融合地方文化資源的初中物理跨學科實踐教學

［摘 要］《義務教育物理課程標準（2022年版）》在原有課程內容的基礎上新增了“跨學科實踐”一級主題。地方文化資源是跨學科實踐教學的理想素材，充分融合地方文化資源對中學物理跨學科實踐課程的開發和設計具有重要作用。文章分析了融合地方文化資源的跨學科實踐教學的理論基礎與優越性，并因地制宜，以“千載蘇橋，慧通古今”項目為例闡述融合蘇州橋文化的初中物理跨學科實踐教學的環節與設計意圖，體現了地方文化資源與工程教育、物理學科教學的有機融合。

［關鍵詞］跨學科實踐教學；地方文化資源；工程教育；初中物理

［中圖分類號］" " G633.7" " " " ［文獻標識碼］" " A" " " " ［文章編號］" " 1674-6058（2024）20-0041-04

《義務教育物理課程標準（2022年版）》對物理課程的內容結構進行了優化，增加了“跨學科實踐”一級主題，這一主題內容與日常生活、工程實踐及社會熱點問題密切相關，頗具跨學科性、實踐性特點[1]。物理跨學科實踐課程的開發要求教師在教學中充分挖掘物理教材與日常生活中的科學問題相結合的素材，選擇恰當的主題進行項目編制。依托10%的跨學科主題學習，撬動90%的物理課堂學習，激發學生的物理學習興趣[2]。

地方文化資源與學生的日常生活息息相關，同時也是無數古代勞動人民在數千年的生產生活實踐中凝結的智慧結晶，蘊含著對物理現象、物理原理的思考。因此，地方文化資源是物理跨學科實踐教學的理想素材，充分融合地方文化資源對物理跨學科實踐課程的開發和設計具有溝通文理、傳承文化、培養文化認同感等重要作用。

一、融合地方文化資源的跨學科實踐教學的理論基礎與優越性

跨學科實踐的教育思想可以追溯到19世紀赫爾巴特的綜合課程理論，隨著科學技術的發展跨學科實踐不斷被賦予新的內涵，逐漸形成了諸多教育理念。其中，STEM教育理念影響最為廣泛。而新課標提出的“跨學科實踐”是STEM教育理念中國化的又一重大突破，它通過將物理學與工程相聯系，培養學生的知識遷移運用能力和樂于實踐、勇于創新的精神[3]。

近年來，我國高度重視的中華傳統文化教育與跨學科實踐的教育思想相得益彰。地方特色文化作為中華傳統文化的重要組成部分，是跨學科實踐學習的理想素材，因為它能夠提供豐富的工程實踐場所和創設生動的生活場景，并以學生熟悉的地方文化作為切入點，可以激發學生的學習興趣，有助于學生深刻理解物理概念及規律。地方文化資源蘊含大量的物理現象與知識，將其融入物理教學能促進文理之間的溝通和交流，有助于學生體會古代勞動人民的智慧和工匠精神[4]。通過了解和學習地方文化，學生能夠更好地認識自己所處的環境和社會，增強自己的文化認同感和歸屬感，進而拓寬視野、提高綜合素質，為未來的發展打下堅實的基礎[5]。

二、融合地方文化資源的跨學科實踐教學——以“千載蘇橋，慧通古今”項目為例

蘇州自古以來便以其婉約的水鄉文化和精湛的園林建筑聞名于世，具有豐富的歷史底蘊和深厚的文化積淀。蘇州水系豐富、橋梁眾多，其中最為著名的古橋有烏鵲橋、楓橋、寶帶橋、覓渡橋。蘇州橋文化歷史悠久，最早可追溯至春秋時期。隋唐時期，隨著大運河的開通，蘇州成為東南沿海的水路交通要沖和文化中心，著名的《楓橋夜泊》《正月三日閑行》等詩文就誕生于這一時期，蘇州橋文化逐漸繁盛。明清時期，蘇州古城發展達到鼎盛，橋梁不再僅僅是交通工具，更是經濟發展的承載者和燦爛文化的見證者，精致的橋梁與雅致的園林相映生輝，共同構成盛世姑蘇的繁華圖卷。新中國成立以來，先進材料和工藝被用于古橋的修復，同時，眾多現代橋梁工程不斷涌現，其中最具代表性的是蘇通長江公路大橋，在當時創造了多項世界橋梁建設的紀錄。

蘇州橋文化是跨學科實踐教學的理想素材，而橋梁本身就涉及諸多物理原理，在物理教學中融入蘇州橋文化有利于學生深入理解和綜合運用所學的力學知識。同時，蘇州橋所承載的文學、藝術與歷史知識對于促進學生全面發展、培養學生文化認同感也具有重要意義。本文以“千載蘇橋，慧通古今”項目為例探討融合地方文化資源的初中物理跨學科實踐教學策略。

（一）創設情境，選定項目

首先，教師為學生展示地楓橋、寶帶橋等蘇州當地具有歷史文化韻味的古橋的風光以及太湖大橋、蘇通長江公路大橋等具有現代科技魅力的宏偉工程，使學生體會不同時代蘇州橋梁的巧妙設計和不同魅力。其次，教師引導學生思考古今橋梁設計是如何演變的，其背后又蘊含著哪些相同的物理知識。最后，教師創設問題情境：蘇州市政府擬建一座新的橋梁來連接新舊城區，如果你是一名未來的橋梁設計師，該如何運用物理知識設計一座既承載蘇州本地特色文化又兼具現代實用性的橋梁呢？同時，組建工程師小組、布置課后學習任務，讓學生實地調查蘇州的著名橋梁及其背后所蘊含的文學歷史知識。

設計意圖：通過展示蘇州古今橋梁之美，使學生初步感知物理與生活的緊密聯系，激發學生的學習興趣。通過創設“未來橋梁設計師設計橋梁”這一問題情境，賦予學生責任，引導學生產生進一步學習物理知識、進行工程實踐的動機。

（二）設置任務，全面探究

教學活動1：教師組織學生參觀考察蘇州當地具有代表性的古今橋梁，并帶領學生通過檔案館查閱、網上調查等方式了解蘇州古今橋梁的相關信息。活動前，教師可以向學生分發精心設計的驅動任務清單（見表1），并在活動過程中輔助學生完成清單上的任務。驅動任務的設計參考了CDIO工程教育模式，即以構思、設計、實現、運作四個環節為核心，以產品從研發到應用的整個周期為載體，旨在實現學生“做中學”。

設計意圖：結合CDIO工程教育模式，帶領學生對各個橋梁進行詳盡的調研，逐步完成任務，讓學生體會橋梁設計的整個周期，深刻感受物理學與工程實踐的聯系，為后續的教學與模型制作積累素材。

教學活動2：根據實地調查中的文字和拍照記錄，教師引導學生從中抽象出橋梁的物理模型，將橋梁的物理模型按照結構分為四大類：梁橋、墩橋、拱橋以及斜拉橋，按照橋梁結構由簡到繁的順序與學生一同分析橋面的受力特點，分析各種橋梁的優缺點和可行的改進方案。通過將蘇州橋文化融入物理課堂，利用學生熟悉的橋梁進行原型啟發，可以更好地幫助學生理解橋梁設計的發展歷程，讓學生在探究學習的過程中逐步掌握工程思維。

1.梁橋模型講解

梁橋是以一根兩端固定的梁作為承重結構的橋梁，它是出現時間最早、結構最為簡單、分布最廣的橋梁類型。位于蘇州干將路上的太平橋（如圖1）就是一座典型的梁橋，其建于北宋皇祐五年（1053），王謇《宋平江城坊太平橋考》載：“繆參政國維宅，在府治西北，太平橋南，其子孫世居之。清康熙間，參政孫侍講彤，于宅旁構志圃以奉親，中有雙泉草堂、白石亭、紅畫亭、梅洞、蓮子灣諸勝。”在講解梁橋過程中，教師可使用木板與橋梁進行類比（如圖2），當木板負荷由[F]逐漸增大至[F']時，木板出現向下彎曲的彈性形變；若繼續增大負荷，將會超過木板的彈性限度，導致木板斷裂，進而分析得出梁橋雖然結構簡單、易于建設，但存在負荷小、跨度短的弊端。

2.墩橋模型講解

教師通過提問引導學生思考古代勞動人民如何解決梁橋承載能力差、跨度短的問題，以及聯想到此前參觀的蘇州人民橋（如圖3）的結構，進而猜想可以通過在橋梁下方加入橋墩，提供向上的支持力來減小橋梁產生的彈性形變，順勢引出另一種橋梁類型——墩橋。

教師引導學生對橋墩進行受力分析，運用力的平衡等物理知識計算各個橋墩所受壓力與總載荷的關系。如圖4所示，由力的平衡條件可知[G=F1+F2+F3+F4]。

3.拱橋模型講解

墩橋也有其自身的缺點，如墩橋的建設需要堅實的地基支撐，對水文、地質要求較高。教師可引導學生思考古代勞動人民在水流湍急或水底地質松散的河段采用何種替代方案來解決簡支梁橋承載能力差、易產生彈性形變的問題，以及引導學生聯想此前所參觀的楓橋（如圖5）。通過物理模型啟發引入拱橋模型，并對拱橋模型進行受力分析與實驗（如圖6），得出拱結構將部分豎直向下的壓力轉化為拱腳向水平方向的側壓力的結論。

4.斜拉橋模型講解

在交通日益發達的今天，我們有著對更大承重能力、更長橋梁跨度的要求，因此斜拉橋應運而生。蘇通長江公路大橋（如圖7）是學生最為熟悉的斜拉橋，是國家高速沈陽－海口高速公路跨越長江的重要樞紐，其位于蘇州與南通之間，是當時我國建橋史上工程規模最大、綜合建設條件最復雜的特大型橋梁工程。斜拉橋在墩橋的基礎上，通過吊索的張力，使橋梁各部分的負荷進一步平衡。教師可以基于斜拉橋的杠桿結構建構模型，引導學生對斜拉橋進行簡單的受力分析，幫助學生理解斜拉橋的受力特點。如圖8所示，斜拉橋的吊索結構可視為以[O]為支點的杠桿，易得[F1L1=F2L2]。

設計意圖：運用物理抽象的方法，將復雜的工程問題簡化為更易于學生理解的簡單物理模型問題，踐行“從生活走向物理”這一課程理念。同時，整個關于橋梁設計演變過程的講解要求學生能綜合考慮水文、地質、日常需求等因素。通過全體學生共同分析、集思廣益，不斷尋找改進方案，進一步提高了學生的學習興趣，提升了學生的問題解決能力。

（三）設計方案，制作產品

教師引導學生分組設計方案，制作產品，要求各個小組合理分工，合作完成材料準備、繪制圖紙、模型建構等任務。整個過程要求學生利用所學物理知識和文化知識，設計出符合問題情境且兼具文化特色和實用性的橋梁，并繪制圖紙；根據圖紙，利用木板等材料制作簡易的橋梁模型，并對橋梁模型進行負載測試，根據測試結果不斷進行改良。在這一環節中，教師需要密切關注學生的實踐情況，適時給予指導。教師可以同樣采用CDIO工程教育模式設置任務，引導學生思考并建構符合要求的橋梁模型。任務設置如表2所示。

設計意圖：讓學生查閱資料，綜合利用所學知識，提出自己的設計方案并與小組成員交流，將自己與其他同學的設計方案進行整合，不斷進行改良，最終形成設計圖紙，并制作模型。既讓學生掌握力的合成與分解的實際應用方法，又培養了學生根據需求完成簡單工程實踐的能力。此外，融入蘇州當地特色文化，進一步提升了學生的人文素養，實現了智育與美育的和諧發展。

（四）成果展示，匯報交流

確定各個成員在匯報展示中所扮演的角色，小組合作分工展示實踐成果。匯報展示可以采用產品宣講、海報制作、實物展示等方式進行，以確保在關注物理知識的同時兼顧文化與藝術。當一個小組匯報展示時，其他小組可以對這一小組的設計提出建議或疑問，而這一小組成員要進行解答。教師應鼓勵學生友好交流并在必要時給予指導和幫助。

設計意圖：通過各小組的分工協作和各小組間的質疑與解答，充分培養學生的語言表達能力、團隊合作精神以及敢于質疑、實事求是的優良品格。同時，通過多元化的匯報展示，實現科學性、人文性、藝術性的統一，促進學生的全面發展。

（五）多元評價，總結反思

教師組織學生進行自我評價、組內評價、過程評價、成果評價等多元化的評價活動，并根據評價中出現的問題，引導學生總結經驗、改正錯誤，引領學生更好地發展。學習評價表如表3所示。

設計意圖：從評價主體、評價內容、評價方式三個層面進行多元化評價。首先，采用學生自評、組內評價、教師評價的方式從多角度了解學生在整個學習過程中的表現情況，更好地找到學生的問題并加以關注。其次，評價內容既考慮到物理學科本身，又關注學生團隊合作、語言表達、文化素養、工程思維等方面，有效落實新課標對于跨學科實踐的要求。

三、總結反思

隨著《義務教育物理課程標準（2022年版）》的頒布，整合學科資源、加強學科聯系無疑成為課程開發與教學設計的一條主線。本課題嘗試將近年來備受重視的中華傳統文化教育與新課標提出的“跨學科實踐”主題學習進行融合，并以此為依據設計了“千載蘇橋，惠通古今”項目的跨學科實踐教學。本課題論證了將地方文化資源融入初中物理跨學科實踐教學的可行性與優點，并提出了相關建議，同時基于項目式學習理念與CDIO工程教育模式設計了各個教學環節，實現了物理知識、工程實踐與地方文化資源三者的有機融合。

［" "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[M].北京：北京師范大學出版社，2022.

[2]" 杜明榮.物理“跨學科實踐”的內涵特征與教學建議[J].物理教學探討，2023（1）：1-4.

[3]" 郭洋，黃全安.指向深度學習的高中物理單元教學路徑探究：以“勻變速直線運動”教學為例[J].物理教學，2022（7）：13-16.

[4]" 趙波，李志堅，蔣靈.融合傳統文化 促進核心素養：以“力的合成”教學設計為例[J].物理教學，2022（12）：21-23，80.

[5]" 陳超. 基于地方文化資源的初中物理跨學科實踐教學研究[D].蘇州：蘇州大學，2022.

（責任編輯 黃春香）