項目驅(qū)動下初中物理STEAM跨學(xué)科整合開發(fā)與實踐

摘 要：《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》提出的跨學(xué)科實踐教學(xué)主題旨在培養(yǎng)學(xué)生的跨學(xué)科學(xué)習(xí)能力?；陧椖框?qū)動的STEAM跨學(xué)科整合，在深化教學(xué)改革、增強課程綜合關(guān)聯(lián)、實現(xiàn)跨學(xué)科整合、推動課程協(xié)同育人方面發(fā)揮著重要作用。探索如何開發(fā)基于項目驅(qū)動的STEAM跨學(xué)科整合，并在實踐中加以嘗試和改進。聚焦主題提煉、目標(biāo)錨定，并結(jié)合具體項目，梳理項目驅(qū)動下初中物理STEAM跨學(xué)科整合的實踐要點。

關(guān)鍵詞：項目驅(qū)動；初中物理；STEAM；跨學(xué)科教學(xué)

一、項目驅(qū)動下初中物理STEAM跨學(xué)科整合的重要意義

（一）深化教學(xué)改革

項目驅(qū)動下的初中物理STEAM跨學(xué)科整合，為傳統(tǒng)物理教學(xué)帶來了全新的改革思路。引入項目式學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生在實際操作中深化對物理知識的理解和應(yīng)用，能夠打破傳統(tǒng)課堂教學(xué)的局限性。這種教學(xué)模式鼓勵學(xué)生主動探索、實踐和創(chuàng)新，有助于培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維和解決問題的能力，推動教學(xué)改革向更深層次發(fā)展。

（二）增強課程綜合關(guān)聯(lián)

STEAM跨學(xué)科整合強調(diào)物理與其他學(xué)科之間的綜合關(guān)聯(lián)，如科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)等。在項目驅(qū)動下，學(xué)生需要運用多學(xué)科知識解決實際問題，這有助于學(xué)生建立全面的知識體系，理解不同學(xué)科之間的內(nèi)在聯(lián)系。通過跨學(xué)科整合，學(xué)生能夠更好地將所學(xué)知識應(yīng)用于實際情境中，提高綜合素養(yǎng)和創(chuàng)新能力。

（三）實現(xiàn)不同學(xué)科有機融合

項目驅(qū)動下的初中物理STEAM跨學(xué)科整合，旨在打破學(xué)科壁壘，實現(xiàn)不同學(xué)科之間的有機融合。其以具有挑戰(zhàn)性的項目任務(wù)，讓學(xué)生綜合運用物理、科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)等多學(xué)科的知識，解決問題，完成任務(wù)。這種跨學(xué)科的整合不僅有助于學(xué)生形成全面的知識結(jié)構(gòu)，還能培養(yǎng)學(xué)生的跨學(xué)科思維和創(chuàng)新能力。

（四）推動課程協(xié)同育人

在項目驅(qū)動下的初中物理STEAM跨學(xué)科整合中，教師需要與學(xué)生合作，共同完成項目任務(wù)。這種合作模式有助于建立和諧的師生關(guān)系，促進師生之間的交流和互動，使教師更好地了解學(xué)生的需求和興趣，為學(xué)生提供個性化的指導(dǎo)和支持［1］。

二、基于項目驅(qū)動的STEAM跨學(xué)科整合的特點

（一）?跨學(xué)科融合與創(chuàng)新性思維培養(yǎng)

基于項目驅(qū)動的初中物理STEAM跨學(xué)科整合，實現(xiàn)了科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、藝術(shù)（Art）、數(shù)學(xué)（Mathematics）五大學(xué)科的深度交叉與融合，可以促進學(xué)生創(chuàng)新思維的發(fā)展。這種整合模式打破了學(xué)科界限，鼓勵學(xué)生在解決實際物理問題的過程中，綜合運用多學(xué)科知識，培養(yǎng)跨學(xué)科的認(rèn)知能力與創(chuàng)新解決問題的能力。

（二）?實踐導(dǎo)向與情境化學(xué)習(xí)

項目驅(qū)動的核心在于通過具體項目引導(dǎo)學(xué)生參與實踐活動，而STEAM教育理念進一步強調(diào)了情境化學(xué)習(xí)的重要性?；陧椖框?qū)動的初中物理STEAM跨學(xué)科整合，通過設(shè)計貼近學(xué)生生活實際的項目，如設(shè)計簡單的物理實驗裝置、解決日常生活中的物理問題等，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生在實踐中深化對物理學(xué)原理的理解，提高知識應(yīng)用能力和動手操作能力。

（三）?探究性學(xué)習(xí)與自主建構(gòu)知識

項目驅(qū)動下的初中物理STEAM跨學(xué)科整合鼓勵學(xué)生進行探究性學(xué)習(xí)，即以學(xué)生為主體，讓學(xué)生采取自主探索、合作交流和實驗驗證等方式，主動建構(gòu)知識體系；培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維、問題解決能力和自主學(xué)習(xí)能力，使學(xué)生能夠在面對復(fù)雜的物理問題時，靈活運用所學(xué)知識，提出創(chuàng)新性解決方案。

（四）開放性

STEAM跨學(xué)科整合的開放性體現(xiàn)在學(xué)習(xí)資源的多樣性、學(xué)習(xí)路徑的靈活性和學(xué)習(xí)成果的多元性三個方面。學(xué)習(xí)資源的多樣性表現(xiàn)為引導(dǎo)學(xué)生接觸不同領(lǐng)域的知識和技能，拓寬視野，促進創(chuàng)新思維的形成。學(xué)習(xí)路徑的靈活性表現(xiàn)為允許學(xué)生根據(jù)自己的興趣和能力選擇適合的學(xué)習(xí)方式，鼓勵個性化學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)成果的多元性則強調(diào)評價方式的創(chuàng)新，不僅關(guān)注學(xué)生的知識掌握程度，還包括解決問題的能力、團隊合作精神和創(chuàng)新實踐能力等多維度，注重學(xué)生的學(xué)習(xí)過程而不僅僅是最終的學(xué)習(xí)成果［2］。

三、項目驅(qū)動下初中物理STEAM跨學(xué)科整合開發(fā)

（一）主題提煉

為發(fā)揮項目驅(qū)動的作用，教師需要整合初中物理STEAM跨學(xué)科項目。在整合項目時，教師應(yīng)緊密結(jié)合物理教材，提煉教材中的跨學(xué)科主題，并基于STEAM教育理念對這些跨學(xué)科主題項目進行整合，使基于項目驅(qū)動的跨學(xué)科實踐選題既能幫助學(xué)生學(xué)習(xí)核心知識，又能聚焦學(xué)生的實際生活需求，引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)知識應(yīng)用于解決真實問題。本文以北師大版初中物理教材（全國版）為例，論述具體的項目整合過程。

1.北師大版初中物理教材的跨學(xué)科實踐選題梳理

通過研讀北師大版初中物理教材，可以發(fā)現(xiàn)教材中的跨學(xué)科實踐選題主要分為三類：一是物理學(xué)與日常生活，二是物理學(xué)與工程實踐，三是物理學(xué)與社會發(fā)展。教師需要結(jié)合這些選題，開展基于項目驅(qū)動的初中物理跨學(xué)科實踐選題的整合開發(fā)與實踐，以更好地引導(dǎo)學(xué)生在STEAM跨學(xué)科項目中理解物理學(xué)與其他學(xué)科之間的緊密關(guān)聯(lián)，達(dá)到學(xué)科與跨學(xué)科相統(tǒng)一的效果。

2.基于項目驅(qū)動的初中物理跨學(xué)科實踐選題的整合開發(fā)

（1）基于“物理學(xué)與日常生活”主題的STEAM跨學(xué)科項目整合開發(fā)

“物理學(xué)與日常生活”主題涉及的項目包括“設(shè)計舞臺燈光秀”“愛眼宣傳公益行”“探尋連通器”“安全用電科普行”，旨在引導(dǎo)學(xué)生理解科學(xué)原理與方法、科技文化與生活實踐之間的聯(lián)系。在STEAM跨學(xué)科項目整合與實踐中，教師應(yīng)創(chuàng)設(shè)與選題內(nèi)容緊密相關(guān)的生活化情境，找準(zhǔn)五大學(xué)科的結(jié)合點，形成具有項目驅(qū)動作用的STEAM跨學(xué)科項目，引導(dǎo)學(xué)生圍繞情境學(xué)習(xí)跨學(xué)科知識，使學(xué)科知識、科學(xué)思維和科學(xué)方法融入項目的不同階段。通過分析生活情境、界定與分析問題、探索與解決實踐問題，學(xué)生能夠更好地掌握物理學(xué)與生活、物理學(xué)與技術(shù)之間的關(guān)聯(lián)，凸顯科學(xué)知識的探究過程和科技文化的實踐屬性。

（2）基于“物理學(xué)與工程實踐”主題的STEAM跨學(xué)科項目整合開發(fā)

“物理學(xué)與工程實踐”主題涉及的項目包括“設(shè)計海水淡化裝置”“制作隔音箱”“制作簡易升降機”“設(shè)計恒溫電熱杯”“設(shè)計節(jié)能環(huán)保小屋”，旨在引導(dǎo)學(xué)生理解物理學(xué)知識在生產(chǎn)生活實踐中的應(yīng)用價值。在整合開發(fā)STEAM跨學(xué)科項目時，教師應(yīng)借助工程設(shè)計、實物制作等手段，綜合融入五大學(xué)科的知識，提升學(xué)生的工程思維和實踐能力，活化學(xué)科內(nèi)容。

（3）基于“物理學(xué)與社會發(fā)展”主題的STEAM跨學(xué)科項目整合開發(fā)

“物理學(xué)與社會發(fā)展”主題涉及的項目包括“探索新材料”“調(diào)查燃料的利用及其對環(huán)境的影響”“探尋移動通信技術(shù)的變遷”，旨在引導(dǎo)學(xué)生了解科技前沿和環(huán)境教育、科技史與科技社會倫理等方面的內(nèi)容。在整合開發(fā)STEAM跨學(xué)科項目時，為了更好地將五大學(xué)科的知識結(jié)合，教師應(yīng)結(jié)合學(xué)生的辯證思維能力、創(chuàng)新意識和科學(xué)論證能力的發(fā)展需要，進行有針對性的項目設(shè)計，使學(xué)生深刻感受科學(xué)技術(shù)給社會發(fā)展帶來的雙重效應(yīng)，并基于科學(xué)文化的視角思考科學(xué)的本質(zhì)，從而形成審辯式的科學(xué)態(tài)度，樹立可持續(xù)發(fā)展觀，增強社會責(zé)任感［3］。

（二）目標(biāo)錨定

在項目驅(qū)動下，初中物理STEAM跨學(xué)科整合開發(fā)的目標(biāo)既包括理論指導(dǎo)下的跨學(xué)科融合、建構(gòu)主義學(xué)習(xí)和情境認(rèn)知等理論，又緊密關(guān)聯(lián)實踐導(dǎo)向下的項目設(shè)計與實踐、團隊協(xié)作與溝通、問題解決與創(chuàng)新、反思與評價等實踐要點。理論與實踐的有機結(jié)合，能有效地促進學(xué)生的跨學(xué)科學(xué)習(xí)和全面發(fā)展。

根據(jù)布魯納的認(rèn)知結(jié)構(gòu)理論和加德納的多元智能理論，跨學(xué)科整合的目標(biāo)是通過不同學(xué)科知識的相互滲透和融合，促進學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的完善和多元智能的發(fā)展。在物理教學(xué)中，這意味著要將物理知識與科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)等學(xué)科緊密結(jié)合，形成綜合性的學(xué)習(xí)體驗。建構(gòu)主義強調(diào)以學(xué)生為中心，認(rèn)為學(xué)習(xí)是一個主動建構(gòu)知識的過程。在項目驅(qū)動下，學(xué)生應(yīng)成為學(xué)習(xí)的主體，通過項目實踐來建構(gòu)自己對物理概念和原理的理解。為此，教師需要設(shè)計具有挑戰(zhàn)性和探究性的項目，激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲，讓學(xué)生在解決實際問題的過程中深化對知識的理解。

情境認(rèn)知理論認(rèn)為，學(xué)習(xí)應(yīng)發(fā)生在真實或模擬的情境中，以便學(xué)習(xí)者將所學(xué)知識應(yīng)用于實際。在物理學(xué)與日常生活、工程實踐、社會發(fā)展的跨學(xué)科整合中，教師應(yīng)創(chuàng)設(shè)貼近學(xué)生生活和社會實際的情境，使學(xué)生在解決真實問題的過程中學(xué)習(xí)物理?；诖?，項目設(shè)計應(yīng)圍繞跨學(xué)科主題，結(jié)合學(xué)生的興趣和認(rèn)知水平，構(gòu)建具有探究性和實踐性的項目任務(wù)。在實踐過程中，學(xué)生需要運用物理知識和其他學(xué)科的知識，開展實驗操作、模型制作、數(shù)據(jù)分析等活動，以加深對物理學(xué)原理的理解?？鐚W(xué)科整合項目通常需要學(xué)生以小組的形式進行合作，學(xué)生在項目實施過程中可以學(xué)會團隊協(xié)作、分工合作、有效溝通等技能。項目驅(qū)動下的學(xué)習(xí)強調(diào)問題解決能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。在項目實踐中，學(xué)生將面臨各種挑戰(zhàn)和問題，如實驗失敗、數(shù)據(jù)異常等。通過分析問題、查找資料、嘗試解決方案等過程，他們能夠培養(yǎng)問題解決能力和創(chuàng)新思維［4］。

（三）實踐要點

本研究以“物理學(xué)與工程實踐”主題下的“設(shè)計海水淡化裝置”項目為例，詳細(xì)闡述如何整合開發(fā)初中物理STEAM跨學(xué)科項目，發(fā)揮項目的驅(qū)動作用。

在“物理學(xué)與工程實踐”的主題框架下，“設(shè)計海水淡化裝置”項目旨在引導(dǎo)學(xué)生探索海水淡化的科學(xué)原理，設(shè)計并制作一個小型海水淡化裝置原型。該項目的核心目標(biāo)是加深學(xué)生對物理、化學(xué)、工程技術(shù)等領(lǐng)域知識的理解，鼓勵學(xué)生運用創(chuàng)新思維解決實際問題，同時融入藝術(shù)元素，提升裝置的美觀性和用戶體驗，并利用數(shù)學(xué)進行精確計算和優(yōu)化設(shè)計。

為了激發(fā)學(xué)生解決實際問題的興趣與責(zé)任感，使其認(rèn)識到海水淡化的意義，教師可通過視頻、圖片或?qū)嵉乜疾斓确绞?，展示全球水資源短缺的現(xiàn)狀，特別是海島和沿海地區(qū)對淡水資源的迫切需求。在項目開發(fā)過程中，教師應(yīng)在以下幾個學(xué)科領(lǐng)域進行引導(dǎo)：在?物理學(xué)方面，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)所學(xué)的蒸發(fā)、冷凝、滲透壓等物理概念，探討這些概念在海水淡化中的應(yīng)用；在?化學(xué)方面，引導(dǎo)學(xué)生運用化學(xué)知識，分析海水成分，理解鹽分去除的化學(xué)過程；在?數(shù)學(xué)方面，引導(dǎo)學(xué)生計算海水淡化過程的能量需求、效率以及成本。教師應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生分組研究現(xiàn)有海水淡化技術(shù)（如蒸餾法、反滲透法、電滲析法等），并比較它們的優(yōu)缺點。同時，鼓勵學(xué)生結(jié)合所學(xué)，創(chuàng)新設(shè)計本組的海水淡化裝置模型，考慮材料選擇、能源利用、環(huán)境影響等因素。此外，教師還要讓學(xué)生思考如何將藝術(shù)元素融入裝置設(shè)計中，如外觀美化、色彩搭配，使裝置既實用又美觀，同時考慮用戶友好性，設(shè)計易于操作、維護的界面和指示系統(tǒng)。

在項目實踐過程中，教師可以使用CAD軟件繪制設(shè)計圖，制作模型或原型，引導(dǎo)學(xué)生進行實驗測試，記錄數(shù)據(jù)，分析裝置性能，如產(chǎn)水量、能耗、水質(zhì)等。根據(jù)測試結(jié)果，學(xué)生應(yīng)進行迭代設(shè)計，優(yōu)化裝置性能。最后，教師要組織項目展示會，讓各小組展示設(shè)計思路、制作過程、測試數(shù)據(jù)和改進方案。為了充分發(fā)揮項目驅(qū)動的作用，教師應(yīng)采用多元化評價體系，包括自我評價、同伴評價、教師評價和實際應(yīng)用效果評價。

在項目實施過程中，學(xué)生需要主動查閱資料，理解相關(guān)科學(xué)原理和技術(shù)，這促進了他們自主學(xué)習(xí)能力的提升。在團隊合作中，學(xué)生需要分配任務(wù)、協(xié)調(diào)意見、共同解決問題，這有助于他們鍛煉團隊協(xié)作和溝通能力。面對設(shè)計和測試中出現(xiàn)的挑戰(zhàn)，學(xué)生需要分析問題，制定解決方案，從而培養(yǎng)批判性思維和決策能力。此外，教師要鼓勵學(xué)生不拘泥于傳統(tǒng)方法，勇于嘗試新思路、新技術(shù)，發(fā)揮創(chuàng)新思維和實踐能力。通過跨學(xué)科整合，學(xué)生能夠?qū)W會如何將理論知識應(yīng)用于解決實際問題，提升綜合素養(yǎng)［5］。

結(jié)語

綜上所述，為發(fā)揮項目驅(qū)動的作用，初中物理STEAM跨學(xué)科整合開發(fā)需要依托教材中的跨學(xué)科實踐選題，巧妙融入五大學(xué)科的知識，使所開發(fā)的項目能夠深化學(xué)生對實踐選題的學(xué)習(xí)，幫助學(xué)生理解物理概念與現(xiàn)實世界的聯(lián)系，激發(fā)他們對科學(xué)探索的興趣，提升初中物理跨學(xué)科教學(xué)的實踐性和有效性。在項目實施過程中，教師的角色也由傳統(tǒng)的知識傳授者轉(zhuǎn)變?yōu)橐龑?dǎo)者和協(xié)助者。教師需要設(shè)計富有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，激發(fā)學(xué)生的探究欲望，引導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和問題解決能力；同時，促進學(xué)生之間的交流與合作，讓學(xué)生學(xué)會如何在團隊中發(fā)揮作用，以及如何在多元化的評價體系中客觀評價自己和他人，助力學(xué)生在項目驅(qū)動教學(xué)模式下有效提升物理核心素養(yǎng)。

［參考文獻］

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［2］陳海濤.基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的初中物理跨學(xué)科實踐教學(xué)策略［J］.物理教師，2024，45（7）：33-37.

［3］趙鑫.STEAM教育視角下初中物理跨學(xué)科教學(xué)實踐研究［D］.重慶：重慶三峽學(xué)院，2024.

［4］李金秀.初中物理跨學(xué)科主題教學(xué)設(shè)計與實踐研究［D］.赤峰：赤峰學(xué)院，2024.

［5］劉燕輝.基于STEAM教育理念的初中物理項目式學(xué)習(xí)實踐研究［D］.呼和浩特：內(nèi)蒙古師范大學(xué)，2023.