物理跨學科實踐：內涵、特點與案例

摘" 要：跨學科實踐作為培養和發展學生核心素養的課程載體，其有效實施路徑需要厘清。在對物理跨學科實踐的內涵與特點進行解讀的基礎上，分析了物理跨學科實踐活動的設計原則，提出了落實物理跨學科實踐的有效途徑。最后，通過案例進行跨學科實踐活動，供物理教師借鑒與參考。

關鍵詞：跨學科實踐；初中物理；核心素養；實施路徑

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A " " 文章編號：1003-6148（2024）2-0076-6

2022年4月教育部頒布了新修訂的《義務教育物理課程標準（2022年版）》（以下簡稱“物理課程標準”）。其中，課程內容的最大變化是新增了“跨學科實踐”這一主題，旨在發展學生跨學科運用知識的能力、分析和解決問題的綜合能力、動手操作的實踐能力，培養學生積極認真的學習態度和樂于實踐、敢于創新的精神［1］。跨學科實踐與其他物理課程內容相結合，成為此次課程改革的亮點之一。學生在現實生活中遇到的問題紛繁復雜，單一的學科知識往往限制了學生解決問題的視野與能力，而跨學科實踐能破除分科教學的桎梏，培養學生綜合運用知識解決問題的能力。因此，教師有必要理解跨學科實踐的意蘊，厘清跨學科實踐的有效實施路徑，在教學實踐中落實立德樹人的根本任務。

1" " 物理跨學科實踐的內涵

物理課程標準中涉及跨學科實踐的描述為：“跨學科實踐”主題的內容具有跨學科性和實踐性特點，與日常生活、工程實踐及社會熱點問題密切相關［1］。此描述可以看出跨學科實踐的特點，但對跨學科實踐的具體定義有待梳理。因此，有必要在明確定義的基礎上進行內涵解讀。何為跨學科？在跨學科研究中，人們常用多學科（multidisciplinary）、跨學科（interdisciplinary）和超學科（transdisciplinary）三個詞來區分不同研究范式或衡量學科的跨學科性，這些名詞反映出知識整合深淺的程度。而跨學科在強調學科立場的同時，又超越了學科邊界，創造性地綜合各學科知識來協同解決真實問題、淡化學科隔閡，形成豐富學生知識建構的沃土［2-3］。同時，跨學科實踐的本質需要進一步探討。通過分析其他科目課程標準中對跨學科實踐的描述，在個性中歸納出共性，有利于明確跨學科實踐的本質。通讀其他科目義務教育課程標準，發現科目中對跨學科實踐（其他科目亦稱為“跨學科主題學習”）有直觀的定義描述，如表1所示。

根據表1的描述，需要定性跨學科實踐，即跨學科實踐的本質是實踐活動還是學習方式。《辭海》指出：活動是為某種目的而采取的行動；方式是言行所采用的方法和形式；實踐是人們改造自然和改造社會的有意識的活動。根據以上解釋，物理跨學科實踐的本質應該視為實踐活動。眾所周知，物理學是自然科學領域的一門以實驗為基礎、具有嚴謹理論體系、能進行定量精密研究、帶有方法論性質的應用廣泛的基礎學科。根據物理學的特點及表1內容可知，物理跨學科實踐是一種將學習置于真實、復雜、有意義的情境中，以物理課程內容為主干，綜合運用兩門或兩門以上學科（其中一門為物理學科）的知識、方法或觀念進行問題解決，實現單一學科不能達成的目的，以促進學科和跨學科理解，培養學生多學科視角分析與解決問題的能力，以實現核心素養提升的綜合實踐活動［6］。因此，物理跨學科實踐具有以核心素養為導向、以跨學科知識為基礎、以實際問題為驅動、以動手實踐為經歷的特征。

2" " 物理跨學科實踐的特點

在物理課程標準的內容框架中，一級主題“跨學科實踐”包含“物理學與日常生活”“物理學與工程實踐”“物理學與社會發展”三個二級主題，具體內容如表2所示［1］。“物理學與日常生活”強調學生在日常生活中發現、分析及解決實際問題，并通過學習知識來踐行知行合一的理念。“物理學與工程實踐”注重學生了解物理學在工程學和信息技術中的應用，尤其要讓學生了解我國古代的科技成就，增強學生的民族自豪感。“物理學與社會發展”強調要結合實例，了解能源與新材料對社會發展的影響，著重了解現代以來我國高新技術的發展與成就，強化學生投身科技強國的使命擔當。基于物理跨學科實踐內容的特征分析，可知物理跨學科實踐具有實踐內容的整合性與真實性、學習方式的實踐性與多樣性和學習成果的遷移性等特點。

2.1" " 實踐內容的整合性與真實性

物理跨學科實踐設置了“物理學與日常生活”“物理學與工程實踐”和“物理學與社會發展”三大主題，里面的內容豐富，體現出不同學習領域的知識整合，多種方法的綜合利用。實踐內容的整合是基于真實的問題情境，通過提出問題、確定實踐方案與目的、實踐行動與評價等環節，將學習者頭腦中碎片化的知識轉化為連貫性想法，來提升學生的學習效果。同時，各個主題中的活動案例都與學生的生活經驗息息相關。這拉近了學生與自然科學的聯系，讓學生體會到所學知識的有用性，在強化跨學科實踐活動的教學意義方面起著積極作用。

2.2" " 學習方式的實踐性與多樣性

跨學科實踐尤其強調學生通過實踐性或具體性的學習情境獲得知識感知，在實踐中完成知識建構，形成自己的學習體驗和學習結果［7］。跨學科實踐建構了多學科整合的物理實踐活動場域，豐富了學生的學習方式。物理實踐活動主要包含查閱資料與實物考察、論文撰寫與作品制作、實驗探究三類。不同類型的活動會產生不同的學習方式，這些實踐方式既強調學生的動手實踐，又注重培養學生在觀察、數據搜集與分析等方面的能力。同時，也為學生的交流合作提供了便利。

2.3" " 學習成果的遷移性

物理跨學科實踐的學習價值在于培養學生將已經學到的相關知識應用到新的情境之中的綜合能力。學生通過跨學科實踐，既能深入認識本學科知識體系，更能從不同學科（或整合各學科）視角看待并解決問題。因此，跨學科實踐幫助學生形成對身邊世界連貫的、科學的理解，提升學生的核心素養。

3" " 物理跨學科實踐的實施路徑

3.1" " 設計原則

核心素養導向下的物理課堂轉型，需要著力挖掘跨學科實踐的教學價值。重審物理課堂教學，遵循跨學科實踐活動的設計原則，才能更好地實施跨學科實踐。原則一：立足物理學科，遵循課程標準。初中物理跨學科實踐的開展，需要以物理學為學科基礎。根據物理課程標準規定的內容要求與活動建議，將物理學科知識與日常生活、工程實踐和社會發展緊密聯系起來，選擇綜合性、實踐性的課題設計合理的跨學科實踐活動。原則二：一體化設計，優化教學過程。10%課時的跨學科實踐與90%課時的物理課程內容應作為一個整體，進行統籌規劃和頂層設計。要重視跨學科實踐在打破分科教學桎梏、變革教材內容呈現形態與優化學生學習方式上發揮的示范作用。但在教學中，更應將跨學科實踐融入物理課程中，并根據課程內容的主題特征，一體化設計跨學科實踐，優化課程內容與跨學科實踐的教學銜接，落實學科育人價值。原則三：動手實踐，學用結合。跨學科實踐作為物理課程的有機組成部分，既強調新知識的學習，又強調已學知識的應用。跨學科實踐尤其注重學生的動手實踐，讓學生參與到實踐活動中去，親身經歷科學探究與問題解決，以此發揮跨學科實踐在教學內容、教學方式、交流評價等方面的優勢，使學生在實踐活動中實現知識的遷移與運用，提升物理課程的教學效果［8］。

3.2" " 實施路徑

物理跨學科實踐的教與學需要立足本學科的知識展開，跨學科實踐不能、也不應該完全取代學科學習，后者在未來很長一段時間內仍然是學生的主要學習方式。但是，核心素養時代的物理教學呼喚學習方式的更新與變革。跨學科實踐作為一種實踐活動，可以運用于課堂教學、考試評價、社會實踐等各個環節［6］。無論是項目式學習、STEM教育，還是基于問題解決的教學、科學探究等，都可以運用跨學科實踐。但要真正在初中物理課程中把跨學科實踐落實到一線教學中，就要基于物理課程標準，使跨學科活動能豐富物理學習經驗，培養綜合實踐能力。

實施跨學科實踐，要以物理學科為引領，以核心素養為導向，以融合目標為線索，路徑如圖1所示。首先，以物理跨學科實踐主題內容要求、相對應的案例和活動建議作為跨學科實踐課程的基點，建立起跨學科實踐與課程內容之間的聯系，為物理跨學科實踐的開展提供立足點。接著，將物理核心素養作為課程的目標導向，并以此為線索，通過課程內容與學情分析、跨學科領域確定與主題情境創設、開展實踐活動三個步驟，來實施物理跨學科實踐。

物理跨學科實踐基于物理學科知識，教師要充分考慮學生的實際情況，通過物理課程標準、教材和已有的跨學科實踐分析案例；通過樹立跨學科大概念整合的意識，明確跨學科所涉及的其他學科領域，選取跨學科實踐的現實主題、創設真實的課程情境。物理教師通過設計（或開發）與所學課程內容相應的跨學科實踐案例供學生實踐，來幫助學生完善原有的認知結構，實現知識的遷移融合［9］。在實踐過程中，既要鼓勵學生自主實踐，又需要教師在學生遇到困難時給予幫助。同時，在跨學科實踐活動中，要對學生的活動表現與成果進行多樣化評價，鼓勵學生與教師多溝通交流。其中，物理核心素養作為課程實施的主線，既貫穿于跨學科實踐的教與學之中，也作為課程所要實現的具體目標，是幫助學生形成正確物理觀念、提升科學思維、培養科學態度與責任的價值體現。

3.3" " 案例呈現

日本新頒布的課程標準中新設了《理數》學科，其目的是培養學生綜合分析事物現象，靈活運用數學和理科的視角和思維方式進行科學探究、解決實際問題的能力。《理數》提供的探究課題頗具跨學科特色［10］，一部分課題與我國的跨學科實踐主題內容比較相似，且課題探究過程符合圖1所示的實施路徑，這為教師的跨學科實踐教學設計提供了素材。

物理課程標準中跨學科實踐的內容要求：能發現日常生活中與物理學有關的問題，提出解決方案［1］。通過分析物理課程標準、教材和學情（在初中物理教材中，學生要學習光現象和透鏡及其應用），選取《理數》中的“管中窺圖”（調查透過圓筒看到的奇妙圖案）作為跨學科實踐活動主題［11］。

3.3.1" " 探究目的

透過金屬圓筒望向藍天，可以看到圖2所示的同心圓狀花紋，花紋是如何產生的？

3.3.2" " 研究方法

（1）如圖3所示，用照明裝置照亮屏幕，使照相機鏡頭的光軸和圓筒的中心軸一致，保證相機通過圓筒拍攝屏幕。另外，從圓筒左半部分入射的光線被阻擋時，通過筒拍攝的照片如圖4所示。（2）利用圖像分析軟件對拍攝的圖像進行分析。（3）改變圓筒的半徑、長度、材質和光的波長，重復上述步驟并進行觀察。

3.3.3" " 研究結果

（1）以拍攝的圖像為基礎，用物理模型表示花紋圖案。各區域的環間距離幾乎全部相等，其大小與筒的內徑相等，如圖5所示。（2）圖6是各區域的相對亮度。越靠近外環的區域，亮度越低。另外，即使在同一個區域內，亮度也是從內側向外側逐漸降低。筒的內徑、長度、材質和光的波長等因素都不影響上述結論。

3.3.4" " 解釋推論

圖4產生的原因可能與金屬筒內襯的反射有關。光在不同的光路上前進到各個區域，從外部入射的光在圓筒內的第1次反射落在第1區域內，第2次反射落在第2區域內，第3次反射落在第3區域內，如圖7所示。基于此，可以驗證各區域的環間距離與筒的直徑相等。

3.3.5" " 案例分析

學生狀況及教師指導建議的案例設計如表3所示。該案例從日常生活中的有趣現象出發，通過物理模型建構和實驗探究解釋現象產生的原因，旨在培養學生對未知事物的探究精神和問題解決能力。案例在物理光學知識的基礎上，進行數學建模、計算機軟件分析等跨學科知識的融合。以問題解決為線索，通過科學假設與驗證、任務分解等完成跨學科實踐活動，使學生在活動中提升問題解決能力和合作意識。

4" " 總結與思考

跨學科實踐作為革新物理課程內容、培育核心素養的重要學習活動，在消除分科教學弊端、促進學科融合方面能夠發揮積極作用。遵循跨學科實踐的設計原則開發出可行性高的跨學科實踐案例，仍需要教師的不懈努力。同時，案例的開發也可以放眼于域外，參考借鑒其他國家的跨學科實踐案例及設計特點。案例開發不僅可以加深教師對跨學科實踐的理解，也能為學生的實踐提供豐富的內容素材，為核心素養落地到物理實踐教學中提供便利。

同時，還要關注跨學科實踐的成果展示和實踐活動評價。成果的形式是多樣的，既可以是成品模型，也可以是科技論文、調查報告等。成果展示為學生交流互動、教師評價反饋提供了平臺與依據。評價的目的是為了促進學生的學習與發展。不僅要對實踐成果進行評價，更要在實踐過程中對學生遇到的情況給予及時指導，使得跨學科實踐活動順利完成。當然，推進物理跨學科實踐不僅需要教師的努力，還需要學校課程的合理規劃與管理、教師教研團體的通力合作以及社會家庭資源的支持等，從而保證學生在學習過程中逐步形成正確的價值觀、必備品格和關鍵能力。

參考文獻：

［1］中華人民共和國教育部. 義務教育物理課程標準（2022年版）［S］.北京：北京師范大學出版社， 2022.

［2］張玉華.跨學科主題學習的水平分析與深化策略［J］. 全球教育展望，2023，52（3）：48-61.

［3］胡慶芳.跨學科研究的國際視野及教師跨學科教學設計的模型建構［J］.基礎教育課程，2020（11）：26-31.

［4］中華人民共和國教育部.義務教育歷史課程標準（2022年版）［S］.北京：北京師范大學出版社，2022.

［5］中華人民共和國教育部.義務教育地理課程標準（2022年版）［S］.北京：北京師范大學出版社，2022.

［6］張玉華.核心素養視域下跨學科學習的內涵認識與實踐路徑［J］.上海教育科研，2022（5）：57-63.

［7］陸卓濤，安桂清.學科實踐的內涵、價值與實現路徑［J］.課程·教材·教法，2022，42（9）：73-78.

［8］廖伯琴.義務教育物理課程標準（2022年版）解讀［M］. 北京：高等教育出版社，2022.

［9］董吉玉，王帆，彭致君，等.以學科核心素養為導向的STEM課程融合之路——以數學學科為引領［J］.現代教育技術，2020，30（9）：111-117.

［10］范兵，蔡亞璇，熊建文. 核心素養視角下日本跨學科實踐案例分析［J］.物理教師，2023，44（4）：39-42.

［11］日本文部科學省.理數探究の事例イメージ［EB/OL］. （2018）［2023-07-03］. https：//www.mext.go.jp/content/1407196_31_1.pdf.

（欄目編輯" " 賈偉堯）

收稿日期：2023-09-12

作者簡介：范兵（1999-），男，博士研究生，主要從事物理課程與教學論、教育測量與評價的研究。