基于學科融合的初中物理作業的研究與設計

余萍

【摘要】在初中階段的學科作業設計過程中，作業設計基本以分科作業設計為主，這在一定程度上阻礙了初中學生對于整體性知識、知識型社會的正確認知，使得學生在課堂中學習到的知識處于相互割裂的狀態，難以形成知識層面的交流和碰撞.本文從初中物理學科跨學科作業設計入手，簡要論述物理學科融合其他學科知識設計作業的實踐路徑，旨在借助學科知識點間的聯系性特點，幫助學生形成網絡化的知識結構，以期為初中物理教師提供經驗借鑒和幫助.

【關鍵詞】學科融合；初中物理；作業設計

隨著素質教育理念以及新課程改革的不斷深化，跨學科教育已成為培養全面發展人才的重要手段.初中物理作為基礎教育的重要學科，其作業設計融入跨學科理念有助于提高學生的綜合應用能力.《義務教育初中物理課程標準（2022年修訂版）》中明確指出，跨學科作業設計是初中物理教學中的重要環節，旨在通過引導學生將物理知識與其他學科領域的知識進行融合，培養學生的跨學科思維能力和解決問題的能力；跨學科作業設計有助于拓寬學生的視野，增強學生對物理學科的興趣，并提高學生的學習成效，這就為跨學科作業設計提供了方向指引.

1 初中物理跨學科作業設計的基本原則

1.1 科學性原則

科學性原則是初中物理作業跨學科融合設計的首要原則.確保內容準確是作業設計的基礎要求.這意味著在設計作業時，應嚴格基于物理學科的核心概念和原理，確保所涉及的知識點的準確性，以免誤導學生.準確性不僅體現在知識點的選擇和應用上，還包括問題表述、數據呈現等方面，都要經過仔細推敲和核實.同時，作業設計應注重培養學生的物理思維.物理思維是一種基于觀察、實驗和推理的科學思維方式，有助于學生深入理解物理現象和規律，提高分析和解決問題的能力.因此，在跨學科融合的作業設計中，雖然涉及其他學科的內容，但應以物理思維為主導，引導學生運用物理學的觀點和方法思考問題，從而加深對物理學科知識的理解和掌握.

1.2 滲透性原則

滲透性原則在初中物理作業跨學科融合設計中扮演著重要角色.為了實現自然融合，在作業中融入其他學科的內容時，確保這種融合是順水推舟、不露痕跡的.學生在完成作業時，能夠自然而然地體驗不同學科之間的聯系和相互滲透.為此，教師需要深入挖掘不同學科間的內在關聯，找到它們之間的邏輯和內容上的契合點.通過巧妙地設計作業任務和情境，使學生能夠在完成物理作業的過程中，自然而然地應用其他學科的知識和思維方法.同時，教師要避免生硬疊加不同學科的知識點.簡單的知識點疊加只會使得作業顯得雜亂無章，無法達到跨學科融合的真正效果，教師需要思考如何將這些知識點有機結合，形成一個有邏輯、有內在聯系的整體.通過合理地設計，使得學生在完成作業的過程中，不僅能夠鞏固物理學科知識，還能夠加深對其他學科的理解和認識.

1.3 開放性原則

開放性原則是初中物理作業跨學科融合設計中的關鍵原則之一.鼓勵學生在完成作業時從多個學科角度思考問題，超越物理學的范疇，以激發學生的綜合思維能力.通過引導學生思考問題的多個層面和維度，可以幫助學生更全面地理解和應用所學知識.同時，開放性原則還體現在答案的多樣性上.對于某些問題，教師可以設計多種解決方法，讓學生意識到問題的解決不僅局限于一種方式.這種設計方式可以激發學生的創造力和求異思維，鼓勵學生尋找不同的解決方案，并從中選擇最適合的方法.

2 基于學科融合理念設計初中物理作業的思路

2.1 融合學科知識設計物理作業

融合學科知識設計物理作業是一種創新的教學方法，通過結合物理與其他學科的知識點，設計出綜合性的問題，以促進學生的跨學科學習和理解.在這種作業設計中，教師可以選取與物理學相關的知識點，與其他學科領域進行有機融合.

例如 將物理與化學、數學、生物或者地理、歷史等學科進行結合，設計涉及多個學科領域的問題.這種綜合性的作業設計有助于激發學生對知識的探索欲望，并培養學生的跨學科思維能力.通過解決這類問題，學生不僅需要運用物理學的概念和原理，還需要結合其他學科的知識，形成更加全面、深入的理解.

2.2 融合實際問題設計物理作業

融合實際問題設計物理作業是一種有效的教學策略，能幫助學生將物理知識與其他學科的實際應用場景結合起來，提高學生對知識的理解和應用能力.

例如 將物理中的光學知識與生物中的眼睛結構相結合，設計綜合性的物理作業.在這個作業中，學生需要運用光學的原理，去解釋生物眼睛的結構與功能.通過研究光線在眼睛中的折射、反射和聚焦等現象，深入理解視覺的形成過程.

又如，將杠桿知識和人體結構相結合，嘗試解釋人體結構中應用的杠桿原理，如手臂的骨骼和肌肉結構形成杠桿系統.肘關節作為支點，手臂骨骼作為杠桿，肌肉產生的力量則作為動力.當手臂舉起重物時，肌肉產生的力量通過骨骼杠桿作用在物體上，使物體被舉起.這一過程符合杠桿原理，即動力×動力臂=阻力×阻力臂，以此來激發學生對自然科學的探索熱情.

3 基于學科融合的初中物理作業設計實踐策略

3.1 融合語文學科知識，實現交叉滲透

語文學科作為初中階段學生學習的重要人文性學科之一，是語言文化學習的重要組成部分，教師在設計初中物理作業時，借助語文學科工具性和人文性的特點，能夠有效拓展物理作業設計的廣度和深度.語文學科中的文學描寫、寓言故事等元素，不僅富含豐富的想象力與情感，還常常蘊含著自然科學的奧秘.

例如 “日出江花紅勝火”這句古詩詞，就蘊含著豐富的物理學科知識.通過融入語文中“日出江花紅勝火”這樣的文學描寫，教師可以為學生設計一道探討光的折射與散射的物理作業.這樣的描述生動形象地展現了太陽初升，光芒灑在江面上的美景.學生可以從這描述中感受到光線的變化，進而深入研究光線在不同介質中的折射與散射現象.

又如，教師可以結合人教版八年級上冊三單元“三峽”中“空谷傳響，哀轉久絕”，為學生設計解釋這一聲學現象的開放性作業等等.這種設計方式不僅使得物理作業變得生動有趣，還能幫助學生建立起科學與人文之間的聯系，讓學生意識到自然科學與人文科學是相輔相成、相互滲透的.

與語文學科知識融合設計的物理作業示例如下：

（1）《浣溪沙·五兩竿頭風欲平》中描寫道“看山恰似走來迎”中，詩人認為山是運動的，是以哪種物體為參照物？

（2）《沁園春·雪》中描寫的“千里冰封，萬里雪飄”都涉及哪些物態變化？

（3）結合人教版八年級上冊第五單元《中國石拱橋》內容，調查并總結物理學應用在工程建筑領域的案例，體會物理學對工程技術發展的促進作用.

3.2 融合數學學科知識，發展學生問題求解能力

數學學科知識是發展學生運算能力、統計能力、數據分析能力以及空間意識等核心素養的重要媒介，數據分析和統計概況等能力同樣也是學生學習物理知識的重要抓手.因此，數學知識和物理知識存在知識、學習思想以及解決問題方法上的高度契合點.在學生面對未接觸過的問題時，可以嘗試應用數學建模意識和能力，為已有知識儲備和位置問題搭建連接橋梁，進而解決實際問題.

例如 在物理作業設計時教師可以讓學生利用數學模型描述物體的運動軌跡.這類問題要求學生首先理解物體的運動規律，如勻速直線運動、拋物線運動等，隨后通過函數來表達這些規律.學生需要運用物理概念來確定物體運動的初始條件，如位置、速度、加速度等，并結合數學知識建立相應的函數模型.通過解數學模型，學生可以預測物體在不同時刻的位置和速度，從而深入理解物體運動的本質.這種融合數學學科知識的物理作業設計，不僅能夠鞏固學生的物理知識，還能提高學生的數學運算和問題求解能力.

與數學學科知識融合設計的物理作業示例：

福建中考真題變式：實踐小組設計了由廂體、承重板和動滑輪組成的提升重物的裝置，廂體放置在水平承重板上，承重板的上表面裝有壓力傳感器，裝置由電動機提供動力，該裝置設計有超載限制系統，限制系統中的控制電路電源電壓恒為12V，定值電阻R阻值為200Ω，壓力傳感器中的力敏電阻R阻值隨壓力F變化的部分數據如表1所示.當控制電路的電流大于0.03A時，電磁鐵將銜鐵吸下，B、C兩個觸點斷開，電動機停止工作.已知廂體重150N，承重板和滑板共重100N，忽略繩重、摩擦和電磁鐵線圈電阻，求電流隨壓力F變化的關系式.

3.3 歷史、地理學科融合，促進學生綜合發展

歷史、地理學科與物理的融合，為學生提供了一個更廣闊、更豐富的學習平臺，促進了學生的綜合發展.

例如 《天工開物》是我國古代一部綜合性的科技著作，其中包含了豐富的物理知識和技術應用.這本書涉及農業、手工業、礦業、冶金、紡織、制造等多個領域的生產工藝和技術原理，其中不乏對物理現象和原理的描述和解釋.如書中介紹了水車的構造和運作原理.水車利用水流的動力，通過輪軸和齒輪的傳動，將水能轉化為機械能，從而驅動農田的灌溉系統.這種機械原理的應用，體現了古人對能量轉化和傳動的理解.又如，書中討論了冶煉金屬過程中的熱學現象.在冶煉過程中，通過控制火候和加熱時間，可以改變金屬的物理和化學性質.這種對熱學原理的應用，體現了古人對溫度、熱量和物質性質之間關系的理解.

與歷史、地理學科知識融合設計的物理作業示例如下：

（1）福島核事故導致大量的放射性廢水產生，放射性廢水中含有大量的放射性同位素，這些同位素會通過衰變釋放出能量.請解釋放射性同位素衰變的物理過程，并說明其對環境和生物體的影響.在處理放射性廢水時，常見的方法是使用吸附劑去除放射性物質.請設計簡單的實驗，研究不同吸附劑對放射性物質的吸附效果，并解釋吸附過程的物理原理.核廢料的安全埋藏是確保長期輻射安全的關鍵.請調研現有的核廢料埋藏技術，并解釋其中涉及的物理原理和工程挑戰；設計一種理想的核廢料埋藏方案，綜合考慮地質條件、放射性衰變、熱管理等因素，以確保廢料的安全性和長期穩定性，并說明設計思路和原理.

（2）龍骨水車是一種古老的水力機械，利用水流的動力來驅動輪軸旋轉，進而實現泵水、灌溉等功能.請簡述龍骨水車的工作原理，并分析其中涉及的物理現象，如水流動力、輪軸旋轉等.龍骨水車的效率與哪些因素有關？如何利用物理原理來提高龍骨水車的效率？請設計簡單實驗，研究不同水流速度下龍骨水車的旋轉速度，并分析實驗結果，給出優化龍骨水車設計的建議.

4 結語

綜上所述，跨學科融合不僅是初中物理作業設計的創新路徑，培育學生核心素養，實現五育并舉教育理念的重要途徑，更是響應二十大科技育人理念的重要抓手.物理學科不僅能和語文、數學、地理、歷史等學科開展跨學科作業設計，也能和化學、生物、體育等學科開展跨學科作業設計，這需要物理教師在作業設計實踐中，進一步探索和深化跨學科作業設計的實踐路徑，以期提升學生的核心素養，實現五育并舉，響應科技育人的新時代教育理念，為培養全面發展的人才貢獻優勢力量.

【本文系福建省福清市教育科學研究“十四五規劃”課題《基于“雙減”背景下的初中物理作業設計的策略研究》（編號：FQ2022ZX21）的研究成果】

參考文獻：

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