在跨學(xué)科實踐中發(fā)展物理學(xué)科核心素養(yǎng)

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱“新課標(biāo)”）新增“跨學(xué)科實踐”的課程內(nèi)容。這部分內(nèi)容與日常生活、工程實踐、社會熱點(diǎn)問題密切相關(guān)，有利于學(xué)生跨學(xué)科運(yùn)用知識的能力、分析和解決問題的綜合能力、動手操作的實踐能力發(fā)展[1]。筆者根據(jù)蘇科版初中物理八年級上冊教材第四章內(nèi)容，組織了跨學(xué)科實踐活動“對冰箱中熱現(xiàn)象的探究”。文章對這一跨學(xué)科實踐活動展開分析，研究科學(xué)開展初中物理跨學(xué)科實踐活動的策略。筆者組織的跨學(xué)科實踐活動流程如圖1所示。

一、分析學(xué)習(xí)主題

“對冰箱中熱現(xiàn)象的探究”這一跨學(xué)科實踐活動是典型的物理學(xué)與日常生活結(jié)合類跨學(xué)科實踐活動[2]。新課標(biāo)指出，此類跨學(xué)科實踐的教學(xué)目標(biāo)是“能發(fā)現(xiàn)日常生活中與物理學(xué)有關(guān)的問題，提出解決方案”“能運(yùn)用所學(xué)知識分析日常生活中的安全問題，提出解決方案，踐行安全與健康生活”“能運(yùn)用所學(xué)知識指導(dǎo)和規(guī)范個人行為，踐行低碳生活，具有節(jié)能環(huán)保意識”[3]。

二、分解學(xué)習(xí)任務(wù)，明晰學(xué)習(xí)目標(biāo)

分析教材后，筆者確定了三個方面的學(xué)習(xí)任務(wù)、學(xué)習(xí)目標(biāo)，具體如表1所示。

三、開展實踐活動

在明確學(xué)習(xí)任務(wù)、學(xué)習(xí)目標(biāo)后，筆者開展實踐活動，引導(dǎo)學(xué)生完成實驗，在做中學(xué)、用中學(xué)、創(chuàng)中學(xué)，發(fā)展物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

（一）學(xué)習(xí)任務(wù)之探究冰箱的內(nèi)部熱環(huán)境（認(rèn)識規(guī)律）

在課堂上，筆者提出問題：“大家是否注意過冰箱內(nèi)部的溫度分布規(guī)律呢？”提出問題后，筆者引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計探究冰箱內(nèi)部溫度分布規(guī)律的實驗，

在完成這一任務(wù)的過程中，學(xué)生先嘗試用溫度計測量冰箱內(nèi)部溫度，但是隨即發(fā)現(xiàn)這樣做自己無法順利讀數(shù)，因為溫度計的數(shù)值會在觀察者將其拿出冰箱時變化，無法真實反映冰箱內(nèi)部溫度。學(xué)生又提出在打開冰箱門后立刻給溫度計拍照的辦法，但很快發(fā)現(xiàn)，這樣做依然無法準(zhǔn)確測量冰箱內(nèi)部溫度。思考過后，學(xué)生改進(jìn)實驗方案，提出用溫度傳感器進(jìn)行測量。

在課堂上，筆者和學(xué)生一起用溫度傳感器測量了某多開門冰箱和某對開門冰箱的內(nèi)部溫度，測量結(jié)果如表2、表3所示。在學(xué)生得到溫度數(shù)據(jù)后，筆者引導(dǎo)學(xué)生分析數(shù)據(jù)，歸納不同冰箱內(nèi)部溫度分布規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生實事求是的科學(xué)態(tài)度與科學(xué)精神。

分析過后，學(xué)生得到以下規(guī)律：在多開門冰箱（上半部分為冷藏室，下半部分為冷凍室）中，冷藏室最靠近冷凍室的一層溫度最低；在對開門冰箱（一側(cè)為冷凍室，另一側(cè)為冷藏室）中，冷藏室最下層溫度最高；兩類冰箱的冷凍室不同區(qū)域溫度較接近。隨后，學(xué)生根據(jù)分析結(jié)果調(diào)整食物在冰箱中的位置。

（二）學(xué)習(xí)任務(wù)之探究冰箱的外部熱環(huán)境（解釋現(xiàn)象）

在學(xué)生完成第一項任務(wù)后，筆者繼續(xù)提出問題：“為什么冰箱可以制冷，其工作原理是什么？”接下來，筆者帶領(lǐng)學(xué)生回顧冰箱結(jié)構(gòu)，引出對冰箱外部熱環(huán)境的探究。由于此前學(xué)過相關(guān)知識，學(xué)生很快確定了冰箱制冷原理一一冰箱利用制冷劑的物態(tài)變化，將熱量從內(nèi)部的低溫區(qū)域傳遞到外部的高溫區(qū)域，從而實現(xiàn)制冷。在學(xué)生得出結(jié)論后，筆者鼓勵學(xué)生通過實驗驗證上述結(jié)論。

在驗證環(huán)節(jié)，學(xué)生原本打算用手感知冰箱外部的溫度分布情況。考慮到這樣的驗證方法誤差過大，學(xué)生決定按照教材上的提示，使用溫度傳感器或者紅外測溫儀測量冰箱正面和背面的溫度。學(xué)生測量結(jié)果如圖2、圖3所示。由此，學(xué)生確定冰箱背面及底部靠近冷凝管、壓縮機(jī)區(qū)域溫度高，正門處溫度并不高。

筆者又提出問題：“既然冰箱可以制冷，我們能否將冰箱當(dāng)空調(diào)用呢？”經(jīng)過理論分析，學(xué)生確定冰箱不能當(dāng)空調(diào)用，因為冰箱需要封閉的環(huán)境才能制冷，打開門的冰箱不能制冷，所以冰箱不能當(dāng)空調(diào)用。此外，筆者還適時引導(dǎo)學(xué)生了解冰箱制冷劑發(fā)展史，培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識及社會責(zé)任感。

（三）學(xué)習(xí)任務(wù)之利用冰箱制作凍豆腐（解決生活問題）

為了進(jìn)一步發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維，筆者布置了實踐任務(wù)：利用冰箱制作凍豆腐。學(xué)生組成學(xué)習(xí)小組后，討論確定了制作步驟：1.選購豆腐；2.制作凍豆腐；3.記錄現(xiàn)象；4.結(jié)合物理知識解釋制作原理。

在課堂上，學(xué)生展示了自已用冰箱制作的凍豆腐，并借助課件匯報學(xué)習(xí)成果，說明自己的制作過程及在過程中觀察到的現(xiàn)象。學(xué)生在實踐中發(fā)現(xiàn)，凍豆腐有更多的孔（如圖4所示）。部分學(xué)生還發(fā)現(xiàn)，相比鮮豆腐，凍豆腐體積變大了。少數(shù)學(xué)生制作的凍豆腐還出現(xiàn)變黃的現(xiàn)象。學(xué)生討論了豆腐形狀、體積變化的原因一鮮豆腐內(nèi)含有液態(tài)水，豆腐被放進(jìn)冰箱后，豆腐中的水遇冷凝固成冰，留下蜂窩狀孔洞，解凍后雖然冰熔化，但豆腐無法回到原有結(jié)構(gòu)，且總體積變大。由于學(xué)生難以解釋凍豆腐變色的原因，筆者隨即帶領(lǐng)學(xué)生結(jié)合物理、化學(xué)知識進(jìn)行分析，以培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用跨學(xué)科知識解決問題的能力。

（四）學(xué)習(xí)任務(wù)之利用冰箱制作冰激凌（解決生活問題）

筆者還布置了制作冰激凌的實踐任務(wù)。由于制作冰激凌的任務(wù)難度較大，筆者在說明任務(wù)要求后，給學(xué)生提供蛋黃、白砂糖、鮮牛奶等材料，并強(qiáng)調(diào)注意事項，指導(dǎo)學(xué)生分組，輔助學(xué)生完成任務(wù)。筆者還在學(xué)生完成任務(wù)時，提醒學(xué)生記錄制作冰激凌過程中遇到的現(xiàn)象。

在完成任務(wù)后，各小組學(xué)生展示自制冰激凌，并分享遇到的現(xiàn)象，比如制作過程中觀察到的氣泡（如圖5所示）、碗底的霜（如圖6所示）等。帶領(lǐng)學(xué)生利用物理知識分析這些現(xiàn)象后，筆者鼓勵學(xué)生一起品嘗制作成果。

四、進(jìn)行展示總結(jié)

在學(xué)生順利完成上述學(xué)習(xí)任務(wù)后，筆者引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)學(xué)習(xí)收獲。

有小組這樣總結(jié)探究冰箱內(nèi)部熱環(huán)境的學(xué)習(xí)收獲：我們不斷改進(jìn)實驗方案，最終決定利用溫度傳感器測量冰箱內(nèi)部溫度，然后分析測量數(shù)據(jù)得到冰箱內(nèi)部溫度分布規(guī)律。在打開冰箱時，我們觀察到“白氣”、冰箱側(cè)壁的水滴及冰箱冷凍室的白霜，這是水蒸氣遇冷液化或凝華的結(jié)果。

有小組這樣總結(jié)探究冰箱外部熱環(huán)境的學(xué)習(xí)收獲：我們通過實驗得到了冰箱外部溫度分布規(guī)律，確定了冰箱制冷原理，并分析了為什么冰箱不能當(dāng)空調(diào)用。

有小組這樣總結(jié)自制冰激凌的學(xué)習(xí)收獲：我們不僅吃到了好吃的冰激凌，還觀察到很多現(xiàn)象，比如白霜、牛奶凝固、冰激凌熔化等，我們認(rèn)為這些現(xiàn)象分別是由于水蒸氣凝華、液體凝固、固體熔化產(chǎn)生的。

在課堂最后，筆者帶領(lǐng)學(xué)生回顧物態(tài)變化相關(guān)知識，繪制物態(tài)變化知識結(jié)構(gòu)圖（如圖7所示），幫助學(xué)生進(jìn)一步夯實知識基礎(chǔ)，培養(yǎng)學(xué)生的良好學(xué)習(xí)習(xí)慣。

結(jié)語

跨學(xué)科實踐教學(xué)具有指向真實問題等特點(diǎn)，是培育學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的重要載體。筆者以跨學(xué)科實踐教學(xué)活動“探究冰箱中的熱現(xiàn)象”為例，分析有效開展教學(xué)的策略，并詳細(xì)說明如何引導(dǎo)學(xué)生在做中學(xué)、用中學(xué)、創(chuàng)中學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維等物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]潘書朋，湯金波.基于學(xué)生自主創(chuàng)新實驗的“跨學(xué)科實踐”策略研究［J].物理實驗，2022，42（7）：40-44.

[2]張世成.證據(jù)課堂：證據(jù)物理的十年探索[J]：中學(xué)物理教學(xué)參考，2020，49（28）：5-9.

[3]許幫正．“知”“行”合一：初中物理探究教學(xué)實踐路徑：以“機(jī)械運(yùn)動和力”單元學(xué)習(xí)為例［J］．物理教師，2022，43（10）：37-40，45.