初中物理跨學(xué)科實(shí)踐教學(xué)研究

摘" " "要：新一輪課程改革強(qiáng)調(diào)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)和關(guān)鍵能力的形成，跨學(xué)科實(shí)踐是本輪課程改革的亮點(diǎn)之一，該內(nèi)容的提出對(duì)發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維和實(shí)踐能力有實(shí)質(zhì)性的作用，對(duì)學(xué)生綜合素質(zhì)的提高也有較大的幫助。立足于物理學(xué)科核心素養(yǎng)的形成，以“跨學(xué)科主題的設(shè)計(jì)、學(xué)習(xí)目標(biāo)的確定、跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)、跨學(xué)科教學(xué)的評(píng)價(jià)”為思路，融合物理、音樂、生物、勞動(dòng)教育等知識(shí)，鞏固學(xué)生的物理觀念，提高學(xué)生的科學(xué)探究能力，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任，提高實(shí)踐能力。

關(guān)鍵詞：“雙減”政策；跨學(xué)科實(shí)踐；初中物理；物理學(xué)科核心素養(yǎng)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A " " 文章編號(hào)：1003-6148（2025）1-0091-6

跨學(xué)科實(shí)踐是《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡(jiǎn)稱《新課標(biāo)》）中增設(shè)的一級(jí)主題，其實(shí)質(zhì)不是將物理學(xué)跨進(jìn)其他學(xué)科，而是跨出物理學(xué)本身，以物理學(xué)為核心，把“物理學(xué)和日常生活、工程實(shí)踐、社會(huì)發(fā)展”相聯(lián)系，讓學(xué)生綜合運(yùn)用多學(xué)科的知識(shí)、思維、工具、方法解決實(shí)際問題，學(xué)習(xí)過程具有實(shí)踐性、創(chuàng)新性、情境性、跨學(xué)科性［1］。在初中物理課堂中開展跨學(xué)科實(shí)踐，其目的是在教師創(chuàng)設(shè)的真實(shí)問題情境中培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科運(yùn)用知識(shí)、查閱資料、分析問題以及實(shí)踐等方面的能力。本文以“人教版”《物理》八年級(jí)上冊(cè)第二章“聲現(xiàn)象”為例，落實(shí)跨學(xué)科實(shí)踐教學(xué)，旨在培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)，提高學(xué)生的實(shí)踐能力，達(dá)到“減負(fù)、提質(zhì)、增效”的目的［2］。

1" " 梳理單元教材內(nèi)容，設(shè)計(jì)跨學(xué)科主題

確定跨學(xué)科教學(xué)主題前，鉆研教材，從教材和物理學(xué)科邏輯中尋求跨學(xué)科主題的來源是非常有必要的。物理教材中蘊(yùn)含了大量物理與日常生活、物理與工程實(shí)踐、物理與社會(huì)發(fā)展的案例和實(shí)驗(yàn)素材，這些都是確定跨學(xué)科教學(xué)主題的主要依據(jù)和來源。物理學(xué)與日常生活聯(lián)系非常密切，作為一名物理教師，應(yīng)注重觀察，善于從最普通、最平凡的日常生活中發(fā)現(xiàn)學(xué)生可以學(xué)習(xí)和研究的內(nèi)容。

例如，竹子在生活中隨處可見，平凡而偉大，是高潔、正直、堅(jiān)強(qiáng)、虛心和不屈不撓的象征，基于對(duì)初中物理教材和《新課標(biāo)》的分析，用生活中的竹子制作竹笛來探究“聲音的產(chǎn)生”和“聲音的特性”，同時(shí)還能啟發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)“噪聲的危害和控制”，因此本文確定跨學(xué)科學(xué)習(xí)主題為“笛聲悠悠”。學(xué)習(xí)“聲現(xiàn)象”時(shí)，學(xué)生會(huì)接觸很多樂器，每個(gè)人心里都有一個(gè)音樂夢(mèng)，而在“聲現(xiàn)象”中，會(huì)接觸各種各樣的樂器聲，這重新喚起了學(xué)生對(duì)音樂的熱愛；再者，在“人教版”《物理》八年級(jí)上冊(cè)（2012版）第37頁中，有一個(gè)“小小音樂會(huì)”的實(shí)踐主題，此主題與“笛聲悠悠”跨學(xué)科實(shí)踐主題相切合，能夠有效實(shí)現(xiàn)與教材的聯(lián)系。

設(shè)計(jì)意圖：培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)，提高學(xué)生的實(shí)踐能力，豐富學(xué)生物理學(xué)、生物學(xué)、音樂以及勞動(dòng)教育的學(xué)科知識(shí)，重新點(diǎn)燃學(xué)生兒時(shí)的音樂夢(mèng)想，實(shí)現(xiàn)物理學(xué)跨向音樂、生物、勞動(dòng)教育等學(xué)科，綜合學(xué)習(xí)和運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)、方法、各學(xué)科的思維方式，實(shí)現(xiàn)做中教、做中學(xué)、問中學(xué)和動(dòng)中學(xué)。

2" " “聲現(xiàn)象”單元知識(shí)背景下，“笛聲悠悠”的學(xué)習(xí)目標(biāo)

本單元的學(xué)習(xí)內(nèi)容為“聲現(xiàn)象”，根據(jù)單元知識(shí)的邏輯和結(jié)構(gòu)，確定跨學(xué)科實(shí)踐的學(xué)習(xí)內(nèi)容和目標(biāo)，其知識(shí)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.1" " 分析“聲現(xiàn)象”單元知識(shí)，確定“笛聲悠悠”的學(xué)習(xí)內(nèi)容

本次跨學(xué)科實(shí)踐的主題涉及了“聲音的產(chǎn)生與傳播”“聲音的特性”“聲音的利用”“噪聲的危害和控制”等內(nèi)容。比如，在制作竹笛的過程中，會(huì)產(chǎn)生聲音，也會(huì)傳播聲音，根據(jù)聲音的產(chǎn)生原理和傳播需要介質(zhì)，進(jìn)行聲音的產(chǎn)生與傳播教學(xué)。通過實(shí)踐活動(dòng)學(xué)習(xí)，不但能讓學(xué)生深度掌握對(duì)應(yīng)的物理知識(shí)、方法，而且還能發(fā)展學(xué)生的實(shí)踐能力。

2.2" " “笛聲悠悠”的學(xué)習(xí)目標(biāo)

跨學(xué)科實(shí)踐的教學(xué)目標(biāo)旨在培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科運(yùn)用知識(shí)的能力，發(fā)展學(xué)生分析和解決問題的綜合能力，發(fā)展學(xué)生的動(dòng)手能力和實(shí)踐能力，培養(yǎng)學(xué)生敢于實(shí)踐和勇于創(chuàng)新的精神。指向物理學(xué)科核心素養(yǎng)，提高學(xué)生實(shí)踐能力的“笛聲悠悠”跨學(xué)科教學(xué)主題的教學(xué)目標(biāo)如表1所示。

3" " 開展“笛聲悠悠”跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)

3.1" " 準(zhǔn)備跨學(xué)科活動(dòng)素材

進(jìn)行跨學(xué)科教學(xué)前，師生共同準(zhǔn)備跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)的素材是開展跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)的基礎(chǔ)，因?yàn)榭鐚W(xué)科實(shí)踐具有跨學(xué)科性和實(shí)踐性，需要和跨學(xué)科教學(xué)匹配的教具、學(xué)具、空間和時(shí)間。

“笛聲悠悠”學(xué)習(xí)主題的跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)需要師生準(zhǔn)備的資源如下：

教師需要準(zhǔn)備教學(xué)資源：

（1）教學(xué)課件、教師制作的竹笛成品、適合做竹笛的竹子。

（2）尺子、手鋸、鉆孔器、修孔刀、砂紙。

（3）頻譜儀（或者調(diào)音器）、音樂簡(jiǎn)譜《茉莉花》。

學(xué)生應(yīng)提前思考什么樣的竹子適合做竹笛，在選擇適合的竹子之后怎樣做竹笛。學(xué)生可以利用周末回家的時(shí)間詢問有經(jīng)驗(yàn)的長(zhǎng)者如何制作竹笛，怎樣使用相應(yīng)的制作工具，這不僅可以激發(fā)他們學(xué)習(xí)物理知識(shí)的好奇心，還能獲得物理之外、課堂之外的知識(shí)。

3.2" " 情境和問題的創(chuàng)設(shè)

教師帶領(lǐng)學(xué)生來到提前選擇好的竹林旁，引導(dǎo)學(xué)生選擇年限比較久、粗細(xì)適中、竹節(jié)較長(zhǎng)的竹子。

教師給學(xué)生展示如何用手鋸鋸下自己選擇好的竹子，并且給學(xué)生講授生物學(xué)知識(shí)，具體如圖2所示。

同時(shí)，教師給學(xué)生展示自己做好的竹笛，用竹笛吹奏出悅耳動(dòng)聽的笛聲，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

3.3" " 竹笛的制作

學(xué)生帶著采摘回來的竹子，進(jìn)行跨學(xué)科實(shí)踐學(xué)習(xí)。

教師給學(xué)生展示竹笛成品，分析竹笛結(jié)構(gòu)，講述竹笛發(fā)聲的原理和所涉及的物理知識(shí)，展示竹笛制作的方法，可簡(jiǎn)要概括為鋸竹、畫線、鉆孔、去皮、修孔五個(gè)步驟，如圖3所示。

鋸竹：根據(jù)竹笛的結(jié)構(gòu)，將竹子鋸成合適的長(zhǎng)短。

畫線：傳統(tǒng)的竹笛制作一般根據(jù)“三分損益法”原理確認(rèn)鉆孔的位置?！叭謸p益法”包含“三分損一”“三分益一”兩層含義?！叭謸p一”是指將原有長(zhǎng)度作3等分而減去其1份，原有長(zhǎng)度乘以2再除以3即為生得長(zhǎng)度；“三分益一”則是指將原有長(zhǎng)度作3等分而增添其1份，原有長(zhǎng)度乘以4再除以3即為生得長(zhǎng)度。兩種方法可以交替、連續(xù)運(yùn)用，使各音律得以輾轉(zhuǎn)相生。在制作笛子時(shí)，采用“三分損益法”來確定音孔的位置，可以改變笛子發(fā)聲管的有效長(zhǎng)度，從而改變空氣柱的振動(dòng)頻率，進(jìn)而產(chǎn)生不同音高的聲音，調(diào)出“宮、商、角、徵、羽”等各種音階。由于“三分損益法”具有一定難度，往往在專業(yè)竹笛制作中使用，本次跨學(xué)科實(shí)踐中教師只對(duì)“三分損益法”進(jìn)行科普。制作過程中，學(xué)生可根據(jù)教師做好的成品，確定吹孔、膜孔、指孔、音孔的位置，用鉛筆畫線（注：確定的位置可適當(dāng)調(diào)整，應(yīng)避開竹節(jié)）。

鉆孔：根據(jù)孔位，用鉆孔器鉆孔（注：鉆孔時(shí)應(yīng)盡量不要將孔鉆偏，注意安全）。

修孔：根據(jù)鉆好的孔，用修孔刀修整孔的大?。ㄗⅲ盒蘅讜r(shí)，應(yīng)修得美觀，適合手指按壓即可）。

去皮：用小刀刮去竹子的皮，并用砂紙打磨光滑，精致完美的竹笛就制作成功了。

學(xué)生制作的成品如圖4所示。

3.4" " 試吹竹笛——意外發(fā)現(xiàn)

學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，順利完成竹笛的制作。由于每個(gè)學(xué)生選材不同，竹笛的粗細(xì)和長(zhǎng)度也不同。學(xué)生試吹自己的竹笛，發(fā)現(xiàn)不同的竹笛發(fā)出聲音的音調(diào)不同。

教師引導(dǎo)學(xué)生思考：不同竹笛發(fā)出聲音的音調(diào)為什么不同？音調(diào)和竹笛的什么結(jié)構(gòu)有關(guān)呢？

學(xué)生認(rèn)真觀察自己制作的竹笛和同學(xué)制作的竹笛，通過比較發(fā)現(xiàn)竹笛的粗細(xì)不同，發(fā)出聲音的音調(diào)不同；竹笛的長(zhǎng)短不同，發(fā)出聲音的音調(diào)也不同；同一支竹笛，吹氣的氣流強(qiáng)弱不同，發(fā)出聲音的音調(diào)也不同；手指按孔位置不同，發(fā)出聲音的音調(diào)也不同。學(xué)生之間討論分析得出猜想：竹笛發(fā)出聲音的高低可能和竹笛的長(zhǎng)短、粗細(xì)、氣流、按孔的位置等有關(guān)。

3.5" " 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案

在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生針對(duì)“影響竹笛音調(diào)高低的因素”，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是如何用“控制變量法”進(jìn)行探究，實(shí)驗(yàn)的難點(diǎn)是如何區(qū)分竹笛發(fā)出聲音的高低，學(xué)生設(shè)計(jì)并完善實(shí)驗(yàn)方案如表2所示。

教師對(duì)學(xué)生設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行指導(dǎo)，提出在探究竹笛音調(diào)高低與竹笛長(zhǎng)短和按孔位置時(shí)，設(shè)計(jì)不是很合理，因?yàn)橹竦咽强康亚粌?nèi)空氣柱的振動(dòng)而發(fā)聲的，改變按孔位置，其實(shí)相當(dāng)于改變竹笛內(nèi)空氣柱的長(zhǎng)短，也就相當(dāng)于改變了竹笛的長(zhǎng)短，從而改變竹笛發(fā)出聲音的音調(diào)，發(fā)出“1、2、3、4、5、6、7”的聲音，所以在設(shè)計(jì)探究竹笛音調(diào)高低與竹笛長(zhǎng)短和按孔位置時(shí)，相當(dāng)于重復(fù)了，舍去其一即可。

3.6" " 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和科學(xué)探究

在教師指導(dǎo)下，學(xué)生根據(jù)自己設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，并作出科學(xué)判斷。

3.6.1" " 竹笛的音調(diào)高低與竹笛長(zhǎng)短的關(guān)系

竹笛發(fā)聲的音調(diào)高低與竹笛長(zhǎng)短的關(guān)系，即竹笛發(fā)聲的音調(diào)高低與按孔位置的關(guān)系。選取同一支竹笛，用相同的氣流吹氣（吹氣時(shí)盡量保持氣流速度一致），分別按住前3個(gè)孔、前2個(gè)孔、前1個(gè)孔，空氣柱的長(zhǎng)度變短了，即相當(dāng)于竹笛長(zhǎng)度變短，記錄調(diào)音器上的頻率分別是527.06 Hz、591.60 Hz、664.05 Hz，顯示音調(diào)越來越高，對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)如圖5所示，多次進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)。

得出結(jié)論：在粗細(xì)和氣流速度相同時(shí)，竹笛里空氣柱越短，竹笛發(fā)聲的音調(diào)越高。教師給學(xué)生傳授樂理知識(shí)，按照竹笛筒音作“5”指法，剛剛竹笛發(fā)出的聲音分別是音樂中“1、2、3”的音階。竹笛就是依據(jù)“按孔位置不同，吹出不同音調(diào)的音階，構(gòu)成悅耳動(dòng)聽的曲子”這個(gè)原理制作而成的。

3.6.2" " 竹笛的音調(diào)高低與竹笛粗細(xì)的關(guān)系

選取2支長(zhǎng)短大致相同、粗細(xì)不同的竹笛，控制吹氣的氣流相同，按孔位置都只按前1孔，調(diào)音器顯示兩支竹笛發(fā)聲音調(diào)的高低分別是664.05 Hz、994.95 Hz，竹笛越細(xì)，音調(diào)越高，結(jié)果如圖6所示，多次進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)。

得出結(jié)論，在竹笛長(zhǎng)短和氣流速度相同的情況下，竹笛越細(xì)，發(fā)聲的音調(diào)越高。教師進(jìn)一步給學(xué)生講解樂理知識(shí)，竹笛就是根據(jù)“在相同條件下，竹子粗細(xì)不同，發(fā)出聲音的音調(diào)不同”的原理制作了不同調(diào)的笛子，最常用的是“C、D、E、F”調(diào)。如圖7所示的是能發(fā)出不同音調(diào)的竹笛。

3.6.3" " 竹笛的音調(diào)高低與氣流的關(guān)系

選取1支竹笛，控制按孔位置相同，用不同的氣流進(jìn)行吹奏，在調(diào)音器上顯示的頻率分別為185.00 Hz、703.54 Hz、994.95 Hz，氣流速度增大，音調(diào)越來越高，如圖8所示，多次進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)。

得出結(jié)論：竹笛發(fā)聲的音調(diào)高低還與吹竹笛時(shí)的氣流有關(guān)，其他條件相同時(shí)，氣流越大，竹笛發(fā)聲的音調(diào)越高。

通過以上探究，總結(jié)結(jié)論：影響竹笛發(fā)聲的主要因素有竹笛的長(zhǎng)短（即手指按孔位置）、竹笛的粗細(xì)和氣流速度。

3.7" " 跨學(xué)科實(shí)踐的升華與優(yōu)化

通過上面的跨學(xué)科探究和學(xué)習(xí)，學(xué)生基本明白了竹笛的構(gòu)造原理和發(fā)聲原理，也知道了物理學(xué)中音調(diào)與頻率有關(guān)。接著，點(diǎn)燃學(xué)生的音樂夢(mèng)，教師展示《茉莉花》的歌譜（圖9），用竹笛給學(xué)生演奏。

教師帶領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí)歌曲《茉莉花》，并教學(xué)生竹笛的指法，教學(xué)生用竹笛吹奏《茉莉花》，此過程是學(xué)生感情的深化，不但可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的信心和興趣，還會(huì)重新點(diǎn)燃學(xué)生的音樂夢(mèng)，在自己的興趣愛好上走得更遠(yuǎn)，飛得更高。

最后，將學(xué)生分成小組，讓他們通過討論交流，對(duì)本次跨學(xué)科實(shí)踐對(duì)應(yīng)的不同學(xué)科知識(shí)進(jìn)行歸納，如表3所示。

4" " “笛聲悠悠”跨學(xué)科教學(xué)的評(píng)價(jià)

跨學(xué)科實(shí)踐的評(píng)價(jià)可以增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，因?yàn)榭鐚W(xué)科實(shí)踐不像紙筆評(píng)價(jià)那樣只看最后的結(jié)果，而是注重過程性評(píng)價(jià)。以“笛聲悠悠”為主題的跨學(xué)科實(shí)踐采取多維度、多角色的評(píng)價(jià)方式，其目的是鞏固學(xué)生的物理觀念，提高學(xué)生的科學(xué)探究能力，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任，提高學(xué)生的實(shí)踐能力?！暗崖曈朴啤钡倪^程性評(píng)價(jià)方式如表4所示。

5" " 結(jié)" 語

常規(guī)的課堂教學(xué)和跨學(xué)科實(shí)踐對(duì)培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的作用是融會(huì)貫通的，而非孤立的，二者有異曲同工之妙，只是側(cè)重點(diǎn)不同［3］。有學(xué)者認(rèn)為，知識(shí)只有在動(dòng)態(tài)運(yùn)用中才具有價(jià)值，學(xué)生的學(xué)習(xí)不僅僅是對(duì)新知識(shí)的理解，更重要的是在真實(shí)問題情境中分析知識(shí)、判斷知識(shí)、檢驗(yàn)知識(shí)，因此學(xué)習(xí)并不是簡(jiǎn)單的信息輸入和提取的過程，而是在真實(shí)的情境中，學(xué)生主動(dòng)建構(gòu)知識(shí)、應(yīng)用知識(shí)的過程?？鐚W(xué)科實(shí)踐活動(dòng)不但能幫助學(xué)生將所學(xué)知識(shí)重新建構(gòu)，還能培養(yǎng)學(xué)生在真實(shí)情境中獨(dú)立分析和解決問題的能力，培養(yǎng)他們形成科學(xué)的自然觀，提升物理學(xué)科核心素養(yǎng)［4］。

雙減政策下，初中物理跨學(xué)科教學(xué)應(yīng)以《新課標(biāo)》為指導(dǎo)思想，培養(yǎng)學(xué)生物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任和實(shí)踐能力，在真實(shí)情境中，努力把學(xué)生培養(yǎng)成一個(gè)德智體美勞全面發(fā)展的人［5］。真正讓雙減政策落地、生根、開花，最終結(jié)出甘甜的果實(shí)。

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［2］徐穎，魏慎瑩.指向創(chuàng)新素養(yǎng)培育的初中物理跨學(xué)科實(shí)踐學(xué)習(xí)——以“柳哨聲聲”教學(xué)為例［J］.物理教學(xué)，2023，45（9）：38-42，23.

［3］李春梅，白榮華.基于“雙減”的初中物理實(shí)踐作業(yè)設(shè)計(jì)——以人教版第3章“物態(tài)變化”為例［J］.物理教師，2023，44（3）：49-42.

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［5］荊鵬，侯恕.初中物理跨學(xué)科實(shí)踐教學(xué)的內(nèi)涵、價(jià)值與路徑［J］.物理教師，2022，43（10）：32-36.

（欄目編輯" " 李富強(qiáng)）