“雙減”政策下初中物理跨學(xué)科主題校本作業(yè)的設(shè)計(jì)
——以“物態(tài)變化”章節(jié)為例

文| 游曉斌

隨著“雙減”政策的全面落實(shí)和新的課程標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，學(xué)科之間的界限被打破，跨學(xué)科教育成為當(dāng)前教育改革的重要方向之一。物理作為一門基礎(chǔ)學(xué)科，其內(nèi)容與其他學(xué)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(xué)科主題校本作業(yè)設(shè)計(jì)方法，旨在為學(xué)生創(chuàng)造一個(gè)綜合運(yùn)用物理知識(shí)和其他學(xué)科知識(shí)間相互溝通的橋梁。

一、結(jié)合數(shù)學(xué)函數(shù)圖象知識(shí)，設(shè)計(jì)模型構(gòu)建性作業(yè)

利用初中函數(shù)知識(shí)，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(xué)生更全面、深入地理解物態(tài)變化的過程和原理，提升學(xué)生的綜合能力和跨學(xué)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(shí)間的變化而產(chǎn)生的變化，使學(xué)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(xué)中可以利用初中數(shù)學(xué)函數(shù)的相關(guān)知識(shí)設(shè)計(jì)一道作業(yè)。

題目：

溫度與時(shí)間的函數(shù)關(guān)系

問題描述：

我們知道，溫度是物理學(xué)中一個(gè)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(duì)應(yīng)的時(shí)間數(shù)據(jù)（見表1），現(xiàn)在請(qǐng)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(xué)函數(shù)圖象來(lái)描述溫度隨時(shí)間的變化關(guān)系。

表1 時(shí)間/溫度變化表

請(qǐng)你完成以下任務(wù)：

1.利用給定的數(shù)據(jù)繪制時(shí)間與溫度的散點(diǎn)圖，并在圖上標(biāo)注坐標(biāo)軸和點(diǎn)的坐標(biāo)。

2.根據(jù)所給的數(shù)據(jù)，用函數(shù)表達(dá)式來(lái)表達(dá)溫度隨時(shí)間變化的規(guī)律。

3.根據(jù)所建立的函數(shù)模型，預(yù)測(cè)當(dāng)時(shí)間為60 分鐘時(shí)，溫度應(yīng)該是多少攝氏度。

第一個(gè)題目的散點(diǎn)圖如圖1 所示

圖1

根據(jù)初中數(shù)學(xué)知識(shí)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(dāng)時(shí)間為60 分鐘時(shí)，帶入可以發(fā)現(xiàn)溫度為32℃。

二、借助初中地理氣候知識(shí)，設(shè)計(jì)綜合運(yùn)用性作業(yè)

初中地理中的“天氣與氣候”知識(shí)和初中物理中的“物態(tài)變化”知識(shí)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(fēng)速、降水等參數(shù)的變化。這些天氣現(xiàn)象中包括了整個(gè)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(xué)生通過學(xué)習(xí)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(xué)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(shí)，學(xué)生通過學(xué)習(xí)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(jì)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(duì)物態(tài)變化的理解。

請(qǐng)你完成以下任務(wù)：

1.根據(jù)自己的觀察和經(jīng)驗(yàn)，列舉至少5 個(gè)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(gè)物態(tài)變化現(xiàn)象（如以水的蒸發(fā)為例），詳細(xì)描述這個(gè)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(shí)，探究自然界中物態(tài)變化背后的深層原因?？梢陨婕暗匦?、溫度、濕度等因素的影響，并解釋這些因素是如何導(dǎo)致物質(zhì)的相變的。

4.選擇一個(gè)你感興趣的物態(tài)變化現(xiàn)象，并設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)觀察和研究這個(gè)現(xiàn)象。詳細(xì)描述實(shí)驗(yàn)的步驟、材料和測(cè)量方法，并解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)于理解物態(tài)變化的意義。

三、基于語(yǔ)文傳統(tǒng)文化視角，設(shè)計(jì)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(shí)涉及面較廣，包括古詩(shī)詞、傳統(tǒng)節(jié)日、農(nóng)耕諺語(yǔ)等。這些文化元素反映了人們對(duì)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(shī)詞中常常描繪自然界的物態(tài)變化。例如，唐代詩(shī)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(shí)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(shī)一方面表現(xiàn)了作者深刻的觀察力和對(duì)生活的體驗(yàn)，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(yǔ)中有“冬天麥蓋三層被，來(lái)年枕著饅頭睡”一說(shuō)，說(shuō)明冬天下大雪，等到開春時(shí)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(duì)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(duì)自然界的認(rèn)識(shí)，也彰顯了人們對(duì)自然的敬畏與崇拜。據(jù)此可設(shè)計(jì)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(duì)物態(tài)變化的審美認(rèn)知，體會(huì)物態(tài)變化中的詩(shī)意之美。

請(qǐng)完成以下任務(wù)：

1.查閱古代詩(shī)詞或農(nóng)耕諺語(yǔ)等，選擇一篇或一條與自然界物態(tài)變化相關(guān)的詩(shī)詞或諺語(yǔ)，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(shī)詞等，解讀其中對(duì)物態(tài)變化的描繪或體現(xiàn)其意境的一句，理解其中蘊(yùn)含的審美價(jià)值和實(shí)踐價(jià)值。

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

3.為設(shè)計(jì)的視覺作品寫一段說(shuō)明文字，解釋所選擇的詩(shī)詞或農(nóng)耕諺語(yǔ)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(shuō)明文字，和同學(xué)們交流，讓他們欣賞你的作品，并聽取他們對(duì)詩(shī)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(xué)科蒸騰現(xiàn)象，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)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(dòng)能越大，蒸發(fā)速率也就越快。這可以通過生物學(xué)中植物蒸騰的過程來(lái)加以說(shuō)明：溫度條件、葉片面積、環(huán)境濕度（季節(jié)變化）等都會(huì)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(dòng)能，溫度越高，蒸騰現(xiàn)象越強(qiáng)烈，從植物葉片表面蒸發(fā)出去的水分子也會(huì)更多。同時(shí)，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(xué)中植物葉片的形態(tài)來(lái)加以說(shuō)明：葉片表面積大的植物，其蒸騰速率也會(huì)相對(duì)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(xué)中植物蒸騰的過程及植物落葉來(lái)加以說(shuō)明：植物蒸騰時(shí)，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(jì)一道有關(guān)影響蒸發(fā)快慢因素的探究性實(shí)驗(yàn)作業(yè)，提升學(xué)生對(duì)跨學(xué)科科學(xué)探究融合的研究。

實(shí)驗(yàn)題目：

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

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>

通過實(shí)驗(yàn)證明不同因素對(duì)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(shí)驗(yàn)材料和設(shè)備：

多個(gè)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(shí)驗(yàn)室溫度計(jì)、尺子或標(biāo)尺、計(jì)時(shí)器或手表、濕度計(jì)（可選）。

實(shí)驗(yàn)要求：

以學(xué)習(xí)小組為單位，共同完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)記錄及結(jié)果分析。

實(shí)驗(yàn)步驟范例：（見文末圖2）

圖2

實(shí)驗(yàn)記錄與分析：

在實(shí)驗(yàn)過程中，確保正確記錄每個(gè)容器中水的蒸發(fā)情況，記錄時(shí)間和溫度變化（如果進(jìn)行了濕度實(shí)驗(yàn)，同時(shí)記錄濕度變化情況）。

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，將數(shù)據(jù)整理出來(lái)，并進(jìn)行分析與總結(jié)?？梢岳L制圖表或制作實(shí)驗(yàn)報(bào)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(xué)科知識(shí)遷移和科學(xué)探究方法融合的實(shí)驗(yàn)可以幫助學(xué)生通過親自操作和觀察來(lái)理解蒸發(fā)速率受溫度、表面積和濕度等因素的影響。同時(shí)，參與實(shí)驗(yàn)的過程還能培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作、實(shí)驗(yàn)技能、科學(xué)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(xué)科之間有著密切的聯(lián)系，設(shè)計(jì)跨學(xué)科作業(yè)，能夠拓展學(xué)生的知識(shí)、眼界，提升學(xué)生對(duì)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力。今后的研究可以進(jìn)一步擴(kuò)展校本作業(yè)設(shè)計(jì)的領(lǐng)域，探索更多跨學(xué)科主題的設(shè)計(jì)，以促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展和綜合能力的提升。