第一，这一项目涉及的地理学科知识是六年级和高中阶段，项目的参与对象是七年级的学生。放在哪一学段的学生更合适，还需要再结合项目性质、目标和内容进一步考虑。在不同的项目定位中，知识和能力的比重是不一样的。

第二，作为一个跨学科案例，项目的目标还需要进一步明确。项目的数学和地理中在核心知识的部分可以包含三个层级。在最低层级当中会涉及到学科的哪些知识点。接着，要形成学科能力，包括地理数据的调查与分析、数学中的建模能力等。最后，还要挖掘出背后的大概念，数学、地理当中不可分割的大概念是什么，需要和项目本质问题相关联。

第三，要让学生经历真实的思维和实践过程。在项目中，老师可以鼓励学生像真实的地理学家一样来思考和实践，在条件允许的情况下进行实地勘察，采访相关部门，通过多种方式了解上海或世界上其他类似的地区是如何来解决沉降问题的。目前从问题到四种解决方案的过程有点快，学生思考和探索的过程，为什么是这四种，经过了怎么的摸索，这些过程还需要再丰富。

第四，项目评价中对列出的目标都要进行评价。在学科素养方面，目前的项目评价中对于地理学科核心知识和能力的考察还有待增强。而在学习素养方面，项目评价可以增加对于学生在解决问题的可行性的评价。

参考文献

[1]程和琴，王冬梅，陈吉余，2030年上海地区相对海平面变化趋势的研究和预测[J].气候变化研究进展.2020,11(4):231-238