基于項目化學習的物理跨學科實踐活動*
——以“物理+音樂”跨學科實踐活動為例

張小海 李玉芳

《義務教育物理課程標準（2022 年版）》中的一級主題增加了“實驗探究”和“跨學科實踐”，要求教師走出物理的邊界，設立以跨學科為主題的項目化學習活動，在學生參與適當科學實踐的同時完成跨學科概念的拓展。

項目式學習的一般特點是主題明確，情境真實而具體，內(nèi)容上體現(xiàn)綜合性，學習方式多樣化且強調(diào)協(xié)作等，體現(xiàn)了以學習者為中心的教育理念。筆者嘗試進行物理與音樂的跨學科教學活動，在項目化學習中讓學生從物理原理理解音樂現(xiàn)象，從樂器制作中深刻理解物理知識，從而提高學生問題解決能力、動手操作能力和跨學科思維能力。

一、基于項目化學習的跨學科綜合實踐活動的意義

綜合實踐活動是設立以跨學科為主題的項目化學習活動的一種重要方式，根據(jù)物理與所跨學科的切合點設計并編制物理實踐活動，引導學生用物理知識解決所跨學科的認知和實踐問題，達成學科知識融合和學生思維能力提升的綜合性目標，實現(xiàn)學以致用、學思結合、知行合一的目的。

由于物理學與日常生活、工程實踐、社會發(fā)展等都有著密不可分的聯(lián)系，因此，教師在設計項目化學習活動時，應聯(lián)系學生的生活，貼近學生的既有經(jīng)驗，選擇或創(chuàng)設合理的真實情境。同時，在此過程中，教師應以學生的探究性學習為主線，抓住探究學習的關鍵程序和能力，強調(diào)過程中的質疑和反思、交流和討論、探索和創(chuàng)造。經(jīng)此過程，學生能有效建立跨學科思維模式，進行深度學習。

二、“自制樂器”的跨學科教學實踐

初中物理“聲現(xiàn)象”一章中講到聲音的產(chǎn)生和樂音的特性，這與音樂學科有很多聯(lián)系。筆者設計了“利用身邊材料自制樂器”這一跨學科實踐活動，將物理和音樂兩門學科融合起來。

（一）創(chuàng)設真實而具體的情境

八年級音樂課中有“鍵盤上的舞蹈欣賞”和“七彩管弦”等內(nèi)容，很多學生在欣賞音樂的同時，會被復雜、抽象的樂理知識所困擾，但對能發(fā)聲的樂器產(chǎn)生了濃厚的興趣。筆者考慮到學生已經(jīng)在物理課堂中學習過“聲現(xiàn)象”的相關知識，如果把物理和音樂融合起來，讓學生把相關知識應用到實際中去，應該會促進學生對兩個學科知識的理解。

筆者通過音樂老師了解到，很多學生把握不準所學樂器的音準，這和他們對樂器的構造和發(fā)聲方式等不是很了解有關。筆者和音樂老師便商定了讓學生在寒假期間利用身邊材料制作簡易樂器這一跨學科實踐活動。學生大多都知道聲音是由物體振動產(chǎn)生的，但樂音的特性不同，帶給人的音感也不一樣。而如何利用身邊材料制作出想要的聲音，這就對學生提出了更高的要求。他們需要了解對應樂器的發(fā)聲方式，篩選不同的材料，制作出合適的結構等，在參與制作的過程中，學生也就自然而然地把學科知識運用到其中。

（二）分析實際問題，設計解決方案

由于樂器種類繁多，學生在制作過程中有著各種想法。筆者從“八音盒”這一樂器的制作過程入手，總結出學生在制作過程中遇到的實際問題主要有三方面：材料選擇、結構制作和音樂演奏。筆者由此出發(fā)，引導學生利用物理知識解決實際問題，鍛煉學生的思維能力和動手能力。

1.材料選擇

師：你們組想要自制八音盒，那你們知道八音盒的發(fā)聲體是什么嗎？

生：是里面的簧片。

師：那選擇什么材料制作比較好呢？

生：目前準備的材料有硬紙板、塑料板、鋁片、鐵片等。

師：請你們做實驗對比一下，找出這幾種材料的優(yōu)缺點。

（學生將幾種材料制作成厚度、寬窄相同的單簧片，伸出桌邊相同長度，并用同樣大小的力撥動，記錄聲音的特點。）

生：硬紙板和塑料板制作的單簧片硬度較大，方便彈奏，但聲音低沉、音質較差；鋁片制作的單簧片硬度較小，容易發(fā)生形變，不利于長時間彈奏；鐵片制作的單簧片聲音清脆，但硬度很大，較難加工。

師：那你們最終確定用什么材料呢？

生：綜合來看，我們還是選擇鐵片，可以請家長幫助加工。

設計意圖：學生通過自主探究來選擇簧片制作材料，既能深刻地認識到音調(diào)的高低受發(fā)聲體的材料、長短、橫截面積和松緊的影響，還能體會到工藝發(fā)展的艱辛與不易。同時，學生在探究的過程中，運用了控制變量的思想，發(fā)展了思維能力，并通過對比觀察，選擇出更合適的制作材料，為綜合實踐活動的順利開展提供了有力依據(jù)。

2.結構制作

師：我們都知道，聲音是怎樣產(chǎn)生的呀？

生：聲音是由物體振動產(chǎn)生的。

師：那怎樣讓你們用鐵片制作的簧片振動發(fā)聲比較好呢？

生：我們可以用手撥動或者用小錘敲擊。

師：那我們來動手實驗下，對比兩種方式的具體發(fā)聲效果。

（學生分別采取兩種方式來彈奏制作好的簧片。）

生：用手撥動比較方便，相鄰簧片間距太小，小錘難以準確敲擊到對應簧片。但是，兩種彈奏方式都無法準確控制聲音的響度，容易影響樂曲演奏的整體感和舒適感。

師：那你們還能想到別的方式來彈奏簧片嗎？

生：可以制作一個帶有固定凸起塊的滾軸，滾軸滾動時，自動撥動簧片。只要滾軸上的凸起塊相同，滾軸到簧片的距離相等，彈奏簧片產(chǎn)生的聲音的響度就能保持一致。

師：我們該如何讓滾軸滾動起來呢？

生：我可以用樂高組裝出一個搖柄，固定在滾軸上，搖柄離滾軸中心遠一點，撥動簧片時就能更省力。

設計意圖：由于對八音盒的構造沒有深入了解，學生對發(fā)聲的方式還停留在簡單的敲擊方面，后來通過查閱資料才認識到引起物體振動發(fā)聲的方式很多。學生通過搖柄的制作，也學習到了輪軸的知識，這樣既拓寬了學生的視野，也讓他們了解到工藝制作的復雜多變，體會到“從物理走向社會”的真諦。

3.音樂演奏

師：請同學們用制作好的八音盒演奏一段樂曲。

（學生展示）

師：多么動聽的聲音??！不過八音盒的聲音比較小，有什么辦法解決一下呢？

生1：可以將滾軸上的凸起塊制作得大一些，這樣簧片振動的幅度變大，聲音的響度也會變大。

生2：可以再安裝一個共鳴箱，使聲音疊加起來，增強原聲。

…………

設計意圖：學生通過演奏自己制作的樂器，可以樹立物理學習的自信心，培養(yǎng)探索鉆研知識的興趣。在實際演奏中，學生根據(jù)所聽樂曲的效果，可以進一步了解樂器制作過程中存在的問題和改進的方向。以問題為驅動，激發(fā)學生的探索興趣，鍛煉學生利用跨學科思維解決問題的能力。通過不斷的動腦思考、動手實踐，學生進一步把學科知識融合起來。

（三）成果展示總結，思維拓展成長

師：請各小組展示所制作的樂器，并演奏一段樂曲。

（各小組演奏）

師：每個小組制作的樂器都很棒??！那么，現(xiàn)在請大家來分享一下，你在自制樂器的過程中有著怎樣的想法，制作完成后又有什么收獲呢？

吉他組：沒制作之前，我們覺得制作吉他很簡單，后來才發(fā)現(xiàn)，平時彈奏的吉他竟然蘊藏著這么多的物理知識，每一個小誤差都可能導致音質的變化，所以我們在吉他弦的材料選擇和安裝上花費了很多時間，從橡皮筋到魚線再到鋼絲等，我們做了很多嘗試；在繃緊弦的過程中，螺絲釘經(jīng)常被拉歪，我們又不斷用其他物品進行固定，這些都讓我們的動手能力變強，也讓我們在一次次的失敗中不斷錘煉心態(tài)，持之以恒。

八音盒組：在簧片的制作過程中，我們請家長幫忙加工；在滾軸和齒輪的制作過程中，我們嘗試了3D 打??；在搖柄和盒體的制作過程中，我們用樂高進行了組裝。我們發(fā)現(xiàn)，物理不只是書本上的知識，還可以往外延伸很多，這讓我們對物理的學習更有興趣了！

…………

師：請各位同學和聽課老師將你認為樂器制作最優(yōu)秀的一組寫在投票紙上進行投票，參與樂器制作的同學不得給本組投票，我們來看看哪組制作的樂器更受大家的喜愛和認可。

設計意圖：參與樂器制作的學生通過講解選擇制作該樂器的緣由、團隊成員的分工、材料的選擇和制作、遇到的問題和解決方法、最終的收獲和成長等，進一步回顧和思考自己在項目學習過程中的得與失，也讓其他同學和老師了解到每組成員的參與度、完成度等，每個聽課成員都能根據(jù)自己所了解的信息進行較為準確的評價。這種個人與他人評價相結合、過程與結果評價相結合、理論和實際操作相結合的綜合性評價機制，可以幫助學生總結知識、提升認知，讓學生的學科思維得到進一步優(yōu)化，核心素養(yǎng)得到鍛煉，學習興趣再次激發(fā)，達成深度學習的目的。

三、初中物理跨學科綜合實踐活動的思考

通過物理與音樂的跨學科實踐的初步嘗試，我們可以發(fā)現(xiàn)此類型項目活動的安排和執(zhí)行并不容易。筆者認為目前存在的問題主要有以下幾方面。

一是如何進行有效設計。本活動的設計初衷是運用物理知識來解決音樂學科學習中存在的問題，那又該如何用音樂知識來解決物理學科學習中存在的問題呢？以此類推，又該如何設計活動讓學生從多個學科角度思考，從而解決問題？這需要物理教師更深入地了解其他學科的特點，更有針對性地去設計跨學科實踐活動的學習項目。

二是如何提高學生的參與度。實踐活動的設計要考慮學生的操作時間和空間問題，不能超出學生現(xiàn)有的條件，否則項目活動無法順利完成；學生的分工也要安排好，確保每個人都能發(fā)揮自己的特點，有所展示和收獲。

三是如何進行有效評價。綜合實踐活動沒有標準答案，界定學生對知識的理解和掌握的角度需要從制作過程和成果展示上入手，而如何知悉學生的制作過程，需要教師全程參與。學生的每一個想法和行動都是他在嘗試用所學知識去解決問題，所以關鍵過程的記錄必不可少。

在初中物理跨學科綜合實踐活動中，筆者力求從理論和實踐兩個方面同時著手，開展切實可行的活動設計和評價，從中培養(yǎng)學生的跨學科思維和動手能力，豐富活動形式，提高教學質量，為落實物理學科核心素養(yǎng)提供新的途徑。