初中物理跨學(xué)科實(shí)踐方案設(shè)計(jì)策略

陳海濤

（蘇州市吳江區(qū)蘇州灣外國(guó)語學(xué)校，江蘇 蘇州 215021）

義務(wù)教育《物理課程標(biāo)準(zhǔn)》（2022年版）在“課程內(nèi)容”板塊首次把“跨學(xué)科實(shí)踐”和“物質(zhì)”“能量”等內(nèi)容并列、平行對(duì)待，作為“課程內(nèi)容”板塊的5大內(nèi)容之一；首次突出了“跨學(xué)科實(shí)踐”的重要性.如何設(shè)計(jì)初中物理跨學(xué)科實(shí)踐方案？這對(duì)大多數(shù)初中物理教師而言，都是新事物、新挑戰(zhàn).下面，筆者把這方面的探索與實(shí)踐與大家共享.

1 厘清設(shè)計(jì)背景，合理選題

要設(shè)計(jì)優(yōu)質(zhì)的跨學(xué)科實(shí)踐方案，教師就要知其所以然，熟悉跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)的產(chǎn)生背景.在目前的義務(wù)教育實(shí)踐中，“學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感、創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力較為薄弱”，［1］義務(wù)教育《物理課程標(biāo)準(zhǔn)》（2022年版）把跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)的功能定位在“旨在發(fā)展學(xué)生跨學(xué)科運(yùn)用知識(shí)的能力、分析和解決問題的綜合能力、動(dòng)手操作的實(shí)踐能力，培養(yǎng)學(xué)生積極認(rèn)真的學(xué)習(xí)態(tài)度和樂于實(shí)踐、敢于創(chuàng)新的精神”.［2］如果這一目標(biāo)能夠達(dá)成，將對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新和實(shí)踐等能力發(fā)展有較大的改觀，我們培養(yǎng)的學(xué)生也不再是善于做題的機(jī)器，而是善于探究、能在實(shí)踐中解決具體問題、能適應(yīng)未來生活挑戰(zhàn)的、具有社會(huì)責(zé)任感的時(shí)代青年.

教師在進(jìn)行跨學(xué)科實(shí)踐選題時(shí)，應(yīng)該明確跨學(xué)科實(shí)踐的教育目標(biāo)，牢牢把握“綜合、實(shí)踐、創(chuàng)新、態(tài)度、責(zé)任”這些關(guān)鍵詞，讓自己設(shè)計(jì)的方案不至于隔靴搔癢或是無的放矢，選題才能合理.新課標(biāo)中提供了“情境素材建議”，建議教師可以從日常生活、工程實(shí)踐和社會(huì)發(fā)展中選擇適切的課題.

另外，需要指出的是，初中物理跨學(xué)科實(shí)踐并不是全新的內(nèi)容，不僅國(guó)外基礎(chǔ)教育中有不少案例可以借鑒，而且我國(guó)之前的部分義務(wù)教育教材中也有涉及.比如在蘇科版初中物理教材中，物理學(xué)科綜合實(shí)踐活動(dòng)就聯(lián)系緊密，該綜合實(shí)踐活動(dòng)具有以下特點(diǎn)：“① 以物理知識(shí)和科學(xué)方法為基礎(chǔ)；② 實(shí)現(xiàn)物理學(xué)科內(nèi)的綜合和跨學(xué)科的綜合，與生活、技術(shù)、社會(huì)相聯(lián)系；③ 需要有相對(duì)全面的實(shí)踐過程（如有較為完整的課題探究或技術(shù)設(shè)計(jì)過程）；④ 必修與選修的結(jié)合（所有學(xué)生都必須參與綜合實(shí)踐活動(dòng)學(xué)習(xí)，但課題的數(shù)量和內(nèi)容由各組學(xué)生自己選擇）；⑤ 課內(nèi)與課外結(jié)合，主要任務(wù)在課外通過小組合作完成.”［3］這和2022年新課標(biāo)中跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)的育人目標(biāo)一致，實(shí)施路徑也大同小異.所以，之前的物理學(xué)科綜合實(shí)踐活動(dòng)研究成果仍然可以作為重要參考，在選題時(shí)完全可以參考之前的研究，比如蘇科版初中物理教材中的“制作一個(gè)醫(yī)用冷藏盒”“設(shè)計(jì)病房呼叫電路”等綜合實(shí)踐課題，仍然是不錯(cuò)的跨學(xué)科實(shí)踐課題.

2 借助思維導(dǎo)圖，初設(shè)框架

在選好跨學(xué)科實(shí)踐的題目后，可借助思維導(dǎo)圖，設(shè)計(jì)整個(gè)方案的實(shí)施框架.這樣既容易打開思路，又比較直觀.例如“溫度”跨學(xué)科方案可做如下設(shè)計(jì).

如圖1所示，首先要明確活動(dòng)目的，初步確定整個(gè)方案的學(xué)習(xí)目標(biāo)包括以下幾個(gè)方面.［4］① 物理觀念：通過調(diào)查溫度對(duì)人類生產(chǎn)、生活的影響，拓展學(xué)習(xí)和溫度相關(guān)的知識(shí)，加深對(duì)溫度的認(rèn)識(shí)；② 科學(xué)思維：通過一系列的實(shí)踐活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用知識(shí)分析和解決問題的綜合能力、建模能力、創(chuàng)新能力等；③ 科學(xué)探究：通過調(diào)查溫度變化對(duì)人類或大自然的影響，通過動(dòng)手制作測(cè)溫裝置或其他探究活動(dòng)，讓學(xué)生經(jīng)歷比較完整的探究挑戰(zhàn)，培養(yǎng)學(xué)生從提問到評(píng)估、交流等深度探究能力；④ 科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：通過探究溫度與環(huán)境的關(guān)系，激勵(lì)學(xué)生關(guān)注全人類發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生樹立可持續(xù)發(fā)展的觀念.需要說明的是，學(xué)習(xí)目標(biāo)的制定不是憑空產(chǎn)生的，是基于教師已有的經(jīng)驗(yàn)初步確定的，有時(shí)候?yàn)榱酥朴喐侠淼膶W(xué)習(xí)目標(biāo)，教師要先大概篩選方案中可選用的內(nèi)容后，再依托內(nèi)容制定學(xué)習(xí)目標(biāo).學(xué)習(xí)目標(biāo)也可以根據(jù)方案設(shè)計(jì)的逐漸深入而適當(dāng)調(diào)整.

圖1 “溫度”思維導(dǎo)圖

初步確定學(xué)習(xí)目標(biāo)后，教師就可以穿越古今、橫貫中外，結(jié)合學(xué)生實(shí)際，借助思維導(dǎo)圖合理“織網(wǎng)”，初步確定方案具體內(nèi)容.面對(duì)初中生，教師可以為學(xué)生做一些“知識(shí)準(zhǔn)備”，讓學(xué)生了解或檢索一些課本以外知識(shí)（有的就是跨學(xué)科知識(shí)或高年級(jí)知識(shí)），可以節(jié)省學(xué)生不少時(shí)間.再者，方案內(nèi)容的選擇要鎖定學(xué)生的興趣，尊重學(xué)生的個(gè)性，最好能圍繞學(xué)生身邊熱點(diǎn)選取，且有利于學(xué)生正確觀念的形成.為此，“溫度”方案選擇了“溫度與健康”“溫度與環(huán)境”“制冷與制熱”“恒溫小屋”4大板塊，如圖1所示，涵蓋了“日常生活、工程實(shí)踐和社會(huì)發(fā)展”3大方面的內(nèi)容，為不同的學(xué)生提供了不同的選擇.這樣可以使方案實(shí)施的“彈性”較好.同一班級(jí)的學(xué)生可根據(jù)興趣分成不同小組有選擇性地完成，最后學(xué)生在匯報(bào)時(shí)可以組間相互分享、彼此促進(jìn)，匯報(bào)過程將很精彩.如果整個(gè)年級(jí)同時(shí)進(jìn)行“溫度”的跨學(xué)科實(shí)踐，那么可以協(xié)調(diào)行動(dòng)，讓整個(gè)年級(jí)的學(xué)生同時(shí)分享、交流，那么效果會(huì)更好、效應(yīng)會(huì)更大.在方案設(shè)計(jì)的過程中，不同“板塊”之間還可以交叉設(shè)計(jì)，比如把“恒溫小屋”和“溫度與環(huán)境”兩個(gè)板塊進(jìn)行組合，學(xué)生在進(jìn)行跨學(xué)科實(shí)踐時(shí)視角又會(huì)有所不同，利用思維導(dǎo)圖進(jìn)行“交叉設(shè)計(jì)”，很容易創(chuàng)生出新的內(nèi)容.

3 結(jié)合學(xué)生基礎(chǔ)，充實(shí)內(nèi)容

在框架的基礎(chǔ)上，可以結(jié)合學(xué)生的特點(diǎn)和地域特點(diǎn)，有針對(duì)性地完善方案中的具體內(nèi)容.比如在圖1中，“溫度與健康”板塊可以設(shè)置如下跨學(xué)科實(shí)踐內(nèi)容供學(xué)生選擇：人體體溫是怎么調(diào)節(jié)的；恒溫動(dòng)物、變溫動(dòng)物和異溫動(dòng)物的區(qū)別；動(dòng)物體內(nèi)的“能量工廠”——線粒體是怎么工作的；調(diào)查溫度計(jì)的發(fā)展史；制作溫度計(jì)；嘗試構(gòu)建寒冷環(huán)境和炎熱環(huán)境下人體體溫調(diào)節(jié)的模型；模擬搶救高溫中暑患者；模擬搶救體溫過低患者……教師在指導(dǎo)學(xué)生選擇時(shí)，既要考慮因地制宜，即考慮方案實(shí)施的可行性；又要考慮因材施教，即考慮學(xué)生的基礎(chǔ)，讓學(xué)生有能力充分實(shí)施方案.就拿溫度計(jì)制作來說：基礎(chǔ)弱的學(xué)?？梢灾笇?dǎo)學(xué)生制作簡(jiǎn)易的溫度計(jì)，用小藥瓶、吸管和紅墨水就可以做到；而條件好的學(xué)?？梢灾笇?dǎo)學(xué)生制作一個(gè)電子溫度計(jì)，如圖2所示，要用到單片機(jī)、溫度傳感器、段碼液晶片、紐扣電池、微動(dòng)開關(guān)等.再拿寒冷地方的學(xué)生來說，可以優(yōu)先考慮嘗試構(gòu)建寒冷環(huán)境下人體體溫調(diào)節(jié)的模型，或優(yōu)先模擬搶救體溫過低患者.

圖2 電子溫度計(jì)選材

對(duì)于圖1中另外幾個(gè)板塊，教師可以提供如下內(nèi)容讓學(xué)生選擇——“溫度與環(huán)境”：查詢本地有記錄以來的溫度記錄，用電腦繪制圖像，嘗試從其中找出規(guī)律；溫室效應(yīng)加劇對(duì)全球動(dòng)植物生存有沒有不良影響？溫室效應(yīng)加劇對(duì)本地環(huán)境帶來什么變化（如蘇州、無錫地區(qū)的太湖藍(lán)藻問題）？溫度升高對(duì)本地電力供應(yīng)帶來什么挑戰(zhàn)？溫度升高是否帶來本地的水域污染？溫度變化對(duì)本地種植或養(yǎng)殖有何影響？“制冷與制熱”：查閱古人在夏天是怎樣制冷的；學(xué)習(xí)做一把精致的小折扇（有條件的學(xué)校可以嘗試用激光雕刻機(jī)制作雕花扇骨，或是3D打印制作扇骨；條件一般的學(xué)校則可以純手工制作）；調(diào)查電風(fēng)扇的發(fā)展史；自制微型電風(fēng)扇；設(shè)計(jì)一臺(tái)新功能電扇；調(diào)查空調(diào)使用的利和弊；調(diào)查國(guó)產(chǎn)品牌與國(guó)外品牌空調(diào)、冰箱的銷售情況，看看有什么規(guī)律？用礦泉水瓶、泡沫塑料箱自制簡(jiǎn)易“制冷空調(diào)”；用鐵粉、活性炭、水、NaCl、蛭石粉等材料自制暖寶寶；嘗試用兩種以上的方法“鉆木取火”；走訪商場(chǎng)，看看銷售的電取暖器是利用什么原理工作的？有什么新功能？“恒溫小屋”：調(diào)查現(xiàn)代的恒溫住宅為什么能恒溫？恒溫住宅有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？恒溫住宅對(duì)人體健康有哪些影響？恒溫住宅的環(huán)保情況如何？制作一個(gè)恒溫小屋模型……

總之，在確定跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)內(nèi)容時(shí)要考慮可行性，新課標(biāo)中也給出了要“科學(xué)引導(dǎo)、循序漸進(jìn)實(shí)施跨學(xué)科實(shí)踐”的教學(xué)策略建議.教師要結(jié)合校情、學(xué)情、經(jīng)濟(jì)能力、安全性等多方面因素綜合制訂方案內(nèi)容，形式盡量豐富點(diǎn)，調(diào)查類、制作類、探究類、社會(huì)實(shí)踐類最好都能有一些；難度也要適中，讓學(xué)生在活動(dòng)中有挑戰(zhàn)、有所成就；學(xué)生如果能提出合適的研究問題，也可以讓學(xué)生自行選擇.大家還要辯證地看待“跨學(xué)科”這一要求，方案能跨學(xué)科自然不是壞事，但是當(dāng)條件還不太具備時(shí)，先在物理學(xué)科范疇內(nèi)扎實(shí)地做一些實(shí)踐活動(dòng)也是進(jìn)步.另外，在充實(shí)方案內(nèi)容時(shí)，根據(jù)實(shí)踐內(nèi)容的選擇可重新修訂學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)和方案的框架，使得圖1中呈現(xiàn)的內(nèi)容更加合理.

4 注重實(shí)施過程，評(píng)價(jià)引導(dǎo)

實(shí)施是方案落實(shí)的重要環(huán)節(jié)，也是檢驗(yàn)方案是否可行的環(huán)節(jié).跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)因?yàn)橐婕安煌膶W(xué)科知識(shí)，其復(fù)雜性更大，在具體實(shí)施時(shí)更要注重一些基本策略，否則擬定再好的方案計(jì)劃也是空中樓閣.下面以“橡皮筋測(cè)力計(jì)的制作”為例，探討在推進(jìn)學(xué)生跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)時(shí)應(yīng)該如何應(yīng)對(duì).

“橡皮筋測(cè)力計(jì)的制作”是蘇科版8下物理課本中的內(nèi)容，屬于學(xué)生課后的小制作，編者的意圖是要增加學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐的機(jī)會(huì)，培養(yǎng)學(xué)生綜合能力.筆者在教學(xué)時(shí)曾要求學(xué)生參考課本中要求，利用周末時(shí)間自制一個(gè)橡皮筋測(cè)力計(jì)，沒有做多少指導(dǎo).結(jié)果學(xué)生提交上來的橡皮筋測(cè)力計(jì)是“五花八門”“千差萬別”，如圖3所示.有的制作明顯是錯(cuò)誤的.

圖3 初級(jí)版橡皮筋測(cè)力計(jì)

比如“刻度均勻”等；有的制作過于粗制濫造，應(yīng)付了事.筆者進(jìn)行了深刻的反思，發(fā)覺是對(duì)學(xué)生的指導(dǎo)策略不對(duì)造成的，于是立刻進(jìn)行了調(diào)整.先利用課上時(shí)間進(jìn)行動(dòng)員，讓學(xué)生明白為什么要參加實(shí)踐活動(dòng)，同時(shí)還公布了評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)施指導(dǎo)和激勵(lì)措施——① 制作的測(cè)力計(jì)要求兼顧“科學(xué)性、實(shí)用性（量程盡量大、測(cè)量盡量靈敏）和美觀性”.② 分組匯報(bào)，要求制作PPT，匯報(bào)從最初的制作一直到最后的成品過程，匯報(bào)各組的思考、反思、努力和創(chuàng)新之處，還要給自制測(cè)力計(jì)配使用說明書.③ 最終展示實(shí)物，評(píng)價(jià)高的將被授予證書和小獎(jiǎng)品（以精神獎(jiǎng)勵(lì)為主）.另外，筆者還指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)中創(chuàng)新的利器：“創(chuàng)造性實(shí)驗(yàn)反思策略”，包括以下幾點(diǎn)：① 能否借用？即能否借用其他實(shí)驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)？有無與過去實(shí)驗(yàn)相似的東西？能否模仿點(diǎn)什么？② 能否改變？即實(shí)驗(yàn)的器材、步驟、測(cè)量方法、數(shù)據(jù)處理等能否作其他改變？③ 能否代用？即能否用其他實(shí)驗(yàn)原理、其他動(dòng)力、其他場(chǎng)所、其他方法等取而代之？④ 能否組合？即整套實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)方案是否統(tǒng)一協(xié)調(diào)，能否進(jìn)行適當(dāng)?shù)亟M合？能否和其他實(shí)驗(yàn)進(jìn)行組合？其他人的實(shí)驗(yàn)主張能否綜合？其他人的新實(shí)驗(yàn)設(shè)想能否綜合？⑤ 能否擴(kuò)大？即實(shí)驗(yàn)中能否增加什么？實(shí)驗(yàn)的器材、步驟、時(shí)間、次數(shù)、溫度、壓強(qiáng)、質(zhì)量、聲音、光照、長(zhǎng)度、厚度等能否增加？實(shí)驗(yàn)的附加價(jià)值能否擴(kuò)大？⑥ 能否縮??？即實(shí)驗(yàn)中能否減少什么？實(shí)驗(yàn)器材能否再小點(diǎn)、濃縮、微型化、再低些、再輕些？實(shí)驗(yàn)步驟能否再省略些？實(shí)驗(yàn)裝置能否采取內(nèi)裝？⑦ 能否重新調(diào)整？即可否更換部分實(shí)驗(yàn)器材，用其他的型號(hào)、種類，用其他設(shè)計(jì)方案，用其他順序？能否調(diào)整速度？能否調(diào)整程序？⑧ 能否顛倒過來？即可否變換正負(fù)，顛倒方位？思考反向有何作用？⑨ 有無其他用途？即現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)還有沒有新的用途？或稍加改進(jìn)能否擴(kuò)大它的用途？［5］

在做了這些補(bǔ)救措施后，還增加了“過程匯報(bào)”這一重要環(huán)節(jié)，要求每組組長(zhǎng)每周至少匯報(bào)一次活動(dòng)的進(jìn)展.在聽學(xué)生匯報(bào)時(shí)（實(shí)質(zhì)上是“中期評(píng)估”），多鼓勵(lì)，適當(dāng)指導(dǎo)，激勵(lì)學(xué)生大膽嘗試和創(chuàng)新，把“創(chuàng)造性實(shí)驗(yàn)反思策略”用好，敢于想象，敢于創(chuàng)新，敢于跨學(xué)科嘗試.經(jīng)過幾周的努力，各組學(xué)生絞盡腦汁，展示的作品也非常驚人，有的組把3D打印都用起來了，還拓展了測(cè)力計(jì)的功能，用于測(cè)液體密度等，如圖4所示.本產(chǎn)品一共有3個(gè)部分皆為圓柱體，其中主體上有一個(gè)長(zhǎng)條形的凹桶顯示示數(shù).在主體上有4個(gè)圓形小凹桶深度為9 mm，直徑26 mm用來放入圓柱形磁鐵.

圖4 用3D打印制作的測(cè)力計(jì)

學(xué)生在活動(dòng)中充分利用了生活經(jīng)驗(yàn)和各種資源，無意中從學(xué)科課后小制作演變?yōu)榭鐚W(xué)科實(shí)踐活動(dòng)，學(xué)生的探究能力、組織能力、創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力都得到了很好的鍛煉.學(xué)生在最終匯報(bào)時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)聽取匯報(bào)的蘇州大學(xué)教授和蘇州市教科院專家給予了高度的評(píng)價(jià).

對(duì)于“溫度”方案的實(shí)施來說，也可借鑒上述經(jīng)驗(yàn)，必須做好學(xué)生動(dòng)員，讓學(xué)生選擇自己喜歡的項(xiàng)目參加實(shí)踐，既可以做日常生活方面的，也可以做工程實(shí)踐或社會(huì)發(fā)展方面的.既可以做調(diào)查類的，也可以做探究類的、制作類的或社會(huì)實(shí)踐類的.教師在指導(dǎo)學(xué)生選題階段，一定要同時(shí)公布跨學(xué)科實(shí)踐的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，明確學(xué)生努力的方向.標(biāo)準(zhǔn)需要根據(jù)不同的實(shí)踐活動(dòng)靈活制定，難度也不要太大，注意循序漸進(jìn)，讓學(xué)生“跳一跳、摘桃子”.比如學(xué)生如果選擇“自制暖寶寶”，標(biāo)準(zhǔn)可以圍繞“發(fā)熱時(shí)間長(zhǎng)短、溫度高低控制、暖寶寶的美觀性、安全性、便攜性”展開.教師在學(xué)生活動(dòng)的過程中，還需要做好“跟進(jìn)指導(dǎo)”，適當(dāng)?shù)刈龊谩爸衅谠u(píng)估”，進(jìn)行必要的中期評(píng)價(jià)和激勵(lì)，推動(dòng)學(xué)生實(shí)踐活動(dòng)深入開展，最后組織好學(xué)生進(jìn)行展示，并給予鼓勵(lì)性的評(píng)價(jià).特別需要強(qiáng)調(diào)的是，如果教師的“跟進(jìn)指導(dǎo)”和“中期評(píng)估”跟不上，大多數(shù)學(xué)生會(huì)應(yīng)付了事，因?yàn)榭鐚W(xué)科實(shí)踐活動(dòng)的周期較長(zhǎng)、難度較大，學(xué)生遇阻容易退卻和放棄，會(huì)導(dǎo)致活動(dòng)開展失敗.還有，開展跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)可以適當(dāng)突出活動(dòng)的重點(diǎn)，突出“學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感、創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力”的培養(yǎng)，教師在制定評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)可給予一定的傾斜，彌補(bǔ)學(xué)生平時(shí)發(fā)展的一些不足之處.

綜上所述，初中物理跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)方案設(shè)計(jì)可歸納為圖5所示框圖，大家在設(shè)計(jì)物理跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)時(shí)可以靈活借鑒.

圖5 初中物理跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)方案設(shè)計(jì)框圖