基于項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的物理跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)*
——以“物理+音樂”跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)為例

張小海 李玉芳

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022 年版）》中的一級(jí)主題增加了“實(shí)驗(yàn)探究”和“跨學(xué)科實(shí)踐”，要求教師走出物理的邊界，設(shè)立以跨學(xué)科為主題的項(xiàng)目化學(xué)習(xí)活動(dòng)，在學(xué)生參與適當(dāng)科學(xué)實(shí)踐的同時(shí)完成跨學(xué)科概念的拓展。

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的一般特點(diǎn)是主題明確，情境真實(shí)而具體，內(nèi)容上體現(xiàn)綜合性，學(xué)習(xí)方式多樣化且強(qiáng)調(diào)協(xié)作等，體現(xiàn)了以學(xué)習(xí)者為中心的教育理念。筆者嘗試進(jìn)行物理與音樂的跨學(xué)科教學(xué)活動(dòng)，在項(xiàng)目化學(xué)習(xí)中讓學(xué)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(shí)，從而提高學(xué)生問題解決能力、動(dòng)手操作能力和跨學(xué)科思維能力。

一、基于項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的跨學(xué)科綜合實(shí)踐活動(dòng)的意義

綜合實(shí)踐活動(dòng)是設(shè)立以跨學(xué)科為主題的項(xiàng)目化學(xué)習(xí)活動(dòng)的一種重要方式，根據(jù)物理與所跨學(xué)科的切合點(diǎn)設(shè)計(jì)并編制物理實(shí)踐活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生用物理知識(shí)解決所跨學(xué)科的認(rèn)知和實(shí)踐問題，達(dá)成學(xué)科知識(shí)融合和學(xué)生思維能力提升的綜合性目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)學(xué)以致用、學(xué)思結(jié)合、知行合一的目的。

由于物理學(xué)與日常生活、工程實(shí)踐、社會(huì)發(fā)展等都有著密不可分的聯(lián)系，因此，教師在設(shè)計(jì)項(xiàng)目化學(xué)習(xí)活動(dòng)時(shí)，應(yīng)聯(lián)系學(xué)生的生活，貼近學(xué)生的既有經(jīng)驗(yàn)，選擇或創(chuàng)設(shè)合理的真實(shí)情境。同時(shí)，在此過程中，教師應(yīng)以學(xué)生的探究性學(xué)習(xí)為主線，抓住探究學(xué)習(xí)的關(guān)鍵程序和能力，強(qiáng)調(diào)過程中的質(zhì)疑和反思、交流和討論、探索和創(chuàng)造。經(jīng)此過程，學(xué)生能有效建立跨學(xué)科思維模式，進(jìn)行深度學(xué)習(xí)。

二、“自制樂器”的跨學(xué)科教學(xué)實(shí)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(xué)科有很多聯(lián)系。筆者設(shè)計(jì)了“利用身邊材料自制樂器”這一跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)，將物理和音樂兩門學(xué)科融合起來。

（一）創(chuàng)設(shè)真實(shí)而具體的情境

八年級(jí)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(xué)生在欣賞音樂的同時(shí)，會(huì)被復(fù)雜、抽象的樂理知識(shí)所困擾，但對(duì)能發(fā)聲的樂器產(chǎn)生了濃厚的興趣。筆者考慮到學(xué)生已經(jīng)在物理課堂中學(xué)習(xí)過“聲現(xiàn)象”的相關(guān)知識(shí)，如果把物理和音樂融合起來，讓學(xué)生把相關(guān)知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際中去，應(yīng)該會(huì)促進(jìn)學(xué)生對(duì)兩個(gè)學(xué)科知識(shí)的理解。

筆者通過音樂老師了解到，很多學(xué)生把握不準(zhǔn)所學(xué)樂器的音準(zhǔn)，這和他們對(duì)樂器的構(gòu)造和發(fā)聲方式等不是很了解有關(guān)。筆者和音樂老師便商定了讓學(xué)生在寒假期間利用身邊材料制作簡易樂器這一跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)。學(xué)生大多都知道聲音是由物體振動(dòng)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(duì)學(xué)生提出了更高的要求。他們需要了解對(duì)應(yīng)樂器的發(fā)聲方式，篩選不同的材料，制作出合適的結(jié)構(gòu)等，在參與制作的過程中，學(xué)生也就自然而然地把學(xué)科知識(shí)運(yùn)用到其中。

（二）分析實(shí)際問題，設(shè)計(jì)解決方案

由于樂器種類繁多，學(xué)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(jié)出學(xué)生在制作過程中遇到的實(shí)際問題主要有三方面：材料選擇、結(jié)構(gòu)制作和音樂演奏。筆者由此出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生利用物理知識(shí)解決實(shí)際問題，鍛煉學(xué)生的思維能力和動(dòng)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(zhǔn)備的材料有硬紙板、塑料板、鋁片、鐵片等。

師：請(qǐng)你們做實(shí)驗(yàn)對(duì)比一下，找出這幾種材料的優(yōu)缺點(diǎn)。

（學(xué)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(dòng)，記錄聲音的特點(diǎn)。）

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(zhì)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(shí)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(qǐng)家長幫助加工。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生通過自主探究來選擇簧片制作材料，既能深刻地認(rèn)識(shí)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(huì)到工藝發(fā)展的艱辛與不易。同時(shí)，學(xué)生在探究的過程中，運(yùn)用了控制變量的思想，發(fā)展了思維能力，并通過對(duì)比觀察，選擇出更合適的制作材料，為綜合實(shí)踐活動(dòng)的順利開展提供了有力依據(jù)。

2.結(jié)構(gòu)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(dòng)產(chǎn)生的。

師：那怎樣讓你們用鐵片制作的簧片振動(dòng)發(fā)聲比較好呢？

生：我們可以用手撥動(dòng)或者用小錘敲擊。

師：那我們來動(dòng)手實(shí)驗(yàn)下，對(duì)比兩種方式的具體發(fā)聲效果。

（學(xué)生分別采取兩種方式來彈奏制作好的簧片。）

生：用手撥動(dòng)比較方便，相鄰簧片間距太小，小錘難以準(zhǔn)確敲擊到對(duì)應(yīng)簧片。但是，兩種彈奏方式都無法準(zhǔn)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(gè)帶有固定凸起塊的滾軸，滾軸滾動(dòng)時(shí)，自動(dòng)撥動(dòng)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?cè)撊绾巫対L軸滾動(dòng)起來呢？

生：我可以用樂高組裝出一個(gè)搖柄，固定在滾軸上，搖柄離滾軸中心遠(yuǎn)一點(diǎn)，撥動(dòng)簧片時(shí)就能更省力。

設(shè)計(jì)意圖：由于對(duì)八音盒的構(gòu)造沒有深入了解，學(xué)生對(duì)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(rèn)識(shí)到引起物體振動(dòng)發(fā)聲的方式很多。學(xué)生通過搖柄的制作，也學(xué)習(xí)到了輪軸的知識(shí)，這樣既拓寬了學(xué)生的視野，也讓他們了解到工藝制作的復(fù)雜多變，體會(huì)到“從物理走向社會(huì)”的真諦。

3.音樂演奏

師：請(qǐng)同學(xué)們用制作好的八音盒演奏一段樂曲。

（學(xué)生展示）

師：多么動(dòng)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(dòng)的幅度變大，聲音的響度也會(huì)變大。

生2：可以再安裝一個(gè)共鳴箱，使聲音疊加起來，增強(qiáng)原聲。

…………

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生通過演奏自己制作的樂器，可以樹立物理學(xué)習(xí)的自信心，培養(yǎng)探索鉆研知識(shí)的興趣。在實(shí)際演奏中，學(xué)生根據(jù)所聽樂曲的效果，可以進(jìn)一步了解樂器制作過程中存在的問題和改進(jìn)的方向。以問題為驅(qū)動(dòng)，激發(fā)學(xué)生的探索興趣，鍛煉學(xué)生利用跨學(xué)科思維解決問題的能力。通過不斷的動(dòng)腦思考、動(dòng)手實(shí)踐，學(xué)生進(jìn)一步把學(xué)科知識(shí)融合起來。

（三）成果展示總結(jié)，思維拓展成長

師：請(qǐng)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(gè)小組制作的樂器都很棒??！那么，現(xiàn)在請(qǐng)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(shí)彈奏的吉他竟然蘊(yùn)藏著這么多的物理知識(shí)，每一個(gè)小誤差都可能導(dǎo)致音質(zhì)的變化，所以我們?cè)诩业牟牧线x擇和安裝上花費(fèi)了很多時(shí)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(jìn)行固定，這些都讓我們的動(dòng)手能力變強(qiáng)，也讓我們?cè)谝淮未蔚氖≈胁粩噱N煉心態(tài)，持之以恒。

八音盒組：在簧片的制作過程中，我們請(qǐng)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(jìn)行了組裝。我們發(fā)現(xiàn)，物理不只是書本上的知識(shí)，還可以往外延伸很多，這讓我們對(duì)物理的學(xué)習(xí)更有興趣了！

…………

師：請(qǐng)各位同學(xué)和聽課老師將你認(rèn)為樂器制作最優(yōu)秀的一組寫在投票紙上進(jìn)行投票，參與樂器制作的同學(xué)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(rèn)可。

設(shè)計(jì)意圖：參與樂器制作的學(xué)生通過講解選擇制作該樂器的緣由、團(tuán)隊(duì)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(jìn)一步回顧和思考自己在項(xiàng)目學(xué)習(xí)過程中的得與失，也讓其他同學(xué)和老師了解到每組成員的參與度、完成度等，每個(gè)聽課成員都能根據(jù)自己所了解的信息進(jìn)行較為準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)。這種個(gè)人與他人評(píng)價(jià)相結(jié)合、過程與結(jié)果評(píng)價(jià)相結(jié)合、理論和實(shí)際操作相結(jié)合的綜合性評(píng)價(jià)機(jī)制，可以幫助學(xué)生總結(jié)知識(shí)、提升認(rèn)知，讓學(xué)生的學(xué)科思維得到進(jìn)一步優(yōu)化，核心素養(yǎng)得到鍛煉，學(xué)習(xí)興趣再次激發(fā)，達(dá)成深度學(xué)習(xí)的目的。

三、初中物理跨學(xué)科綜合實(shí)踐活動(dòng)的思考

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

一是如何進(jìn)行有效設(shè)計(jì)。本活動(dòng)的設(shè)計(jì)初衷是運(yùn)用物理知識(shí)來解決音樂學(xué)科學(xué)習(xí)中存在的問題，那又該如何用音樂知識(shí)來解決物理學(xué)科學(xué)習(xí)中存在的問題呢？以此類推，又該如何設(shè)計(jì)活動(dòng)讓學(xué)生從多個(gè)學(xué)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(xué)科的特點(diǎn)，更有針對(duì)性地去設(shè)計(jì)跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)的學(xué)習(xí)項(xiàng)目。

二是如何提高學(xué)生的參與度。實(shí)踐活動(dòng)的設(shè)計(jì)要考慮學(xué)生的操作時(shí)間和空間問題，不能超出學(xué)生現(xiàn)有的條件，否則項(xiàng)目活動(dòng)無法順利完成；學(xué)生的分工也要安排好，確保每個(gè)人都能發(fā)揮自己的特點(diǎn)，有所展示和收獲。

三是如何進(jìn)行有效評(píng)價(jià)。綜合實(shí)踐活動(dòng)沒有標(biāo)準(zhǔn)答案，界定學(xué)生對(duì)知識(shí)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(xué)生的制作過程，需要教師全程參與。學(xué)生的每一個(gè)想法和行動(dòng)都是他在嘗試用所學(xué)知識(shí)去解決問題，所以關(guān)鍵過程的記錄必不可少。

在初中物理跨學(xué)科綜合實(shí)踐活動(dòng)中，筆者力求從理論和實(shí)踐兩個(gè)方面同時(shí)著手，開展切實(shí)可行的活動(dòng)設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)，從中培養(yǎng)學(xué)生的跨學(xué)科思維和動(dòng)手能力，豐富活動(dòng)形式，提高教學(xué)質(zhì)量，為落實(shí)物理學(xué)科核心素養(yǎng)提供新的途徑。