初中物理跨學科實踐教學策略研究

［摘 要］文章依據(jù)《義務教育物理課程標準（2022年版）》，以“制作螺旋槳飛機”為具體案例，精心設計了包含活動規(guī)劃、問題解決、展示評價三個階段的跨學科實踐教學活動，旨在為初中物理跨學科實踐教學的有效實施提供參考。

［關鍵詞］初中物理；跨學科實踐教學；螺旋槳飛機

［中圖分類號］ G633.7 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-6058（2024）26-0042-03

《義務教育物理課程標準（2022年版）》在課程內(nèi)容的設置上新增了“跨學科實踐”一級主題，它作為物理課程內(nèi)容的重要組成部分，課時數(shù)至少占總課時的10%，這充分顯示了該部分內(nèi)容與其他一級主題享有同等的地位［1］?！翱鐚W科實踐”是新課標的新增內(nèi)容，目前仍處于“摸著石頭過河”的探索階段。本文解讀跨學科實踐的內(nèi)涵，并以“制作螺旋槳飛機”為例，設計包含活動規(guī)劃、問題解決、展示評價三個階段的跨學科實踐教學活動，以期為初中物理跨學科實踐教學的有效實施提供參考。

一、跨學科實踐的內(nèi)涵

跨學科實踐包含“跨學科”與“實踐”兩個部分，筆者通過對“跨學科”與“實踐”這兩個核心概念進行分析，以求能夠較準確地理解跨學科實踐的內(nèi)涵。

（一）跨學科

“跨學科”一詞最早由美國哥倫比亞大學心理學家伍德沃斯提出，一般指在遇到單一學科難以解決的問題時需要整合兩個或兩個以上的學科知識來解決，進而創(chuàng)造出新知識［2］。物理學中的“跨學科”通常是指以物理學科為中心，在物理學科中選擇一個中心課題，然后圍繞這個中心課題，運用不同學科的知識，對課題進行教學設計并實施。

（二）實踐

哲學家認為，“實踐”是人類同現(xiàn)實世界進行的有目的的、復雜的相互作用過程［3］。在物理學中，“實踐”通常是指人們在研究自然規(guī)律和建構模型時所進行的活動。而實踐性是“跨學科實踐”的首要特征。

（三）跨學科實踐

“跨學科實踐”是指圍繞學科知識，選取合適的主題，綜合運用相關學科的知識，設計和開展系統(tǒng)性、綜合性、開放性的學習實踐活動。它不只是跨越學科之間的界限，還應將本學科知識融入日常生活、工程實踐和社會發(fā)展中，并圍繞生活中有價值的真實問題，開展與學科相關的實踐活動。

二、初中物理跨學科實踐教學的策略——以“制作螺旋槳飛機”為例

根據(jù)國家物理課程標準修訂組核心成員黃恕伯老師提出的初中物理跨學科實踐教學的四個特點：跨學科實踐活動要有課標內(nèi)容要求的引領、跨學科實踐內(nèi)容應是有價值的真實問題、跨學科實踐過程中學生要有明確的驅動任務、跨學科實踐活動應最終產(chǎn)生可物化的實踐成果，初中物理跨學科實踐教學可按照如圖1所示的基本流程進行。

（一）活動規(guī)劃——挑選具備真實情境的課題

“制作螺旋槳飛機”跨學科實踐活動以蘇科版教材八年級下冊第八章、第九章和第十章力學與壓強相關內(nèi)容為學科知識基礎，融合了初中物理和工程技術的跨學科探索，旨在將現(xiàn)實素材轉化為實踐性、開放性和綜合性的跨學科實踐活動?！爸谱髀菪龢w機”跨學科實踐教學的“活動規(guī)劃”內(nèi)容主要包括：（1）創(chuàng)設情境使學生產(chǎn)生跨學科實踐活動需求，以實踐活動需求驅動物理學習；（2）設計驅動性問題，引導學生自主制定科學合理的工程制作標準；（3）將活動過程進行分解，明確相應的具體任務。

1.創(chuàng)設情境，以實踐活動需求驅動物理學習

教師首先向學生展示螺旋槳飛機的圖片，然后播放一段抗戰(zhàn)時期我國飛行員與日軍戰(zhàn)斗的紀錄片片段，最后提出以下問題：

問題1：大家觀看完我國飛行員與日軍戰(zhàn)斗的視頻后，有什么感受？

問題2：你們是否想擁有一架這樣的螺旋槳戰(zhàn)斗機？

設計意圖：通過播放抗戰(zhàn)時期我國飛行員與日軍戰(zhàn)斗的視頻進行情境創(chuàng)設，激發(fā)學生的好奇心，喚醒其內(nèi)在探究學習的驅動力，并使其產(chǎn)生制作螺旋槳戰(zhàn)斗機模型的需求。

2.交流討論，制定工程制作標準

教師在學生制作飛機模型前組織學生討論交流，確定飛機模型的最終成果驗收標準（見表1）。

設計意圖：讓學生交流討論，確定螺旋槳飛機的最終成果驗收標準，明確活動的目標。

3.分解活動，體會工程的系統(tǒng)性和復雜性

因為工程實踐活動比較復雜，通常無法一步完成，所以需要將活動分解成多個子項目?；顒臃纸饪筛鶕?jù)制作過程需要的步驟和運用的物理知識來進行?！爸谱髀菪龢w機”跨學科實踐活動可分解成三個項目完成，即分析飛機上升的原理、繪制飛機模型圖紙、制作與完善飛機模型。

設計意圖：通過對實踐活動進行分解，使學生體會到工程的系統(tǒng)性和復雜性，從而培養(yǎng)學生設計圖紙和解決問題的能力。

（二）問題解決——設計跨學科實踐方案

通過活動規(guī)劃，學生明確了跨學科實踐學習任務，從而開始解決問題。本環(huán)節(jié)依據(jù)分析飛機上升的原理、繪制飛機模型圖紙、制作與完善飛機模型三個步驟來確定相應的跨學科實踐任務。

實踐任務１：分析飛機上升的原理

基于“制作能飛行的螺旋槳飛機模型”這一目的，為了幫助學生找到飛機設計的知識基礎與原理依據(jù)，教師設計以下問題引導學生思考。

問題1：從受力角度分析，飛機要上升即向上運動，需滿足什么條件？

問題2：哪個物體對飛機施加一個向上的升力？

問題3：空氣對飛機施加一個向上的升力需要滿足什么條件？

問題4：怎樣使飛機在地面上向前運動？

問題5：要使飛機能更容易起飛，飛機的制作材料有什么要求？

問題6：飛機制作過程中運用了哪些物理知識？

設計意圖：通過設計問題鏈，引導學生深入思考和討論，最終得出飛機能起飛的條件：所受的向上的力大于或等于向下的力。為實現(xiàn)這一條件，可將飛機設計成流線型，以使飛機受到一個向上的大氣壓力差?；凇傲Φ淖饔檬窍嗷サ摹边@一物理原理設計螺旋槳，通過螺旋槳對空氣施加一個向后的推力，從而使空氣對飛機產(chǎn)生一個向前的反作用力，推動飛機向前運動。這樣的教學，使學生不僅明確了螺旋槳制作的物理原理，還讓他們明確了制作飛機模型所需的材料，包括泡沫、裁紙刀、螺旋槳、小電動機、電池、車輪等。

實踐任務２：繪制飛機模型圖紙

“制作螺旋槳飛機”這一實踐任務要求學生畫出螺旋槳飛機模型的簡易圖紙。對此，教師可引導學生仿照現(xiàn)實的螺旋槳飛機，畫出符合活動需求的簡易版螺旋槳飛機設計圖（如圖2）。

設計意圖：通過畫飛機模型的簡易圖紙，讓學生深刻認識到力與運動、力的相互作用、大氣壓等物理知識在工程實踐中有重要的應用，同時在繪制飛機模型圖紙的過程中，鍛煉運用圖像來表達設計思路的能力。

實踐任務３：制作與完善飛機模型

學生首先根據(jù)繪制的圖紙制作飛機模型，確保所制作的模型能夠符合產(chǎn)品的最終驗收標準；隨后對飛機模型進行試飛，以檢驗其性能。根據(jù)試飛的效果，學生對照工程驗收標準，對飛機模型進行修改和完善。在制作和試飛的過程中，教師可以適時引導學生思考以下問題：

問題1：你有哪些不同的方法可以使飛機更容易飛起來？

問題2：這些方法背后蘊含了哪些物理知識？

設計意圖：通過制作與完善飛機模型的實踐活動，讓學生深化對力與運動、密度與質量等物理知識的理解，鍛煉學生使用工具制作實物模型的能力，同時使學生真實地感受到物理知識在生活生產(chǎn)和工程實踐中的應用價值。

（三）展示評價——培養(yǎng)物理學科素養(yǎng)

本環(huán)節(jié)要求學生以實踐小組為單位進行匯報。匯報時，各小組要從飛機的制作原理、結構設計以及所采用的改進方法等多個角度，詳細介紹自己小組的制作過程和最終產(chǎn)品。如圖3所示，即為某組同學制作的螺旋槳飛機模型。

設計意圖：讓學生在匯報和展示自己制作的產(chǎn)品的過程中，對跨學科實踐過程進行全面梳理，加深對力學知識的理解，進而培養(yǎng)學生的交流與論證能力和物理學科素養(yǎng)。

三、關于跨學科實踐教學的思考

為了有效實施跨學科實踐教學，培養(yǎng)學生的解決問題能力和動手操作能力，教師在設計活動時需關注以下幾點：

（一）要突出“跨”與“實踐”的特點

跨學科實踐的核心在于“跨”，這要求教師綜合考量學生的學科知識結構和掌握情況。在設計活動時，須圍繞跨學科實踐主題整合各學科知識，并精選學生感興趣且源自日常生活、工程實踐和社會發(fā)展的課題。具體而言，“跨”意味著超越物理學科的界限，將物理學與日常生活、工程實踐、社會發(fā)展等進行深度融合，設計并開展系統(tǒng)性、綜合性、開放性的實踐學習活動。

跨學科實踐的另一顯著特征是實踐性，要求選取的主題和設計的教學活動具有可實踐性和可探究性。設計的驅動任應能促使學生主動實踐。教師應在學生的“最近發(fā)展區(qū)”設置難度適中、在指導下能完成的實踐任務，以確保學生通過實踐活動能獲得具體成果。

（二）以物理知識為主線

盡管強調“跨學科實踐”，但教學活動仍需以物理知識為主線，以日常生活實例、工程實踐案例、社會發(fā)展趨勢以及和其他學科知識為輔線。在教學設計與實施過程中，應始終凸顯物理學科的主體性，讓學生在實踐中跨越物理學科與現(xiàn)實世界及其他學科之間的界限，綜合運用所學知識解決實際問題。

中學物理的跨學科實踐過程應當始終立足于物理學科，要求學生將物理知識和方法應用于實際問題的解決。物理跨學科實踐活動通常是解決真實有價值的問題。在解決問題的過程中，教師應引導學生立足于物理學科，從物理學的視角去思考問題，并利用科學的思維方法去解決問題。同時，教師還應鼓勵學生跨越物理學科的界限，應用其他學科的知識來共同解決問題。

（三）選擇有價值的真實問題

初中生的抽象思維能力還處在發(fā)展階段，相對較弱。選擇生活中真實有價值的問題，能給學生帶來親切感，讓他們感受到物理就在身邊。這種親切感不僅可以減少學生的畏難心理，還能很好地激發(fā)與調動學生的學習興趣與積極性。因此，跨學科實踐教學應當圍繞生活中有價值的真實問題來展開。這樣，學生可以充分體會到自己所學的物理知識最終能夠落實到實際生活中去解決問題。

本研究依據(jù)《義務教育物理課程標準（2022年版）》，設計出包含活動規(guī)劃、問題解決、展示評價三個階段的跨學科實踐教學活動框架，并給出相應的實施路徑。基于初中物理和工程實踐的跨學科融合，開發(fā)出了“制作螺旋槳飛機”案例，該案例實現(xiàn)了物理學與工程學的跨學科實踐，并且注重培養(yǎng)學生應用物理知識解決問題的能力?！翱鐚W科實踐”是《義務教育物理課程標準（2022年版）》新增的一級主題內(nèi)容，它代表了一種新的學習方式。在教學實踐中，教師需要不斷研究如何選擇合適的跨學科實踐課題，并探索如何設計更科學的教學過程，以進一步完善跨學科實踐教學策略。

［ 參 考 文 獻 ］

［1］ 李春密，張霄.義務教育物理課程標準（2022年版）的變化分析［J］.物理教師，2022（6）：35-44．

［2］ 李萬龍.基于省級課程基地，實施跨學科融合教育［J］.江蘇教育研究，2017（2/3）：24-27．

［3］ 中共中央馬克思恩格斯列寧斯大林著作編譯局.馬克思恩格斯選集：第3卷［M］.北京：人民出版社，1995．

（責任編輯 黃春香）