“雙減”政策下初中物理跨學科主題校本作業(yè)的設(shè)計

游曉斌

注：本文系福建省寧德市基礎(chǔ)教育科學研究2022年度課題（課題立項批準號：FJNDKY22-129）成果。

隨著“雙減”政策的全面落實和新的課程標準的實施，學科之間的界限被打破，跨學科教育成為當前教育改革的重要方向之一。物理作為一門基礎(chǔ)學科，其內(nèi)容與其他學科有著密切的聯(lián)系。以“物態(tài)變化”章節(jié)為例，探索一種有效的跨學科主題校本作業(yè)設(shè)計方法，旨在為學生創(chuàng)造一個綜合運用物理知識和其他學科知識間相互溝通的橋梁。

一、結(jié)合數(shù)學函數(shù)圖象知識，設(shè)計模型構(gòu)建性作業(yè)

利用初中函數(shù)知識，可以將物態(tài)變化與函數(shù)的概念和性質(zhì)相結(jié)合，使學生更全面、深入地理解物態(tài)變化的過程和原理，提升學生的綜合能力和跨學科思維能力。函數(shù)圖象可以展示不同物質(zhì)在不同溫度下的狀態(tài)轉(zhuǎn)變情況。函數(shù)圖象可以直觀地呈現(xiàn)物質(zhì)溫度、狀態(tài)隨時間的變化而產(chǎn)生的變化，使學生更好地理解能量變化、溫度變化引發(fā)的物態(tài)變化的有序性。在“溫度”一節(jié)的教學中可以利用初中數(shù)學函數(shù)的相關(guān)知識設(shè)計一道作業(yè)。

題目：

溫度與時間的函數(shù)關(guān)系

問題描述：

我們知道，溫度是物理學中一個重要的概念。常見溫度的單位為攝氏度（℃）。假設(shè)我們有一組溫度數(shù)據(jù)和對應(yīng)的時間數(shù)據(jù)（見表1），現(xiàn)在請你根據(jù)所給的數(shù)據(jù)分析溫度的變化規(guī)律，并使用數(shù)學函數(shù)圖象來描述溫度隨時間的變化關(guān)系。

表1 時間/溫度變化表

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請你完成以下任務(wù)：

1.利用給定的數(shù)據(jù)繪制時間與溫度的散點圖，并在圖上標注坐標軸和點的坐標。

2.根據(jù)所給的數(shù)據(jù)，用函數(shù)表達式來表達溫度隨時間變化的規(guī)律。

3.根據(jù)所建立的函數(shù)模型，預(yù)測當時間為60分鐘時，溫度應(yīng)該是多少攝氏度。

第一個題目的散點圖如圖1所示

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圖1

根據(jù)初中數(shù)學知識以及上述函數(shù)圖象可以判斷，該函數(shù)為一元一次函數(shù)，帶入上述數(shù)值可以發(fā)現(xiàn)函數(shù)式為y=0.2x+20。因此，當時間為60分鐘時，帶入可以發(fā)現(xiàn)溫度為32℃。

二、借助初中地理氣候知識，設(shè)計綜合運用性作業(yè)

初中地理中的“天氣與氣候”知識和初中物理中的“物態(tài)變化”知識之間存在著密切的聯(lián)系。物態(tài)變化是指物質(zhì)由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N狀態(tài)的過程，如固體→液體→氣體等。天氣現(xiàn)象是指大氣中溫度、濕度、風速、降水等參數(shù)的變化。這些天氣現(xiàn)象中包括了整個物態(tài)變化過程，如冰雹、雨水、霜、雪分別通過凝固、液化、凝華等物態(tài)變化過程而形成。因此，學生通過學習物態(tài)變化的過程，可以更好地理解天氣現(xiàn)象的形成?！拔飸B(tài)變化”一章中涉及了氣體的狀態(tài)轉(zhuǎn)變，如液體蒸發(fā)為氣體、氣體液化為液體等。而地理的天氣與氣候主要研究的就是氣候的變化和氣候因素的影響。了解物理中的固、液、氣狀態(tài)轉(zhuǎn)變，可以幫助學生深度理解空氣中水蒸氣的生成和變化，以及影響天氣和氣候的氣體成分和氣體狀態(tài)的變化。同時，學生通過學習物態(tài)變化中的能量變化，可以更好地理解和解釋天氣現(xiàn)象中的能量變化和它們之間的關(guān)系。據(jù)此可設(shè)計如下作業(yè)。

題目：

結(jié)合地理氣候變化和水循環(huán)的分析，深入理解自然界的物態(tài)變化。

問題描述：

物態(tài)變化是自然界中常見的現(xiàn)象，如水的蒸發(fā)、冰的融化等。通過本次作業(yè)，我們將探究自然界中物態(tài)變化的深層原因，以加深對物態(tài)變化的理解。

請你完成以下任務(wù)：

1.根據(jù)自己的觀察和經(jīng)驗，列舉至少5個天氣變化中不同的物態(tài)變化現(xiàn)象?？梢园ü腆w、液體和氣體之間的相變，也可以包括其他類型的物態(tài)變化。

2.選擇其中一個物態(tài)變化現(xiàn)象（如以水的蒸發(fā)為例），詳細描述這個過程中物態(tài)的變化，并從微觀粒子層面解釋該現(xiàn)象的發(fā)生。

3.結(jié)合氣候和天氣的知識，探究自然界中物態(tài)變化背后的深層原因。可以涉及地形、溫度、濕度等因素的影響，并解釋這些因素是如何導致物質(zhì)的相變的。

4.選擇一個你感興趣的物態(tài)變化現(xiàn)象，并設(shè)計一個實驗來觀察和研究這個現(xiàn)象。詳細描述實驗的步驟、材料和測量方法，并解釋實驗結(jié)果對于理解物態(tài)變化的意義。

三、基于語文傳統(tǒng)文化視角，設(shè)計傳統(tǒng)教育類作業(yè)

與“物態(tài)變化”相關(guān)的傳統(tǒng)文化知識涉及面較廣，包括古詩詞、傳統(tǒng)節(jié)日、農(nóng)耕諺語等。這些文化元素反映了人們對自然界物態(tài)變化的觀察、理解和感悟，展示了人與自然的緊密聯(lián)系。古詩詞中常常描繪自然界的物態(tài)變化。例如，唐代詩人白居易《暮江吟》中的“可憐九月初三夜，露似珍珠月似弓”，描繪了在農(nóng)歷九月初三時天氣轉(zhuǎn)涼，水蒸氣遇冷通過“液化”這一物態(tài)變化變?yōu)橐后w的現(xiàn)象。這句詩一方面表現(xiàn)了作者深刻的觀察力和對生活的體驗，另一方面從文藝審美的角度展示了物態(tài)變化的規(guī)律。農(nóng)耕諺語中有“冬天麥蓋三層被，來年枕著饅頭睡”一說，說明冬天下大雪，等到開春時天氣轉(zhuǎn)暖，雪通過“融化”這一物態(tài)變化方式轉(zhuǎn)化為水，可以對小麥起到灌溉作用，從而增加小麥產(chǎn)量。這些傳統(tǒng)文化元素不僅豐富了我們對自然界的認識，也彰顯了人們對自然的敬畏與崇拜。據(jù)此可設(shè)計如下作業(yè)。

題目：

物態(tài)變化中的傳統(tǒng)文化審美培養(yǎng)

問題描述：

物態(tài)變化是自然界中的一種美妙現(xiàn)象，它在傳統(tǒng)文化中也有著特別的位置。通過本次作業(yè)，我們將結(jié)合傳統(tǒng)文化中的審美元素，提升對物態(tài)變化的審美認知，體會物態(tài)變化中的詩意之美。

請完成以下任務(wù)：

1.查閱古代詩詞或農(nóng)耕諺語等，選擇一篇或一條與自然界物態(tài)變化相關(guān)的詩詞或諺語，如可以選取涉及水的蒸發(fā)、冰的融化、云的凝結(jié)等主題的古詩詞等，解讀其中對物態(tài)變化的描繪或體現(xiàn)其意境的一句，理解其中蘊含的審美價值和實踐價值。

2.基于選擇的古代詩詞或農(nóng)耕諺語等，通過圖像或繪畫表達其體現(xiàn)的物態(tài)變化，并突出其中的審美特點?？墒褂美L畫或圖像編輯軟件完成。

3.為設(shè)計的視覺作品寫一段說明文字，解釋所選擇的詩詞或農(nóng)耕諺語中體現(xiàn)的物態(tài)變化元素和過程。

4.分享你的視覺作品和說明文字，和同學們交流，讓他們欣賞你的作品，并聽取他們對詩意的理解和感受?？梢酝ㄟ^線上或線下展示作品。

四、基于生物學科蒸騰現(xiàn)象，設(shè)計實驗探究性作業(yè)

溫度是影響蒸發(fā)速率的重要因素。溫度越高，水分子的動能越大，蒸發(fā)速率也就越快。這可以通過生物學中植物蒸騰的過程來加以說明：溫度條件、葉片面積、環(huán)境濕度（季節(jié)變化）等都會影響植物體的蒸騰速率。溫度直接影響植物體內(nèi)水分子的動能，溫度越高，蒸騰現(xiàn)象越強烈，從植物葉片表面蒸發(fā)出去的水分子也會更多。同時，物體表面積也是影響蒸發(fā)速率的因素之一，表面積越大，蒸發(fā)速度也就越高。這可以通過生物學中植物葉片的形態(tài)來加以說明：葉片表面積大的植物，其蒸騰速率也會相對較高。濕度也是影響蒸發(fā)速率的因素之一。這可以結(jié)合生物學中植物蒸騰的過程及植物落葉來加以說明：植物蒸騰時，大氣中的濕度越低，植物葉片上的水分子蒸發(fā)就越快，如秋季植物落葉也有降低蒸騰速率的作用。據(jù)此可以設(shè)計一道有關(guān)影響蒸發(fā)快慢因素的探究性實驗作業(yè)，提升學生對跨學科科學探究融合的研究。

實驗題目：

結(jié)合生物學中蒸騰現(xiàn)象知識及科學探究方法，探究蒸發(fā)速率的影響因素。

實驗?zāi)康模?/p>

通過實驗證明不同因素對蒸發(fā)速率的影響，并總結(jié)出蒸發(fā)速率與這些因素之間的關(guān)系。

實驗材料和設(shè)備：

多個相同大小的透明容器（如小杯子或碗）、不同溫度的水、滴管、玻片、實驗室溫度計、尺子或標尺、計時器或手表、濕度計（可選）。

實驗要求：

以學習小組為單位，共同完成實驗設(shè)計、實驗操作、數(shù)據(jù)記錄及結(jié)果分析。

實驗步驟范例：（見文末圖2）

實驗記錄與分析：

在實驗過程中，確保正確記錄每個容器中水的蒸發(fā)情況，記錄時間和溫度變化（如果進行了濕度實驗，同時記錄濕度變化情況）。

實驗結(jié)束后，將數(shù)據(jù)整理出來，并進行分析與總結(jié)?？梢岳L制圖表或制作實驗報告，以展示蒸發(fā)速率與溫度、表面積以及濕度之間的關(guān)系。學科知識遷移和科學探究方法融合的實驗可以幫助學生通過親自操作和觀察來理解蒸發(fā)速率受溫度、表面積和濕度等因素的影響。同時，參與實驗的過程還能培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作、實驗技能、科學思維及數(shù)據(jù)分析能力。

研究發(fā)現(xiàn)，初中物理與許多學科之間有著密切的聯(lián)系，設(shè)計跨學科作業(yè)，能夠拓展學生的知識、眼界，提升學生對知識的綜合應(yīng)用能力。今后的研究可以進一步擴展校本作業(yè)設(shè)計的領(lǐng)域，探索更多跨學科主題的設(shè)計，以促進學生的全面發(fā)展和綜合能力的提升。

（作者單位：柘榮縣第二中學）

編輯：常超波