跨界融合：初中物理試題編制中的創(chuàng)新實(shí)踐與素養(yǎng)培養(yǎng)

摘" "要：通過編制物理與化學(xué)、數(shù)學(xué)和歷史等學(xué)科深度融合的多學(xué)科試題，突破學(xué)科本位，培養(yǎng)學(xué)生的高階思維能力、解決問題能力、創(chuàng)新能力和實(shí)驗(yàn)探究能力。提出設(shè)計(jì)高質(zhì)量多學(xué)科試題的有效策略：“明確素養(yǎng)目標(biāo)—設(shè)計(jì)多學(xué)科題干—確定難度結(jié)構(gòu)—試題編制—制定評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)—評(píng)審與測(cè)試—反饋和優(yōu)化”。這一策略關(guān)注初中物理學(xué)科融合試題在科學(xué)性、導(dǎo)向性、規(guī)范性和創(chuàng)新性等方面的高標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)融合學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：學(xué)科融合；試題編制；素養(yǎng)培養(yǎng)

傳統(tǒng)的試題測(cè)試以學(xué)科知識(shí)體系為核心，評(píng)估學(xué)生的知識(shí)掌握、思維能力和學(xué)習(xí)成果。但傳統(tǒng)的試題往往忽略了跨學(xué)科知識(shí)融合的重要性，可能限制學(xué)生在應(yīng)對(duì)復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)問題時(shí)，靈活應(yīng)用所學(xué)知識(shí)的能力。為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》和《教育部關(guān)于2022年中考命題工作的通知》均強(qiáng)調(diào)了減少依賴記憶的試題，同時(shí)增加更具探究性、開放性和綜合性的試題[ 1 ]。據(jù)此，設(shè)計(jì)和實(shí)施高質(zhì)量的學(xué)科融合試題，對(duì)于提高教學(xué)質(zhì)量，發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)至關(guān)重要。

本文通過一系列基于真實(shí)情境的學(xué)科融合實(shí)踐案例，深入探討了物理與化學(xué)、數(shù)學(xué)、歷史等學(xué)科在試題設(shè)計(jì)中的有效融合。這些案例展示了如何超越傳統(tǒng)的以學(xué)科為中心的命題模式，通過創(chuàng)新的內(nèi)容結(jié)構(gòu)和呈現(xiàn)方法，使學(xué)生能夠更有效地將學(xué)到的知識(shí)應(yīng)用于解決真實(shí)復(fù)雜問題。這種學(xué)科融合的試題設(shè)計(jì)不僅有助于培養(yǎng)學(xué)生在終身學(xué)習(xí)過程中所需的關(guān)鍵技能和品格，而且為學(xué)生提供了更加全面和綜合的學(xué)習(xí)體驗(yàn)[ 2 ]。

1" 探索新視界：物理與化學(xué)的創(chuàng)意融合與思維拓展

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，物理與化學(xué)兩大學(xué)科領(lǐng)域的交集日益增多，特別是在工業(yè)技術(shù)的應(yīng)用上尤為明顯。教師可以依據(jù)工業(yè)煉鐵過程中化學(xué)反應(yīng)生成物的鑒定來進(jìn)行試題的編制，有效考查學(xué)生對(duì)工業(yè)煉鐵化學(xué)原理的理解，同時(shí)深度拓展了比熱容的測(cè)定方法。

案例1：（原創(chuàng)）小明同學(xué)通過圖1所示裝置探究金屬冶煉的化學(xué)原理：硬質(zhì)玻璃管中放入適量的紅棕色粉末，先通入CO，再點(diǎn)燃酒精噴燈加熱玻璃管中的紅棕色粉末。實(shí)驗(yàn)過程中，小明發(fā)現(xiàn)澄清石灰水變渾濁、紅棕色粉末變黑。為了鑒別黑色粉末為何種物質(zhì)，小明設(shè)計(jì)了一款“冰卡計(jì)”（如圖2所示）來測(cè)量該物質(zhì)的比熱容。“冰卡計(jì)”的器壁有三層，將溫度較高待測(cè)物質(zhì)倒入A室，B室0 ℃的冰（冰的量足夠）逐漸融化成水，水經(jīng)活栓T流入燒杯D。外層C室也充滿0 ℃的冰，使B室的冰維持在0 ℃。將20 g初溫為182 ℃的黑色粉末倒入A室，當(dāng)熱平衡后測(cè)得燒杯D中水吸收的熱量1656 J，則黑色粉末的比熱容是_________" " "J/（kg·℃）；由表1可知，該黑色粉末是__________________；根據(jù)測(cè)量的信息判斷出紅棕色的粉末是_________" " " ，該金屬冶煉的化學(xué)方程式為__________________" " " 。

參考答案：0.46×103；鐵；Fe2O3；Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2。

評(píng)析：本題巧妙地結(jié)合了工業(yè)煉鐵的化學(xué)過程和物理學(xué)中比熱容的測(cè)量原理，展示了物理學(xué)和化學(xué)在實(shí)際應(yīng)用中的深度融合。通過“冰卡計(jì)”這一物理實(shí)驗(yàn)設(shè)備，學(xué)生不僅學(xué)習(xí)到比熱容的精確測(cè)量方法，還能夠?qū)⑦@些知識(shí)應(yīng)用于化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物的識(shí)別中。這種學(xué)科融合的試題設(shè)計(jì)，加深了學(xué)生對(duì)物理和化學(xué)原理的理解，有效培養(yǎng)學(xué)生的高階思維能力。

2" 數(shù)理相融：激發(fā)物理與數(shù)學(xué)中的探究精神

數(shù)學(xué)不只是解決問題的工具，還是理解和發(fā)掘物理世界的關(guān)鍵途徑[ 3 ]。教師可以依據(jù)測(cè)量物體高度的實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行試題的編制，展示數(shù)學(xué)理論與物理實(shí)驗(yàn)探究的深度融合。這種融合不僅提高了學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)的認(rèn)識(shí)，也增強(qiáng)了他們對(duì)物理世界的感知和探索能力。

案例2：（原創(chuàng)）小明同學(xué)在學(xué)完“平面鏡成像”這一課后，知道在探究平面鏡成像特點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)過程中要選擇透明的玻璃板，以便確定像的位置?？墒撬稚现挥幸粔K鍍銀平面鏡，于是他進(jìn)行了如下操作：

（1）如圖3所示，用圖釘把白紙釘在軟木板上，用刻度尺畫出一條與紙張寬度相同的直線M。

（2）用橡皮筋把一長(zhǎng)方體木塊系在鍍銀平面鏡背后，把木塊和平面鏡垂直放在紙上，使鏡面底邊沿著直線M。

（3）用鉛筆在平面鏡前大約4 cm處畫一個(gè)點(diǎn)，記為O點(diǎn)；在紙上該點(diǎn)插入一枚大頭針，讓它豎直立著。

（4）如圖5所示，把刻度尺放在圖釘左側(cè)大約5 cm處，沿著刻度尺邊緣看鏡子里的大頭針的像；當(dāng)把刻度尺邊緣與大頭針的像連成一條直線時(shí)，畫出從鏡面到刻度尺的線段，標(biāo)記為線K。

（5）向左邊移動(dòng)刻度尺大約2 cm，刻度尺邊緣對(duì)準(zhǔn)鏡中大頭針的像，當(dāng)把刻度尺邊緣與大頭針的像連成一條直線時(shí)，畫出從鏡面到刻度尺的線段，標(biāo)記為線L。

（6）去除紙上的大頭針、木塊和鏡子。把線K和線L用虛線反向延長(zhǎng)，直至在O′點(diǎn)相交，O′就是像點(diǎn)的位置。

請(qǐng)根據(jù)該實(shí)驗(yàn)方案回答以下問題：

（1）該實(shí)驗(yàn)中的鍍銀平面鏡選擇_________" " "的鍍銀平面鏡（填“厚一點(diǎn)”“薄一點(diǎn)”或“厚度不做要求”）。

（2）為了便于觀察，該實(shí)驗(yàn)最好在較______（填“較亮”或“較暗”）的環(huán)境中進(jìn)行。

（3）由圖4可知，平面鏡所成的像O′_________（填“是”或“不是”）由實(shí)際光線匯聚而成，所以平面鏡所成的像是______像。

（4）為了探究物距和像距的關(guān)系，接下來的操作是_________。

（5）如圖5所示，小明在地上放一塊平面鏡E（長(zhǎng)度可忽略），使人能在鏡中剛好看到旗桿頂，已知小明身高AD為1.7 m，測(cè)量出小明到平面鏡的距離AE=2 m，旗桿底端到平面鏡的距離BE=18 m。請(qǐng)你根據(jù)小明的數(shù)據(jù)，算出旗桿BC的高度為__________________ 。

參考答案：厚度不做要求；較暗；不是；虛；連接OO'交直M線于C點(diǎn)，用刻度尺測(cè)出OC和O'C的距離，比較和之間的長(zhǎng)度關(guān)系；15.3 m。

評(píng)析：本實(shí)驗(yàn)不僅需要物理學(xué)的知識(shí)來理解平面鏡的成像原理，同時(shí)也依賴數(shù)學(xué)中的幾何知識(shí)，特別是相似三角形的概念，來實(shí)際測(cè)量物體的高度。通過這種學(xué)科融合的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，學(xué)生能夠更加直觀地感受到物理和數(shù)學(xué)之間的緊密聯(lián)系，理解科學(xué)知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，提高解決問題能力和創(chuàng)新能力。

3" 文理交融：激活歷史與物理的教育潛力

中國(guó)歷史中的古詩(shī)詞中充滿了豐富物理意象，這些意象不僅增添了詩(shī)歌的藝術(shù)魅力，也蘊(yùn)含了深刻的科學(xué)思想。在《夢(mèng)溪筆談》中，沈括對(duì)古人鑄造鏡子的過程進(jìn)行了詳細(xì)的描述，揭示了凸鏡和凹鏡的成像原理。這些敘述不僅展示了古人對(duì)物理現(xiàn)象的敏銳觀察和理解，也為今天從科學(xué)角度重新審視這些文學(xué)作品提供了獨(dú)特的視角。

案例3：（原創(chuàng)）在《夢(mèng)溪筆談》中：“古人鑄鑒，鑒大則平，鑒小則凸；凡鑒洼則照人面大，凸則照人面??；小鑒不能全視人面，故令微凸，收人面令小，則鑒雖小而能全納人面”，在生活中我們也會(huì)遇到類似的情境。某同學(xué)在探究凸透鏡成像規(guī)律的實(shí)驗(yàn)時(shí)驚奇地發(fā)現(xiàn)，除了光屏上出現(xiàn)一個(gè)縮小、倒立的像外（如圖6中的①所示），在凸透鏡的鏡面上出現(xiàn)一個(gè)正立的像（如圖 6中的②所示），一個(gè)倒立的像（如圖6中的③所示），關(guān)于三個(gè)像的形成原因，下列說法正確的是 （" " "）

A. 像①是光的反射形成的實(shí)像。

B. 像②是像①經(jīng)凸透鏡折射后形成的實(shí)像。

C. 像③是燭焰經(jīng)凸透鏡的后表面反射后所形成的虛像。

D. 像②是燭焰經(jīng)凸透鏡的前表面反射后所形成的虛像。

參考答案：D

評(píng)析：這個(gè)案例巧妙地將《夢(mèng)溪筆談》中的古代鏡子知識(shí)與現(xiàn)代物理學(xué)的凸透鏡成像原理結(jié)合起來，不僅展示了科學(xué)知識(shí)的歷史淵源，還激發(fā)了學(xué)生對(duì)物理現(xiàn)象的好奇心和探究欲。通過對(duì)古今知識(shí)的比較和實(shí)驗(yàn)觀察，學(xué)生不僅能夠加深對(duì)光學(xué)原理的理解，而且能提高他們將歷史與現(xiàn)代科學(xué)相結(jié)合的綜合分析能力，進(jìn)一步培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維和實(shí)驗(yàn)探究能力。

4" 初中物理多學(xué)科融合試題的創(chuàng)新命制策略

綜上所述，設(shè)計(jì)高質(zhì)量的物理學(xué)科融合試題對(duì)于提升學(xué)生核心素養(yǎng)非常關(guān)鍵[ 4 ]。如何命制高質(zhì)量的學(xué)科融合試題？筆者在實(shí)踐中總結(jié)出學(xué)科融合試題命制策略（如圖7所示）：在編制試題時(shí)，首先需要明確素養(yǎng)目標(biāo)，并結(jié)合真實(shí)情境與多學(xué)科內(nèi)容設(shè)計(jì)題干，確保試題與實(shí)際緊密結(jié)合；其次，確定多樣化的試題結(jié)構(gòu)，并依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定難度；再次，制定清晰的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，并通過專家評(píng)審與小范圍測(cè)試來驗(yàn)證試題的有效性；最后，根據(jù)反饋進(jìn)行試題的調(diào)整和優(yōu)化，以確保它們能有效評(píng)估并促進(jìn)學(xué)生綜合素養(yǎng)的發(fā)展。這樣的策略使得初中物理多學(xué)科融合試題在科學(xué)性、導(dǎo)向性、規(guī)范性和創(chuàng)新性等方面達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)，有效地促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展。

5" 結(jié)束語

高質(zhì)量的學(xué)科融合試題在教學(xué)過程中扮演著至關(guān)重要的角色，對(duì)教師和學(xué)生都極具價(jià)值。這類試題融合了多個(gè)學(xué)科的知識(shí)與技能，有效培養(yǎng)學(xué)生的高階思維能力、分析問題、解決問題能力、科學(xué)探究能力和創(chuàng)新能力[ 5 ]。對(duì)于教師而言，設(shè)計(jì)這樣的試題既是挑戰(zhàn)，也是專業(yè)成長(zhǎng)的良機(jī)。這要求教師不斷地?cái)U(kuò)展自己的跨學(xué)科知識(shí)儲(chǔ)備，不斷地創(chuàng)新實(shí)踐，打破學(xué)科壁壘，讓試題測(cè)試變得有深度、有質(zhì)量、有成效、有趣味。

參考文獻(xiàn)：

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