中考試題中的學(xué)科融合思想對初中物理教學(xué)的啟示

摘 要：《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》將“跨學(xué)科實踐”作為一個新的主題單獨提出，其設(shè)計目的是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用多學(xué)科知識分析解決問題的能力和動手操作的實踐能力、創(chuàng)新能力，強(qiáng)調(diào)學(xué)科融合，注重學(xué)生終身全面發(fā)展和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。本文從學(xué)科融合的角度分析了2023年江蘇省中考物理試題中的一部分，探討了試題中實現(xiàn)學(xué)科融合的基本思路和具體實施路徑，以期對今后的初中物理教學(xué)提供啟示。

關(guān)鍵詞：中考試題；學(xué)科融合；綜合實踐；核心素養(yǎng)

自《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）發(fā)布以來，一線教師對新課程理念進(jìn)行了深入地研究與學(xué)習(xí)，并在教學(xué)實踐中逐步融入《課程標(biāo)準(zhǔn)》的思想，尤其重視對學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)?！墩n程標(biāo)準(zhǔn)》更加注重學(xué)科之間的融合，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的終身全面發(fā)展，尤其注重學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。此外，《課程標(biāo)準(zhǔn)》也將“跨學(xué)科實踐”作為一個新的主題進(jìn)行了強(qiáng)調(diào)。這一部分內(nèi)容的設(shè)計目的是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用多學(xué)科知識來分析和解決問題的能力，以及動手操作的實踐能力和創(chuàng)新能力。［1］在2023年江蘇省各地中考物理試題中，除了繼續(xù)考查學(xué)生的科學(xué)思維、科學(xué)方法等學(xué)科核心素養(yǎng)外，還特別強(qiáng)調(diào)對學(xué)生的學(xué)科融合能力和跨學(xué)科綜合實踐能力的考查。

1 試題分析：關(guān)注學(xué)科融合，跨學(xué)科綜合實踐

1.1 融合中華民族傳統(tǒng)文化和科技成就

例1 （蘇州卷第8題）《天工開物》中記載有一種自動引水灌溉工具——“高轉(zhuǎn)筒車”（如圖所示）。使用時下方轉(zhuǎn)輪安裝在河道中，流水驅(qū)動輪子轉(zhuǎn)動，系在傳動繩索上的竹筒將水從河里源源不斷地輸送到上方農(nóng)田中。下列說法正確的是（ ）。

A. 這是一臺“永動機(jī)”

B. 水在輸送過程中重力勢能不變

C. 轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)速越快輸水做功功率越大

D. 上、下兩個轉(zhuǎn)輪可分別看作定滑輪和動滑輪

例2 （無錫卷第11題）如圖所示是《天工開物》中記載的我國傳統(tǒng)提水工具“桔槔”，用繩子系住一根直的硬棒的O點作為支點，A端掛有重為40N的石塊，B端掛有重為20N的空桶，OA長為1.2m，OB長為0.6m。使用時，人向下拉繩放下空桶，裝滿重為100N的水后向上拉繩緩慢將桶提起。硬棒質(zhì)量忽略不計，下列說法正確的是（ ）。

A. 向下拉繩放下空桶時桔槔為省力杠桿

B. 向下拉繩放下空桶時拉力為20N

C. 向上拉繩提起裝滿水的桶時桔槔為費力杠桿

D. 向上拉繩提起裝滿水的桶時拉力為40N

試題分析：以上兩題取材自我國古代綜合性科學(xué)技術(shù)著作《天工開物》中記載的手工業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工具，將我國古代科技成就融入初中物理問題，讓學(xué)生感受我國古人的聰明才智，旨在增強(qiáng)學(xué)生的民族自豪感和文化自信，同時培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任感。高轉(zhuǎn)筒車和桔槔在使用過程中主要涉及力、能量的相關(guān)知識，試題難度較小。學(xué)生通過讀題識圖，進(jìn)行簡單的分析計算即可得到正確答案。這樣的題目能考查學(xué)生基本的物理觀念、模型建構(gòu)和科學(xué)推理等科學(xué)思維能力。

例3 （常州卷第9題）“金陵金箔”是國家級非物質(zhì)文化遺產(chǎn)，手工打造的金箔輕薄柔軟，不能用手直接拿取。正確拿取的方法是：手持羽毛輕輕掃過紙墊，如圖甲所示；再將羽毛靠近工作臺上方的金箔，羽毛即可將金箔吸住，如圖乙所示。羽毛掃過紙墊的結(jié)果和吸住金箔的原因分別是（ ）。

A. 摩擦使得羽毛和紙墊帶異種電荷；異種電荷相互吸引

B. 摩擦使得羽毛和紙墊帶異種電荷；帶電物體能吸引輕小物體

C. 摩擦使得羽毛和紙墊帶同種電荷；異種電荷相互吸引

D. 摩擦使得羽毛和紙墊帶同種電荷；帶電物體能吸引輕小物體

試題分析：本題以國家級非物質(zhì)文化遺產(chǎn)“金陵金箔”為素材，考查了靜電知識的運(yùn)用。題目難度較小，學(xué)生只需對題目提供的情境進(jìn)行簡單分析，便能選出正確答案。題目旨在引導(dǎo)學(xué)生領(lǐng)略中國勞動人民的智慧，傳承和弘揚(yáng)中華民族的優(yōu)秀傳統(tǒng)文化，鼓勵學(xué)生保護(hù)和傳承非物質(zhì)文化遺產(chǎn)，增強(qiáng)學(xué)生的民族自豪感和文化認(rèn)同感。

1.2 學(xué)科融合路徑——跨學(xué)科綜合實踐

例1 （南通卷第37題）閱讀短文，回答問題。

綜合實踐活動——研究制作風(fēng)速儀

【提出問題】風(fēng)速是氣象觀測中的重要參數(shù)，常用風(fēng)速儀測量。風(fēng)速儀的工作原理是什么？怎樣設(shè)計制作簡易風(fēng)速儀呢？

【實地學(xué)習(xí)】同學(xué)們來到氣象館，了解了杯式風(fēng)速儀的工作原理。如圖甲所示，質(zhì)量較小的風(fēng)杯可在360°任意方向的風(fēng)力帶動下繞軸轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動時傳感器將風(fēng)速轉(zhuǎn)換成輸出電流信號，再經(jīng)系統(tǒng)處理后顯示出風(fēng)速值。在測量范圍內(nèi)電流隨風(fēng)速增大而均勻增大。

【設(shè)計制作】受杯式風(fēng)速儀工作原理的啟發(fā)，同學(xué)們設(shè)計并制作了簡易風(fēng)速儀，其原理如圖乙所示。

電源為恒流源，能始終提供大小恒定的電流，電流表量程為0～0.6A，R0為10Ω的定值電阻，R1為壓力傳感器，無風(fēng)時R1受到的壓力為零，有風(fēng)時迎風(fēng)板受到的壓力能大小不變地傳遞給R1，R1的阻值隨壓力F大小變化的關(guān)系如圖丙所示，讀出電表示數(shù)，即可知此時的風(fēng)速。

同學(xué)們通過查閱資料，知道了風(fēng)壓是指單位面積上垂直于氣流方向的平面上所受風(fēng)的壓力，風(fēng)壓與風(fēng)速的關(guān)系如表1所示。

【進(jìn)行實驗】迎風(fēng)板是一塊面積為0.15m2的輕質(zhì)薄板，測量時風(fēng)始終垂直吹在迎風(fēng)板上，記錄電表示數(shù)，發(fā)現(xiàn)風(fēng)速增大，電流表示數(shù)隨之增大。

【交流評價】同學(xué)們從實驗制作、實驗效果等方面進(jìn)行交流評價。

（1）關(guān)于文中杯式風(fēng)速儀，下列說法錯誤的是＿＿＿＿。

A. 風(fēng)吹動風(fēng)杯說明風(fēng)具有能量

B. 轉(zhuǎn)軸中使用軸承可減小摩擦

C. 風(fēng)杯用密度較小的材料制成

D. 能在60m/s的風(fēng)速下正常工作

（2）杯式風(fēng)速儀正常工作20min，最多消耗＿＿＿＿J的電能；某次杯式風(fēng)速儀顯示風(fēng)速為31.4m/s，則輸出的電流信號為＿＿＿＿mA。

（3）實驗中，讀出簡易風(fēng)速儀中電流表示數(shù)為0.4A，電壓表示數(shù)為8V。

①R1＝＿＿＿＿Ω，所測的風(fēng)速為＿＿＿＿m/s；

②恒流源提供＿＿＿＿A的恒定電流；

③若用此簡易風(fēng)速儀測量16m/s的風(fēng)速，則迎風(fēng)板的面積至少需要＿＿＿＿（填“增大”或“減小”）＿＿＿＿m2。

（4）對比文中杯式風(fēng)速儀，簡易風(fēng)速儀存在的不足之處有 （寫出一點即可）。

試題分析：本題通過綜合實踐活動——研究制作風(fēng)速儀，使學(xué)生認(rèn)識到物理在社會生產(chǎn)中的重要性。題目展示了學(xué)生實地學(xué)習(xí)、設(shè)計制作、進(jìn)行實驗、交流評價等多個環(huán)節(jié)。在實地學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生需要學(xué)習(xí)地理學(xué)、物理學(xué)等相關(guān)知識，并運(yùn)用物理學(xué)、數(shù)學(xué)、建筑、美術(shù)等知識來設(shè)計制作風(fēng)速儀，進(jìn)行實地測量和可行性分析，從而在實踐中學(xué)習(xí)知識，提升能力。試題中的第（1）問考查學(xué)生的物理基本素養(yǎng)。第（2）問要求學(xué)生仔細(xì)閱讀表格，提取關(guān)鍵信息并進(jìn)行分析、計算。第（3）問涉及力、電綜合計算，學(xué)生需要識別電路，分析圖像，并結(jié)合題目條件進(jìn)行相關(guān)計算。本題通過表格和圖像將復(fù)雜的物理問題直觀地呈現(xiàn)給學(xué)生，要求學(xué)生能夠閱讀和理解圖表，分析圖表信息，并進(jìn)行加工分析以解決復(fù)雜問題，這對學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)提出了較高的要求。

例2 （蘇州卷第30題）人眼對觀察到的景物有暫時的“記憶”，在外界景物消失后，視神經(jīng)對它的印象還會延續(xù)0.1s左右，這種特征叫視覺暫留。例如在一張白色卡片紙的正、反面分別畫上鳥籠和鳥，讓卡片紙快速旋轉(zhuǎn)，當(dāng)正、反兩面交替出現(xiàn)在眼前的時間間隔在0.1s之內(nèi)時，人眼就能看到鳥在籠中的現(xiàn)象（如圖1所示）。

一些城市地鐵行駛在某些區(qū)間時，乘客能看到窗外出現(xiàn)清晰的動態(tài)廣告，往往也是利用了視覺暫留的原理。某段地鐵內(nèi)隧道廣告的制作方法如下：在隧道側(cè)壁與車窗相同高度處，沿運(yùn)行方向每經(jīng)過距離d，安裝一塊大小相同的廣告燈箱，如圖2所示。燈箱采用頻閃方式實現(xiàn)亮、暗交替，且工作時各燈箱亮、暗同步變化（人的視覺暫留時間以0.1s計算）。

（1）要實現(xiàn)時長15s的廣告效果，至少需要安裝＿＿＿＿塊廣告燈箱。

（2）燈箱安裝好后，調(diào)節(jié)燈箱發(fā)光頻率f，控制地鐵速度v，當(dāng)它們滿足下述哪種情況時，乘客能看到流暢穩(wěn)定的廣告畫面？答：＿＿＿＿ 。

A. f＝5Hz，且v＝df

B. f＝10Hz，且v＝（1/2）df

C. f＝20Hz，且v＝df

D. f＝30Hz，且v＝3df

（3）座位上乘客發(fā)現(xiàn)正常顯示的廣告畫面突然向地鐵前進(jìn)方向緩慢移動，可能原因是______（寫出一種即可）。

試題分析：本題以地鐵廣告設(shè)計為素材，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識到物理知識在社會生活中的廣泛應(yīng)用，并讓學(xué)生體驗物理的美感，拓寬視野，從而更好地理解和運(yùn)用物理知識。題目具有一定的難度，要求學(xué)生在仔細(xì)閱讀文字材料、理清思路的基礎(chǔ)上，運(yùn)用運(yùn)動學(xué)知識來解決問題。這樣的題目旨在考查學(xué)生的閱讀理解能力以及信息提取與加工能力。在試題的第（1）問中，學(xué)生可以通過閱讀材料輕松計算出答案，而第（2）問和第（3）問則要求學(xué)生對材料信息進(jìn)行提取、分析，并運(yùn)用相關(guān)物理量之間的關(guān)系進(jìn)行計算，這對學(xué)生的理解力和計算能力等學(xué)科關(guān)鍵能力提出了較高的要求。

1.3 融合現(xiàn)代科技前沿與發(fā)明創(chuàng)造

例1 （蘇州卷第5題）2023年5月28日，國產(chǎn)大飛機(jī)C919圓滿完成首個商業(yè)航班飛行，正式進(jìn)入民航市場。該機(jī)機(jī)身大規(guī)模使用完全國產(chǎn)化的第三代鋁鋰合金，使飛機(jī)構(gòu)件重量顯著減輕，主要利用了第三代鋁鋰合金的（ ）。

A. 導(dǎo)熱性好B. 導(dǎo)電性好

C. 密度小D. 熔點高

例2 （無錫卷第2題）太空中的溫度能達(dá)到－270℃左右，我國科技人員研制了一種衛(wèi)星保暖用的特殊材料，將這種材料制成我們可以穿著的衣服，與同款羽絨服相比，質(zhì)量可以減輕40%，保暖性可以提高30%，且機(jī)洗后不易變形。關(guān)于該材料的特性，以下說法中錯誤的是（ ）。

A. 密度大B. 彈性好

C. 耐低溫D. 隔熱性好

試題分析：以上兩題取材自新技術(shù)、新發(fā)明，考查物質(zhì)的物理屬性，試題難度小，旨在讓學(xué)生了解科技前沿，使學(xué)生認(rèn)識到社會的發(fā)展、科技的進(jìn)步都離不開物理學(xué)。與此類似，以北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)第56顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星的發(fā)射、搭載“天舟六號”貨運(yùn)飛船的“長征七號遙七”運(yùn)載火箭的發(fā)射、熱點體育賽事、重大科技活動等為素材命題，也體現(xiàn)出試題命制十分關(guān)注學(xué)生情感態(tài)度和價值觀的培育。

2 對教學(xué)的啟示：跨學(xué)科綜合實踐背景下的教學(xué)轉(zhuǎn)變

2.1 關(guān)注中華民族優(yōu)秀傳統(tǒng)文化中的科技智慧

在歷年的中考試題中，許多試題都以中華民族的優(yōu)秀傳統(tǒng)文化和科學(xué)技術(shù)成就為背景。2023年江蘇省中考的試題在繼承這一傳統(tǒng)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步深入挖掘了中華民族優(yōu)秀科技著作和中國非物質(zhì)文化遺產(chǎn)中蘊(yùn)含的物理方法和物理思想。這些試題在考查學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)方法的同時，也強(qiáng)調(diào)對中華民族優(yōu)秀科技文化的傳承，旨在培養(yǎng)學(xué)生的民族自豪感與責(zé)任感。我國古代的科技著作非常豐富，除了前面提到的《天工開物》外，還有北宋的《夢溪筆談》、戰(zhàn)國時期的《墨經(jīng)》、北魏的《齊民要術(shù)》、明代的《農(nóng)政全書》、元代的《農(nóng)書》等，這些著作涵蓋了生產(chǎn)技術(shù)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及力學(xué)、工程學(xué)、物理學(xué)等相關(guān)領(lǐng)域的知識，不僅反映了我國古代的科技成就，還是值得我們研究和探索的寶貴資源。對于物理教學(xué)來說，這些著作啟示教師應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注我國古代科技的發(fā)展成就，在日常教學(xué)中適時地拓展相關(guān)內(nèi)容，并將這些著作推薦為學(xué)生的課外閱讀材料，或者在條件允許的情況下，開展相關(guān)的綜合實踐類課程。

2.2 探索學(xué)科融合理念下綜合實踐活動的思路和路徑

隨著科技的發(fā)展，未來社會更需要綜合型人才，學(xué)生需要具備綜合運(yùn)用多學(xué)科知識解決問題的能力。解決物理問題往往需要運(yùn)用數(shù)學(xué)知識。物理知識對生物、化學(xué)、體育、藝術(shù)等學(xué)科的學(xué)習(xí)也有很大的促進(jìn)。中考物理試題歷來重視學(xué)科間的融合，以往試題中都有不同程度的體現(xiàn)，比如古詩詞中運(yùn)動學(xué)知識的體現(xiàn)、聲學(xué)知識在音樂中的運(yùn)用、體育中力學(xué)知識的應(yīng)用等。2023年的中考試題在原基礎(chǔ)上深度挖掘了物理學(xué)與各學(xué)科知識的聯(lián)系，考查廣度和深度都有所增加，特別是在綜合實踐活動類試題中考查學(xué)生綜合運(yùn)用各學(xué)科知識解決問題的能力，重視學(xué)生探究能力的培養(yǎng)，關(guān)注學(xué)生的創(chuàng)新意識及科學(xué)態(tài)度。

《課程標(biāo)準(zhǔn)》強(qiáng)調(diào)不同學(xué)科之間的融合，引導(dǎo)教師以物理知識和科學(xué)方法為基礎(chǔ)，探索跨學(xué)科融合的基本思路與實施路徑。［2］同時，它也關(guān)注學(xué)生閱讀理解能力的培養(yǎng)，鼓勵學(xué)生留心觀察生活，勤于動腦思考，學(xué)會學(xué)習(xí)，學(xué)會生活。在日常教學(xué)中，教師可以創(chuàng)造條件組織學(xué)生進(jìn)行實地考察學(xué)習(xí)，也可以請專業(yè)人士進(jìn)行指導(dǎo)，鼓勵學(xué)生學(xué)習(xí)撰寫實驗報告。通過這些實踐活動，學(xué)生可以在實踐中不斷成長，提高動手操作能力和創(chuàng)新能力。

2.3 用科技創(chuàng)新引領(lǐng)學(xué)生發(fā)展，提升學(xué)科能力

2023年江蘇省中考試題非常關(guān)注科技前沿和發(fā)明創(chuàng)造，包括衛(wèi)星發(fā)射、新材料的研發(fā)使用、太陽能和核能等新能源的利用等。物理來源于生活，學(xué)習(xí)物理是為了將來能夠更好地為社會發(fā)展做出貢獻(xiàn)。中學(xué)生需要知道我國乃至世界科技發(fā)展的前沿現(xiàn)況。在初中物理日常教學(xué)中，教師不僅需要加強(qiáng)學(xué)生對物理學(xué)基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)，還要注重培養(yǎng)他們的學(xué)科融合能力和跨學(xué)科實踐能力。教師應(yīng)計劃性地引導(dǎo)學(xué)生了解現(xiàn)代科技前沿、發(fā)明創(chuàng)造、新材料的研發(fā)、新能源的應(yīng)用等內(nèi)容，以拓寬學(xué)生的知識視野。此外，教師可以推薦有價值的科普讀物作為學(xué)生課外學(xué)習(xí)的補(bǔ)充，或者組織學(xué)生實地參觀學(xué)習(xí)，有條件的地區(qū)還可以開展學(xué)生發(fā)明創(chuàng)造和動手制作類課程。

3 結(jié)語中考試題是初中物理教學(xué)的標(biāo)桿，對教師的教學(xué)工作具有重要的指導(dǎo)意義。研究試題的考查意圖，深入分析考題的核心素養(yǎng)，挖掘考題資源，有助于教師反思日常教學(xué)，形成基于學(xué)科核心素養(yǎng)的教學(xué)理念，從而提升教師的教學(xué)水平。［3］2023年江蘇省中考物理試題立足于學(xué)科核心素養(yǎng)，強(qiáng)調(diào)學(xué)科融合與跨學(xué)科綜合實踐，融入情感態(tài)度與價值觀，注重科學(xué)思維與科學(xué)方法，［4］試題具有創(chuàng)新性和開放性，引導(dǎo)教師關(guān)注教學(xué)方式，注重培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科關(guān)鍵能力。需要注意的是，以科技前沿、發(fā)明創(chuàng)造等素材編制的試題，更多以相關(guān)背景材料為依托，考查學(xué)生對物理知識的掌握情況，但考查的深度尚不足，對學(xué)生創(chuàng)新思維等關(guān)鍵能力的考查也尚不夠充分。未來，這部分內(nèi)容的考查應(yīng)更加關(guān)注學(xué)生的問題解決、證據(jù)分析、交流討論、反思評價等科學(xué)探究能力的培養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)

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*基金項目：本文系淮安市教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃課題“學(xué)科融合理念下的主題式綜合實踐活動研究”（課程編號：2022GH089）的部分研究成果。