“雙減”政策下初中物理跨學科主題校本作業的設計

游曉斌

注：本文系福建省寧德市基礎教育科學研究2022年度課題（課題立項批準號：FJNDKY22-129）成果。

隨著“雙減”政策的全面落實和新的課程標準的實施，學科之間的界限被打破，跨學科教育成為當前教育改革的重要方向之一。物理作為一門基礎學科，其內容與其他學科有著密切的聯系。以“物態變化”章節為例，探索一種有效的跨學科主題校本作業設計方法，旨在為學生創造一個綜合運用物理知識和其他學科知識間相互溝通的橋梁。

一、結合數學函數圖象知識，設計模型構建性作業

利用初中函數知識，可以將物態變化與函數的概念和性質相結合，使學生更全面、深入地理解物態變化的過程和原理，提升學生的綜合能力和跨學科思維能力。函數圖象可以展示不同物質在不同溫度下的狀態轉變情況。函數圖象可以直觀地呈現物質溫度、狀態隨時間的變化而產生的變化，使學生更好地理解能量變化、溫度變化引發的物態變化的有序性。在“溫度”一節的教學中可以利用初中數學函數的相關知識設計一道作業。

題目：

溫度與時間的函數關系

問題描述：

我們知道，溫度是物理學中一個重要的概念。常見溫度的單位為攝氏度（℃）。假設我們有一組溫度數據和對應的時間數據（見表1），現在請你根據所給的數據分析溫度的變化規律，并使用數學函數圖象來描述溫度隨時間的變化關系。

表1 時間/溫度變化表

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請你完成以下任務：

1.利用給定的數據繪制時間與溫度的散點圖，并在圖上標注坐標軸和點的坐標。

2.根據所給的數據，用函數表達式來表達溫度隨時間變化的規律。

3.根據所建立的函數模型，預測當時間為60分鐘時，溫度應該是多少攝氏度。

第一個題目的散點圖如圖1所示

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圖1

根據初中數學知識以及上述函數圖象可以判斷，該函數為一元一次函數，帶入上述數值可以發現函數式為y=0.2x+20。因此，當時間為60分鐘時，帶入可以發現溫度為32℃。

二、借助初中地理氣候知識，設計綜合運用性作業

初中地理中的“天氣與氣候”知識和初中物理中的“物態變化”知識之間存在著密切的聯系。物態變化是指物質由一種狀態轉變為另一種狀態的過程，如固體→液體→氣體等。天氣現象是指大氣中溫度、濕度、風速、降水等參數的變化。這些天氣現象中包括了整個物態變化過程，如冰雹、雨水、霜、雪分別通過凝固、液化、凝華等物態變化過程而形成。因此，學生通過學習物態變化的過程，可以更好地理解天氣現象的形成。“物態變化”一章中涉及了氣體的狀態轉變，如液體蒸發為氣體、氣體液化為液體等。而地理的天氣與氣候主要研究的就是氣候的變化和氣候因素的影響。了解物理中的固、液、氣狀態轉變，可以幫助學生深度理解空氣中水蒸氣的生成和變化，以及影響天氣和氣候的氣體成分和氣體狀態的變化。同時，學生通過學習物態變化中的能量變化，可以更好地理解和解釋天氣現象中的能量變化和它們之間的關系。據此可設計如下作業。

題目：

結合地理氣候變化和水循環的分析，深入理解自然界的物態變化。

問題描述：

物態變化是自然界中常見的現象，如水的蒸發、冰的融化等。通過本次作業，我們將探究自然界中物態變化的深層原因，以加深對物態變化的理解。

請你完成以下任務：

1.根據自己的觀察和經驗，列舉至少5個天氣變化中不同的物態變化現象。可以包括固體、液體和氣體之間的相變，也可以包括其他類型的物態變化。

2.選擇其中一個物態變化現象（如以水的蒸發為例），詳細描述這個過程中物態的變化，并從微觀粒子層面解釋該現象的發生。

3.結合氣候和天氣的知識，探究自然界中物態變化背后的深層原因。可以涉及地形、溫度、濕度等因素的影響，并解釋這些因素是如何導致物質的相變的。

4.選擇一個你感興趣的物態變化現象，并設計一個實驗來觀察和研究這個現象。詳細描述實驗的步驟、材料和測量方法，并解釋實驗結果對于理解物態變化的意義。

三、基于語文傳統文化視角，設計傳統教育類作業

與“物態變化”相關的傳統文化知識涉及面較廣，包括古詩詞、傳統節日、農耕諺語等。這些文化元素反映了人們對自然界物態變化的觀察、理解和感悟，展示了人與自然的緊密聯系。古詩詞中常常描繪自然界的物態變化。例如，唐代詩人白居易《暮江吟》中的“可憐九月初三夜，露似珍珠月似弓”，描繪了在農歷九月初三時天氣轉涼，水蒸氣遇冷通過“液化”這一物態變化變為液體的現象。這句詩一方面表現了作者深刻的觀察力和對生活的體驗，另一方面從文藝審美的角度展示了物態變化的規律。農耕諺語中有“冬天麥蓋三層被，來年枕著饅頭睡”一說，說明冬天下大雪，等到開春時天氣轉暖，雪通過“融化”這一物態變化方式轉化為水，可以對小麥起到灌溉作用，從而增加小麥產量。這些傳統文化元素不僅豐富了我們對自然界的認識，也彰顯了人們對自然的敬畏與崇拜。據此可設計如下作業。

題目：

物態變化中的傳統文化審美培養

問題描述：

物態變化是自然界中的一種美妙現象，它在傳統文化中也有著特別的位置。通過本次作業，我們將結合傳統文化中的審美元素，提升對物態變化的審美認知，體會物態變化中的詩意之美。

請完成以下任務：

1.查閱古代詩詞或農耕諺語等，選擇一篇或一條與自然界物態變化相關的詩詞或諺語，如可以選取涉及水的蒸發、冰的融化、云的凝結等主題的古詩詞等，解讀其中對物態變化的描繪或體現其意境的一句，理解其中蘊含的審美價值和實踐價值。

2.基于選擇的古代詩詞或農耕諺語等，通過圖像或繪畫表達其體現的物態變化，并突出其中的審美特點。可使用繪畫或圖像編輯軟件完成。

3.為設計的視覺作品寫一段說明文字，解釋所選擇的詩詞或農耕諺語中體現的物態變化元素和過程。

4.分享你的視覺作品和說明文字，和同學們交流，讓他們欣賞你的作品，并聽取他們對詩意的理解和感受。可以通過線上或線下展示作品。

四、基于生物學科蒸騰現象，設計實驗探究性作業

溫度是影響蒸發速率的重要因素。溫度越高，水分子的動能越大，蒸發速率也就越快。這可以通過生物學中植物蒸騰的過程來加以說明：溫度條件、葉片面積、環境濕度（季節變化）等都會影響植物體的蒸騰速率。溫度直接影響植物體內水分子的動能，溫度越高，蒸騰現象越強烈，從植物葉片表面蒸發出去的水分子也會更多。同時，物體表面積也是影響蒸發速率的因素之一，表面積越大，蒸發速度也就越高。這可以通過生物學中植物葉片的形態來加以說明：葉片表面積大的植物，其蒸騰速率也會相對較高。濕度也是影響蒸發速率的因素之一。這可以結合生物學中植物蒸騰的過程及植物落葉來加以說明：植物蒸騰時，大氣中的濕度越低，植物葉片上的水分子蒸發就越快，如秋季植物落葉也有降低蒸騰速率的作用。據此可以設計一道有關影響蒸發快慢因素的探究性實驗作業，提升學生對跨學科科學探究融合的研究。

實驗題目：

結合生物學中蒸騰現象知識及科學探究方法，探究蒸發速率的影響因素。

實驗目的：

通過實驗證明不同因素對蒸發速率的影響，并總結出蒸發速率與這些因素之間的關系。

實驗材料和設備：

多個相同大小的透明容器（如小杯子或碗）、不同溫度的水、滴管、玻片、實驗室溫度計、尺子或標尺、計時器或手表、濕度計（可選）。

實驗要求：

以學習小組為單位，共同完成實驗設計、實驗操作、數據記錄及結果分析。

實驗步驟范例：（見文末圖2）

實驗記錄與分析：

在實驗過程中，確保正確記錄每個容器中水的蒸發情況，記錄時間和溫度變化（如果進行了濕度實驗，同時記錄濕度變化情況）。

實驗結束后，將數據整理出來，并進行分析與總結。可以繪制圖表或制作實驗報告，以展示蒸發速率與溫度、表面積以及濕度之間的關系。學科知識遷移和科學探究方法融合的實驗可以幫助學生通過親自操作和觀察來理解蒸發速率受溫度、表面積和濕度等因素的影響。同時，參與實驗的過程還能培養學生的團隊協作、實驗技能、科學思維及數據分析能力。

研究發現，初中物理與許多學科之間有著密切的聯系，設計跨學科作業，能夠拓展學生的知識、眼界，提升學生對知識的綜合應用能力。今后的研究可以進一步擴展校本作業設計的領域，探索更多跨學科主題的設計，以促進學生的全面發展和綜合能力的提升。

（作者單位：柘榮縣第二中學）

編輯：常超波