基于初中物理學(xué)科核心素養(yǎng)提升的“跨學(xué)科實(shí)踐”活動的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘 要：《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》新增的“跨學(xué)科實(shí)踐”主題，旨在引導(dǎo)教師開展基于物理核心素養(yǎng)提升的綜合性和實(shí)踐性的教學(xué)活動，通過精心設(shè)計(jì)“跨學(xué)科實(shí)踐”活動，踐行新課標(biāo)倡導(dǎo)的教學(xué)新范式，促進(jìn)物理學(xué)科核心素養(yǎng)提升。以北師大版物理八年級下冊第七章“運(yùn)動和力”為例，探究“跨學(xué)科實(shí)踐”活動促進(jìn)物理學(xué)科核心素養(yǎng)提升的設(shè)計(jì)要點(diǎn)與實(shí)現(xiàn)對策。

關(guān)鍵詞：跨學(xué)科實(shí)踐；初中物理；核心素養(yǎng)；“運(yùn)動和力”

作者簡介：高生?。?984—），男，甘肅省蘭州市永登縣第三中學(xué)。

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》著重培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)，涵蓋物理概念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和科學(xué)態(tài)度與責(zé)任，以增強(qiáng)學(xué)生的終身學(xué)習(xí)和社會發(fā)展能力。本文以北師大版物理八年級下冊第七章“運(yùn)動和力”為例，基于“跨學(xué)科實(shí)踐”主題，探究通過跨學(xué)科的教學(xué)方法，提升學(xué)生對力的理解、科學(xué)探究能力及解決實(shí)際問題的能力。

一、教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在“跨學(xué)科實(shí)踐”主題下，為增強(qiáng)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)效果，設(shè)計(jì)“跨學(xué)科實(shí)踐”活動之初，教師必須明確教學(xué)目標(biāo)。在制定教學(xué)目標(biāo)時(shí)，教師應(yīng)以新課程標(biāo)準(zhǔn)為指導(dǎo)，深化對教材內(nèi)容的研究，以確保教學(xué)目標(biāo)具有明確的方向性和綜合性。遵循當(dāng)代科學(xué)教育的整合與發(fā)展理念，以物理概念為核心，對教材知識進(jìn)行整合，并結(jié)合每章節(jié)提供的概念整合知識，對單元邏輯關(guān)系圖進(jìn)行細(xì)致梳理，構(gòu)建物理課程的概念框架，從而加強(qiáng)物理概念間的內(nèi)在聯(lián)系。例如，在“力與運(yùn)動”章節(jié)中，基于“跨學(xué)科實(shí)踐”主題，確立的核心素養(yǎng)目標(biāo)包括：在物理概念層面，能夠辨識并闡釋日常生活中力與運(yùn)動的現(xiàn)象，并能運(yùn)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題；在科學(xué)思維層面，通過模型構(gòu)建、科學(xué)推理、比較分類等方法，培養(yǎng)抽象與形象思維能力；在科學(xué)探究層面，學(xué)會提出問題、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、收集數(shù)據(jù)、分析證據(jù)并得出結(jié)論，以提升科學(xué)探究能力；在科學(xué)態(tài)度與責(zé)任層面，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，增強(qiáng)團(tuán)隊(duì)合作意識，理解科學(xué)技術(shù)對社會的影響，并形成責(zé)任感［1］。

二、“跨學(xué)科實(shí)踐”活動教學(xué)設(shè)計(jì)

（一）導(dǎo)入環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)

1.設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在確立教學(xué)目標(biāo)的前提下，導(dǎo)入環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)對于“跨學(xué)科實(shí)踐”活動的有效實(shí)施具有決定性影響。因此，教師必須依據(jù)教學(xué)目標(biāo)明確導(dǎo)入主題，并與教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合，采用跨學(xué)科的整合方法，為學(xué)生設(shè)計(jì)導(dǎo)入媒介。導(dǎo)入媒介應(yīng)輔以文字說明和旁白，旨在激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并引導(dǎo)學(xué)生初步感知即將學(xué)習(xí)的內(nèi)容。

在“力與運(yùn)動”章節(jié)的導(dǎo)入過程中，為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣并初步感知力的多樣性，為后續(xù)學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，教師應(yīng)結(jié)合既定的教學(xué)目標(biāo)，選取“力的藝術(shù)展現(xiàn)”作為導(dǎo)入主題。學(xué)生分為重力組、彈力組和摩擦力組，每組需在課前針對其活動主題進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)習(xí)，教師引導(dǎo)學(xué)生以藝術(shù)化的方式理解力的概念、作用及其在日常生活中的應(yīng)用。通過這種方式，科學(xué)與藝術(shù)在導(dǎo)入環(huán)節(jié)得到了有效的結(jié)合與應(yīng)用。

重力組通過繪畫和模型的方式進(jìn)行展示。一棵掛滿成熟蘋果的樹木，位于所展示的畫面的中心位置，樹下則細(xì)致描繪了蘋果從枝頭脫離至觸地的各個(gè)階段，以此來形象地揭示在重力作用下物體運(yùn)動的軌跡。每幅小圖均附有簡明扼要的文字說明，例如“重力導(dǎo)致蘋果向下墜落”“重力加速度保持恒定”等。此外，還有利用輕質(zhì)材料（如紙漿、泡沫塑料）制作的半透明蘋果模型，并在其中嵌入LED燈，以模擬蘋果下落過程中的動態(tài)變化。該模型懸掛在繪畫中樹枝的下方，并通過細(xì)線連接。當(dāng)按下按鈕時(shí)，細(xì)線釋放，模型緩慢下落，同時(shí)LED燈亮起，生動地再現(xiàn)了蘋果下落過程中的光影變化，直觀地展示了重力作用下物體的運(yùn)動狀態(tài)。

彈力組通過短視頻的形式進(jìn)行展示。視頻內(nèi)容圍繞一位熱愛籃球的少年展開，舞臺上布置了一個(gè)簡易的籃球場背景，少年手持籃球準(zhǔn)備投籃。在第一次嘗試中，少年投籃未中，籃球直接落地，旁白隨即解釋：“由于未有效利用彈力，籃球無法達(dá)到更高的飛行高度?！痹诘诙螄L試中，少年調(diào)整投籃姿勢，用力跳起并投籃，籃球擊中籃板后高高彈起，并再次落入籃筐。旁白解釋：“通過手臂和腿部的發(fā)力，能量發(fā)生了轉(zhuǎn)化，使籃球能夠到達(dá)更高的高度?！彪S后，視頻展示了籃球落地后連續(xù)彈跳的場景，旁白解釋：“籃球內(nèi)部的氣壓和材料彈性，使其能夠吸收并釋放能量，發(fā)生連續(xù)的彈跳?！?/p>

摩擦力組結(jié)合繪畫與互動裝置進(jìn)行展示。教師首先展示兩幅對比鮮明的畫面，一幅畫面描繪了雨天濕滑的路面，行人小心翼翼地行走，甚至有人滑倒；另一幅畫面則展示了干燥的路面，行人步履穩(wěn)健。畫面下方附有文字說明，解釋了摩擦力在不同條件下的變化。接著，教師拿出預(yù)先設(shè)計(jì)的簡易斜面裝置，一端放置一塊光滑的木板（模擬低摩擦力），另一端放置一塊粗糙的砂紙（模擬高摩擦力），邀請學(xué)生嘗試將小球從斜面頂端滾下，觀察并記錄小球在不同表面上的滾動速度和停止位置。在學(xué)生參與互動的同時(shí)，旁白解釋摩擦力的概念，以及它如何影響物體的運(yùn)動狀態(tài)，并強(qiáng)調(diào)摩擦力在日常生活中的重要性，例如在行走、駕駛、制動等方面的應(yīng)用［2］。

2.實(shí)現(xiàn)

（1）?物理概念層面?！傲εc運(yùn)動”章節(jié)的導(dǎo)入環(huán)節(jié)直觀地展示了力的多樣性和日常應(yīng)用。重力組用繪畫和模型生動描繪蘋果在重力下的運(yùn)動，幫助學(xué)生理解重力影響。彈力組通過短視頻展示彈力在投籃中的作用，讓學(xué)生認(rèn)識彈力。摩擦力組通過繪畫實(shí)物與互動裝置讓學(xué)生體驗(yàn)?zāi)Σ亮ψ兓?，深入理解其概念?/p>

（2）?科學(xué)思維層面?？茖W(xué)思維的導(dǎo)入設(shè)計(jì)體現(xiàn)在模型構(gòu)建、科學(xué)推理和比較分類方法的應(yīng)用。模型如蘋果、籃球和斜面裝置能幫助學(xué)生培養(yǎng)抽象思維；觀察自然現(xiàn)象如蘋果下落和籃球彈跳可引導(dǎo)學(xué)生理解力的作用；通過比較不同情況下的力，如不同路面的摩擦力，培養(yǎng)了學(xué)生的分類思維，使學(xué)生能夠區(qū)分力的特性。

（3）?科學(xué)探究層面。導(dǎo)入設(shè)計(jì)注重培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力。課程開始前，學(xué)生根據(jù)研究主題進(jìn)行初步探索，學(xué)習(xí)如何提出問題。在成果展示時(shí)，各組通過多種方式展示研究，包括實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)收集和證據(jù)展示。學(xué)生在觀察和理解展示內(nèi)容時(shí)，也在進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，形成科學(xué)結(jié)論，提升學(xué)生的探究能力，激發(fā)學(xué)生對科學(xué)的興趣。

（4）?科學(xué)態(tài)度與責(zé)任層面。導(dǎo)入設(shè)計(jì)在培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度和責(zé)任感方面發(fā)揮了重要作用。它通過精確的展示和闡釋幫助學(xué)生形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，并加強(qiáng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識。同時(shí)，它通過日常生活中的應(yīng)用實(shí)例展示物理知識的實(shí)用性，引導(dǎo)學(xué)生理解科技對社會的影響。它強(qiáng)調(diào)力的多樣性及其在不同情境下的作用，使學(xué)生認(rèn)識到科技進(jìn)步對社會發(fā)展和生活質(zhì)量提升的重要性［3］。

（二）“跨學(xué)科實(shí)踐”活動的實(shí)踐環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)

1.設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在項(xiàng)目實(shí)施前，為促進(jìn)學(xué)生深入理解力的概念并提升其在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)收集與分析方面的能力，有必要對實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行精心設(shè)計(jì)。以先前案例為基礎(chǔ)，本研究將科學(xué)、技術(shù)、工程領(lǐng)域的知識融入理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐操作環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)了“力的測量與探究”和“力的合成與平衡小車”兩個(gè)活動。在“力的測量與探究”活動中，學(xué)生將使用彈簧測力計(jì)對不同物體的重力進(jìn)行測量，并探討重力與質(zhì)量之間的關(guān)系；通過拉伸和壓縮彈簧的實(shí)驗(yàn)，深入理解彈力的概念及胡克定律；設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)以探究摩擦力與相關(guān)因素的關(guān)聯(lián)。在“力的合成與平衡小車”活動中，學(xué)生將利用積木和滑輪組構(gòu)建小車模型，通過調(diào)整施加力的大小，觀察小車在不同力作用下的運(yùn)動狀態(tài)，從而掌握同一直線上二力合成與二力平衡的條件。

為了進(jìn)一步促進(jìn)理論與實(shí)踐的結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、工程設(shè)計(jì)能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，本研究在創(chuàng)意設(shè)計(jì)與應(yīng)用環(huán)節(jié)融入了工程、數(shù)學(xué)、藝術(shù)領(lǐng)域的知識，設(shè)計(jì)了“牛頓第一定律的應(yīng)用”項(xiàng)目。學(xué)生以小組為單位，設(shè)計(jì)一個(gè)裝置或游戲以直觀展示牛頓第一定律（慣性定律），并結(jié)合數(shù)學(xué)計(jì)算確定設(shè)計(jì)參數(shù)，同時(shí)考慮裝置的藝術(shù)美觀性。例如，“慣性探險(xiǎn)軌道”的互動裝置直觀地展示了牛頓第一定律（慣性定律）的原理，即物體會保持其靜止或勻速直線運(yùn)動的狀態(tài)，除非其受到外部力的作用。通過融合工程、數(shù)學(xué)與藝術(shù)領(lǐng)域的知識，能加深學(xué)生對物理定律的理解，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維、工程設(shè)計(jì)能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力?；友b置由多個(gè)不同材質(zhì)、傾斜角度和長度的軌道段組成，每個(gè)軌道段末端連接一個(gè)小型跳躍平臺或滑道，模擬物體在不同情境下的慣性現(xiàn)象。裝置整體呈環(huán)形或螺旋形布局，以增加觀賞性和趣味性。在軌道傾斜角度的設(shè)計(jì)中，結(jié)合三角函數(shù)計(jì)算，確保小球在無外力作用下能沿軌道平穩(wěn)滾動，同時(shí)設(shè)計(jì)不同角度的軌道段，展示不同傾斜角度對小球速度的影響；在軌道長度與材質(zhì)的選擇上，根據(jù)摩擦系數(shù)公式，選擇合適的材料（如光滑塑料、木頭、金屬等），計(jì)算并調(diào)整軌道長度，確保小球能在特定速度下完成運(yùn)動而不失去過多動能；對于跳躍平臺的設(shè)計(jì)，應(yīng)用能量守恒定律，設(shè)計(jì)平臺的彈簧系數(shù)和角度，使小球在落下時(shí)能利用慣性彈起至下一軌道段，展示慣性轉(zhuǎn)換為勢能再轉(zhuǎn)化為動能的過程。在提升裝置的藝術(shù)美觀性方面，采用鮮艷的顏色搭配，如藍(lán)色代表科技、綠色象征自然，結(jié)合流線型設(shè)計(jì)，營造未來感與自然和諧的氛圍；在燈光效果方面，在軌道關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)安裝LED燈，隨著小球的運(yùn)動點(diǎn)亮，增強(qiáng)視覺效果，同時(shí)可用于指示小球的運(yùn)動路徑。在互動元素方面，設(shè)置學(xué)生互動區(qū)，允許調(diào)整部分軌道段的傾斜角度或添加障礙物，讓學(xué)生親手改變實(shí)驗(yàn)條件，觀察小球運(yùn)動的變化，增加教育性和趣味性。在此基礎(chǔ)上，教師將學(xué)生分成若干組，每組負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)并搭建一段特色軌道，最后拼接成完整的探險(xiǎn)軌道，鼓勵各組在保持科學(xué)原理準(zhǔn)確的基礎(chǔ)上融入創(chuàng)意元素，如設(shè)計(jì)獨(dú)特的跳躍機(jī)制、增加音效等。每組記錄小球在不同軌道段的運(yùn)動數(shù)據(jù)，包括速度、跳躍高度等，利用數(shù)學(xué)工具進(jìn)行分析，探討影響小球運(yùn)動的因素。完成裝置設(shè)計(jì)后，教師組織展示會，各組介紹設(shè)計(jì)理念、技術(shù)難點(diǎn)及解決方案，分享學(xué)習(xí)心得［4］。

2.實(shí)現(xiàn)過程

（1）?物理概念層面。本研究強(qiáng)調(diào)物理概念的實(shí)踐應(yīng)用。學(xué)生通過測量不同物體的重力，探究了重力與質(zhì)量的關(guān)系，加深了對重力的理解。實(shí)驗(yàn)中拉伸和壓縮彈簧，使學(xué)生直觀感受到彈力，并理解了胡克定律。通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)研究摩擦力，學(xué)生對摩擦力有了更深入的理解。在構(gòu)建小車模型的活動中，學(xué)生通過調(diào)整力的大小，觀察小車運(yùn)動，學(xué)習(xí)了力的合成和平衡條件。這些活動不僅能幫助學(xué)生理解日常生活中的力與運(yùn)動的現(xiàn)象，還為他們應(yīng)用知識解決實(shí)際問題打下了基礎(chǔ)。

（2）?科學(xué)思維層面?？茖W(xué)思維的培養(yǎng)在設(shè)計(jì)活動中備受重視。學(xué)生通過構(gòu)建如小車模型和探險(xiǎn)軌道，將抽象物理概念轉(zhuǎn)化為具體模型，這有助于發(fā)展他們的抽象思維。在研究力的性質(zhì)時(shí)，學(xué)生通過科學(xué)推理，如利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)推斷力的特性來加深理解。分類比較法也被用于比較不同物體的重力、彈力和摩擦力，以及小車在不同力作用下的運(yùn)動狀態(tài)，從而幫助學(xué)生更清晰地區(qū)分各種力的屬性和效果。這些活動顯著提升了學(xué)生的科學(xué)思維能力。

（3）?科學(xué)探究層面。在科學(xué)探究層面上，實(shí)踐設(shè)計(jì)扮演了至關(guān)重要的角色。以“力的測量與探究”以及“力的合成與平衡小車”活動為例，學(xué)生必須掌握提出問題、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、收集數(shù)據(jù)、分析證據(jù)以及推導(dǎo)結(jié)論的科學(xué)探究技能。例如，在研究摩擦力與各種因素之間的關(guān)系時(shí)，學(xué)生需獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，挑選適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)設(shè)備和測量技術(shù)，隨后進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與分析，并最終形成科學(xué)結(jié)論。這些步驟均要求學(xué)生具備扎實(shí)的科學(xué)探究技巧和方法論。通過參與此類實(shí)踐活動，學(xué)生的科學(xué)探究能力得到了顯著增強(qiáng)。

（4）?科學(xué)態(tài)度與責(zé)任層面。實(shí)踐強(qiáng)調(diào)科學(xué)態(tài)度和責(zé)任感的培養(yǎng)。學(xué)生通過精確的實(shí)驗(yàn)操作和設(shè)計(jì)，學(xué)會尊重?cái)?shù)據(jù)和科學(xué)規(guī)律，勇于探索未知。團(tuán)隊(duì)合作的實(shí)踐活動增強(qiáng)了學(xué)生的協(xié)作意識。將科學(xué)原理應(yīng)用于日常生活，學(xué)生認(rèn)識到科技對社會的影響，形成了社會責(zé)任感；理解了科技進(jìn)步需結(jié)合嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度、團(tuán)隊(duì)精神和對社會環(huán)境影響的關(guān)注［5］。

三、總結(jié)

綜上所述，“跨學(xué)科實(shí)踐”活動的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，需要教師緊密結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，在新課標(biāo)的引領(lǐng)下，加強(qiáng)教材解讀，從核心素養(yǎng)的四個(gè)角度，確定具體的教學(xué)目標(biāo)，并根據(jù)教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)基于“跨學(xué)科實(shí)踐”活動的導(dǎo)入環(huán)節(jié)，再結(jié)合導(dǎo)入實(shí)施具體的活動項(xiàng)目，讓學(xué)生在具體的活動項(xiàng)目中提升核心素養(yǎng)。

［參考文獻(xiàn)］

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