核心素養(yǎng)背景下跨學(xué)科融合教學(xué)的思考與設(shè)計

鄒玉　王昕宇

摘? ?要：注重學(xué)科滲透對于學(xué)生核心素養(yǎng)的提升是至關(guān)重要的。文章以“冬奧會中的科學(xué)奧秘”為例，闡述了在教學(xué)中要根據(jù)實(shí)際情況合理整合教學(xué)資源，有效實(shí)現(xiàn)學(xué)科融合教學(xué)，通過創(chuàng)設(shè)情境、探討交流、分組制作、匯報評估等策略，引導(dǎo)學(xué)生理解不同學(xué)科知識在生活實(shí)際中的密切聯(lián)系，通過學(xué)生親歷創(chuàng)造性活動培養(yǎng)其科學(xué)思維。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);融合教學(xué);溫度計;設(shè)計;制作

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2022）6-0077-4

初中物理教學(xué)要注重對學(xué)生科學(xué)精神、科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)。物理學(xué)科科學(xué)素養(yǎng)主要由“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”和“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”等構(gòu)成，是學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中逐步形成的、帶有物理學(xué)科特點(diǎn)的、適應(yīng)個人終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的關(guān)鍵能力和必備品格，是學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要組成部分。

新課程標(biāo)準(zhǔn)中強(qiáng)調(diào)要“從生活走向物理，從物理走向社會”，教學(xué)要貼近學(xué)生生活，符合學(xué)生認(rèn)知特點(diǎn)，激發(fā)并保持學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生通過學(xué)習(xí)和探索，掌握相應(yīng)的基礎(chǔ)知識和基本技能，并能將其應(yīng)用于實(shí)踐。同時，課程標(biāo)準(zhǔn)中強(qiáng)調(diào)“注意學(xué)科滲透，關(guān)心科技發(fā)展”，讓學(xué)生了解自然界事物的相互聯(lián)系，注意學(xué)科間的聯(lián)系與滲透，關(guān)心科學(xué)技術(shù)的新進(jìn)展，關(guān)注科技發(fā)展給社會進(jìn)步帶來的影響，逐步樹立正確的世界觀。

物理學(xué)科與地理學(xué)科在專業(yè)知識、思維能力上有很多交叉聯(lián)系，進(jìn)行“物理+地理”的融合教學(xué)，促進(jìn)學(xué)生對相關(guān)知識的聯(lián)系、理解與應(yīng)用，不僅為教師提供開闊的教學(xué)思路、進(jìn)一步挖掘教學(xué)的潛力，而且可以幫助學(xué)生建構(gòu)更完整、更豐富、更系統(tǒng)的知識體系，有利于其終身全面的發(fā)展。筆者以“冬奧會中的科學(xué)奧秘”為例，談一談“物理+地理”的融合教學(xué)設(shè)計。

1? ? 初識冬奧

【教學(xué)片段】

師：為什么北京和張家口能成為冬奧會城市？請結(jié)合中國氣候類型圖、地形圖、1月份平均氣溫分布圖、干濕區(qū)分布圖，從自然地理環(huán)境和物理知識的角度分析選址原因。

生A：北京和張家口位于1月0 °C等溫線以北，緯度較高，冬季氣溫低。

生B：0 °C是冰雪的熔點(diǎn)，因?yàn)閮蓚€城市1月平均氣溫都低于0 °C，所以冰雪保存時間長。

生C：北京和張家口位于400 mm～800 mm年等降水量線之間，說明由于距離海洋較近，水汽較多，冬季降雪多。

生D：從地形圖可以看出，兩個城市都有山地的地形條件，可以進(jìn)行滑雪運(yùn)動。

師：我國南京、拉薩、烏魯木齊、哈爾濱四個城市未能成為冬奧會候選城市，請從自然地理環(huán)境和物理知識的角度給出相應(yīng)的解釋。

生A：南京位于1月0 °C等溫線以南，氣溫條件不足，冬季降雪少。

生B：烏魯木齊距離海洋遠(yuǎn)，降水條件不佳，冬季積雪不穩(wěn)定。

生C：拉薩位于青藏高原上，海拔高，運(yùn)動員容易出現(xiàn)高原反應(yīng)，從而可能影響比賽。

生D：奧組委對舉辦地的極限低溫是有要求的，哈爾濱冬季氣溫特別低，運(yùn)動員容易凍傷。

師：你認(rèn)為還可以從哪些方面判斷冬奧會選址的特征？可以從學(xué)科知識或人文知識等角度思考。

生A：可以把歷屆冬奧會地址放在一起比較分析。

生B：可以查閱一下歷屆冬奧會獲獎選手的分布地，通過對比選手分布地進(jìn)行分析。

生C：我們國家冬奧會的參賽選手大多是北方人。

生D：可以統(tǒng)計冬奧會各國的獲獎情況，排名前列的國家多分布在高緯度高海拔的地區(qū)。

【教后反思】

生活與課堂本就緊密相連，今年冬奧會剛剛告一段落，可以深入思考并挖掘物理、地理學(xué)科與冬奧會之間的關(guān)聯(lián)，充分利用冬奧會的寶貴教育教學(xué)資源增色課堂?！俺踝R冬奧”的環(huán)節(jié)中，精選其中與物理學(xué)科相關(guān)聯(lián)的“物態(tài)變化”內(nèi)容、與地理學(xué)科相關(guān)聯(lián)的“自然地理要素”內(nèi)容，點(diǎn)撥學(xué)生結(jié)合已有經(jīng)驗(yàn)和基礎(chǔ)，綜合利用物理和地理學(xué)科的原理解讀冬奧會選址背后的原因。

在分析、討論、交流、解決問題的過程中，學(xué)生不斷地提取并整合相關(guān)聯(lián)的知識，找到“1月0 °C等溫線”與“冰雪熔點(diǎn)”的關(guān)系，思考“北京和張家口冬季氣溫特點(diǎn)與積雪量豐富”的聯(lián)系，運(yùn)用物理和地理學(xué)科知識從不同角度相互補(bǔ)充說明，從而能夠融會貫通地解決生活中的實(shí)際問題，促進(jìn)物理和地理學(xué)科素養(yǎng)的共同發(fā)展，提升綜合素質(zhì)和適應(yīng)社會的能力。

同時，引導(dǎo)學(xué)生在啟發(fā)思維、學(xué)習(xí)知識、掌握并應(yīng)用方法的同時，深入了解冰雪運(yùn)動、激發(fā)其愛國情懷，實(shí)現(xiàn)情感、態(tài)度與價值觀的培養(yǎng)。

2? ? 助力冬奧

由于冬奧會所有的項目均在冰雪上進(jìn)行，對氣溫的要求十分苛刻，氣溫過低或過高都容易影響運(yùn)動員的水平，因此比賽期間氣象監(jiān)測保障工作十分重要。因此，教師請學(xué)生分小組嘗試設(shè)計與制作溫度計，助力冬奧（該項任務(wù)教師提前一周布置給學(xué)生，上課時各小組代表上臺匯報并展示，其余小組聆聽并點(diǎn)評）。

【小組任務(wù)】

制作器材：

玻璃瓶（小燒瓶或塑料瓶）、軟木塞（橡皮塞或橡皮）、玻璃管（塑料管或吸管）、紅墨水（煤油），條件允許的話可以適當(dāng)增加其他器材。

制作要求：

（1）設(shè)計與制作常用液體溫度計并標(biāo)上刻度;

（2）思考：如果溫度計不夠靈敏，如何改進(jìn)？

（3）思考：如何設(shè)計報警溫度計？如彩色顯卡式刻度盤。

（4）思考：如何設(shè)計自動報警溫度計？

【小組展示】

學(xué)生已經(jīng)學(xué)過有關(guān)聲現(xiàn)象、物態(tài)變化、光學(xué)知識。每一個小組都設(shè)計、制作了常規(guī)的液體溫度計，并標(biāo)注刻度或彩色圖標(biāo)，如圖1所示，在此不過多描述。下面主要呈現(xiàn)一些學(xué)生“腦洞大開”的自動報警溫度計的設(shè)計與制作。

方案1：如圖2所示，選用醫(yī)學(xué)小吊瓶和塑料滴管，將塑料滴管與吊瓶瓶蓋的一部分剪去，再將滴管向下插入吊瓶內(nèi)，用膠水密封連接處。在瓶蓋上挖出一個小孔，將一根導(dǎo)線的一端插入小孔，再用膠水密封導(dǎo)線與小孔連接處。滴管末端開一個小孔，另一根導(dǎo)線一端插入到滴管內(nèi)一定深度。外部電路連接有電池組、開關(guān)、小燈泡和蜂鳴器的電路板。當(dāng)溫度升高時，塑料管里的液柱會升高，達(dá)到上方的導(dǎo)線處，小燈泡會亮，同時蜂鳴器發(fā)出聲音，即為報警。

學(xué)生反思：電路接通后，因?yàn)樗胁⒉缓写罅康碾娊赓|(zhì)，所以導(dǎo)電性不是太好。我們在水中加入適量的鹽或堿，形成鹽或堿的水溶液，可以增強(qiáng)其導(dǎo)電效果。但考慮現(xiàn)場溫度均在0 ℃以下，鹽水也可能會結(jié)冰，導(dǎo)致溫度計無法使用，可以把測溫液體更換為水銀或其他凝固點(diǎn)較低且導(dǎo)電性較好的液體。

方案2：如圖3所示，在溫度計玻璃管上端放置一個小鋼珠，同時在玻璃管口傾斜放置一個導(dǎo)軌，導(dǎo)軌的下端附近懸掛一個銅鈴。當(dāng)溫度升高時，玻璃管內(nèi)的液柱上升，當(dāng)溫度升高至報警溫度時，液柱正好升高至小鋼珠位置并推動小鋼珠，使小鋼珠沿軌道下滑并撞擊銅鈴發(fā)出聲音，從而達(dá)到報警的效果。

學(xué)生反思：溫度升高，玻璃管內(nèi)液柱確實(shí)會上升，但是液柱的升高應(yīng)該非常緩慢，而且到達(dá)小鋼珠位置后容易溢出，不一定能推動小鋼珠沿軌道下滑。進(jìn)而，該小組將此方案改進(jìn)為下面的方案3。

方案3：取消方案2中的小鋼珠和軌道，再加一個滑輪和兩個與玻璃管口徑吻合的鐵塊，安裝如圖4所示。當(dāng)溫度升高時，玻璃管中液柱隨之升高，并推動鐵塊上升，而左側(cè)的鐵塊會下降，當(dāng)溫度達(dá)到報警溫度時，左側(cè)鐵塊正好撞擊銅鈴發(fā)出聲音，達(dá)到報警效果。

學(xué)生反思：要求鐵塊與玻璃管非常的吻合，不能留有縫隙使液體溢出。同時，測溫液體對鐵塊產(chǎn)生的浮力不一定能讓鐵塊往上移動。如果溫度是緩慢升高，鐵塊可以緩慢移動，左側(cè)的鐵塊撞擊銅鈴的幅度可能很小，以致銅鈴發(fā)出很微弱的聲音，使得報警效果不明顯。

方案4：如圖5所示，將溫度計上方的玻璃管選用L形玻璃管，并且選一些直徑與玻璃管內(nèi)徑剛好吻合的鋼珠。在玻璃管的內(nèi)側(cè)涂抹一些潤滑油，并用鋼珠封閉一些空氣在鋼珠與測溫液體之間的玻璃管內(nèi)。當(dāng)溫度升高時，測溫液體受熱膨脹向上擠壓氣體，從而使空氣向左推動小鋼珠，當(dāng)溫度達(dá)到報警溫度時，剛好使得小鋼珠從玻璃管中掉落至金屬容器中，從而撞擊容器發(fā)出聲音，達(dá)到報警的效果。

學(xué)生反思：在生活中難找到直徑與玻璃管內(nèi)徑十分吻合而又不漏氣的小鋼珠。同時，如果測溫液體熱脹冷縮現(xiàn)象不夠明顯，封閉的一部分空氣也難以推動小鋼珠向左移動，操作起來難度較大。

方案5：準(zhǔn)備泡沫、氣筒、哨子、夾子、玻璃瓶、玻璃管，安裝如圖6所示。將泡沫粘在氣筒底部，用夾子固定氣筒，當(dāng)溫度升高時，測溫液體膨脹，液柱上升，從而推動氣筒向上運(yùn)動，泡沫帶動氣筒吹響哨子從而報警。

學(xué)生反思：溫度升高時，測溫液體受熱膨脹，液柱肯定會升高，但若要推動泡沫帶動氣筒吹響哨子，需要的力還是比較大的，同時吹響哨子需要短時間內(nèi)施加力或持續(xù)施加較大的力，實(shí)際中難以實(shí)現(xiàn)。

方案6：如圖7所示，在溫度計兩端裝入金屬絲，溫度升高，液柱上升，當(dāng)溫度上升到上端金屬絲所指溫度時，左側(cè)電路閉合，電磁鐵線圈就有電流通過，電磁鐵產(chǎn)生磁性吸引銜鐵，使觸點(diǎn)開關(guān)閉合，右側(cè)電路閉合，電鈴響，發(fā)出報警信號。

學(xué)生反思：如圖8所示，連接聲音報警電路，將導(dǎo)線一側(cè)插入加入食鹽的玻璃瓶中，將玻璃瓶放入熱水中，隨著液柱升高，與另一導(dǎo)線接觸，此時閉合開關(guān)，電鈴不響。說明即使加入鹽水，導(dǎo)電性依然無法同導(dǎo)線相比，因此沒有實(shí)現(xiàn)溫度計聲報警，但如果玻璃瓶中裝入水銀，導(dǎo)電性能加強(qiáng)，則閉合開關(guān)后，電鈴響而實(shí)現(xiàn)聲報警?；蛘邔襞荨㈦娾徏皽囟扔嬤B入同一閉合電路中，只要導(dǎo)電性好，可實(shí)現(xiàn)聲光報警。

【教后反思】

學(xué)生的知識基礎(chǔ)主要是掌握物態(tài)變化的相關(guān)知識，對浮力、電路、杠桿、電磁轉(zhuǎn)換等相應(yīng)知識完全是生活經(jīng)驗(yàn)的積累或閱讀科普知識獲得，但學(xué)生的設(shè)計著實(shí)讓老師大開眼界。

首先，本次學(xué)生活動中，教師僅僅是對學(xué)生提出制作的總體要求，并未參與到學(xué)生的具體制作過程之中，直到上課學(xué)生展示時，教師才真正欣賞到學(xué)生的成果;其次，通過學(xué)生的現(xiàn)場匯報可知，他們切實(shí)經(jīng)歷了“設(shè)計方案—自選材料—動手制作—測試效果—反思原因—調(diào)整方案—優(yōu)化設(shè)計—完善制作”等的一系列過程。經(jīng)歷設(shè)計與制作的過程，學(xué)生切實(shí)感受到每一項制作與創(chuàng)造并非都是一步完成，要經(jīng)歷反復(fù)改進(jìn)、完善及優(yōu)化的過程，同時也讓學(xué)生感受到系統(tǒng)學(xué)習(xí)物理知識的重要性以及自己知識的不足。通過動手參與、親歷制作，學(xué)生獲得的不僅僅是知識的鞏固與完善，更多的是思維與能力的提升。

3? ? 教學(xué)總結(jié)

跨學(xué)科融合教學(xué)，讓學(xué)生切實(shí)感受到學(xué)科之間知識的內(nèi)在聯(lián)系?？茖W(xué)探究不僅僅是在課堂上進(jìn)行一次演示實(shí)驗(yàn)，或是學(xué)生到講臺進(jìn)行一次簡單的操作，更重要的是讓學(xué)生經(jīng)歷設(shè)計、探究、制作、評估、優(yōu)化的過程，知道如何完善習(xí)得的知識，如何將知識應(yīng)用于生活實(shí)際，正所謂從生活走向物理，從物理走向社會。學(xué)生在經(jīng)歷了開發(fā)與設(shè)計、制作與創(chuàng)造、展示與匯報、交流與合作等一系列環(huán)節(jié)，很大程度上激發(fā)了他們學(xué)習(xí)與探索的欲望和積極性，同時對已有知識的理解會更加深刻，對思維能力的提升會更加有效，對科學(xué)方法的掌握會更加切實(shí)。因此，教師應(yīng)注重科學(xué)探究式教學(xué)，創(chuàng)造學(xué)科融合教學(xué)的機(jī)會，重視學(xué)生的動手設(shè)計與制作，利用手邊的物品“變廢為寶”，充分發(fā)揮學(xué)生的能動性，讓學(xué)生從探索中掌握知識，從實(shí)踐中提升能力。

總之，教師要把教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生已有的知識和經(jīng)驗(yàn)有機(jī)結(jié)合起來，合理創(chuàng)造學(xué)科融合教學(xué)情境，加強(qiáng)教學(xué)資源的合理整合、注重實(shí)驗(yàn)的開發(fā)與設(shè)計、充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，讓學(xué)生經(jīng)歷合作、設(shè)計、制作、評估、優(yōu)化的過程，在掌握知識的同時不斷提升思維與能力水平，力爭做到讓學(xué)生將知識有效應(yīng)用于探究，在創(chuàng)造中提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄒玉.核心素養(yǎng)下物理概念教學(xué)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計——關(guān)于“杠桿力臂教學(xué)”的思考與設(shè)計[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2020，49（7）：24-27.

[2]中華人民共和國教育部.義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）[S].北京：北京師范大學(xué)出版社，2022：2-5.

（欄目編輯? ? 李富強(qiáng)）