初中物理跨學科實踐任務驅動教學研究

摘" 要：《義務教育課程方案（2022年版）》明確指出，中學物理教學過程要開展一定課時的跨學科實踐活動。本文以“制作一臺小型風力發電機”為例，展示開展初中物理跨學科實踐任務驅動教學的過程，從主題確定、跨學科實施、評價等方面，通過任務驅動初中物理跨學科實踐教學，以此來促進學生的思維發展，培養學生的物理核心素養。

關鍵詞：初中物理；跨學科實踐；任務驅動

*基金項目：本文系江蘇省宿遷市“十四五”規劃2023年度重點課題“初中物理跨學科實踐任務驅動教學研究”（課題編號：SQ2023GHZD014）的階段性研究成果。

跨學科實踐是當今教育研究的熱點之一。初中物理跨學科實踐是促進物理學科核心素養落地的有效途徑，也是落實“雙減”政策的重要途徑。《義務教育課程方案（2022年版）》指出，

各門課程用不少于10%的課時設計跨學科主題學習。［1］教師每學期的物理教學中至少應拿出一定的課時來設計、開展跨學科主題學習。在實施初中物理教學的過程中，教師“教”的方式、學生“學”的方式和教學評價方式都要有相應轉變。教師應將初中物理跨學科實踐中的教學觀念、教學方式和教學手段等教育教學經驗，遷移到其他主題學習內容中，以撬動余下的90%課時的教學，實現初中物理課程改革的目標。［2］

任務驅動式教學是一種建立在建構主義學習理論基礎上的教學方法。在實施教學活動前，教師根據學生生理、心理特點，有目的地設置一定的任務單，以“教師為主導、學生為主體”有計劃、有組織地通過任務的驅動，將被動式學習轉變為以“解決問題、完成任務為主”的探究式、合作性學習，使學生處于積極的學習狀態之中。在任務驅動式教學過程中，每一位學生都能根據自己對任務單的理解，運用已有的物理知識和自己特有的經驗提出方案、解決問題。

1" 確定真實情境主題，合理規劃學習目標

在初中物理教學過程中，教師可以圍繞學生在現實生活中熟悉的、關注度較高的、有價值的問題，先引導學生從多個學科的角度觀察、思考、分析和研究，挖掘和選擇有教育價值和教育意義的素材；再將這些問題轉化成有研究價值、綜合性、開放性和實踐性的跨學科實踐的主題。在《義務教育物理課程標準（2022年版）》（以下簡稱《課程標準》）的初中物理跨學科實踐一級主題下的“物理學與社會發展”中明確要求：初中物理跨學科實踐可以結合實例，嘗試分析能源的開發與利用對社會發展的影響。［3］例如，針對全球能源危機、環境污染等問題，教師可以結合這一現實熱點問題設計主題為“制作一臺小型風力發電機”的跨學科實踐活動。教師在設計跨學科實踐活動過程中可以從物理核心素養的四個維度設計預期目標（見表1）。在設計過程中，教師要明確跨學科實踐教學過程中的教學目標、教學方法、研究內容涉及的學科，活動過程的組成部分，選用的材料，以及開展的活動和實施方式，做到有的放矢，從而保證活動的高質量。

科學思維通過多種渠道收集與處理有關風力發電機的信息，運用歸納、演繹等思想方法闡述自己觀點的合理性。比較、分析不同風力系統與發電系統連接方式的優缺點，選擇并優化設計方案

科學態度與責任通過制作風力發電機的實踐過程，養成科學求真的科學態度，助力反思和提升自我管理能力；樂于探索發電機模型制作過程，善于小組合作、團結互助，共同解決物理、技術和工程問題，初步形成質疑和創新的品格。增強節約能源和保護環境的意識

2" 突出問題解決過程，制訂跨學科實踐方案

雖然跨學科實踐活動涉及新知識的建構，但主要還是對所學知識進行應用。教師常以真實問題的解決過程為線索設計系列活動方案。由于研究的問題相對復雜，為了降低研究難度，教師可以在進行跨學科活動實踐過程中將復雜的任務分成若干個子任務，即分成任務群來解決問題。教師可以引導學習小組通過查閱資料、調查研究、仔細觀察、設計子方案、探究實驗、小組互幫互助等方式來設計簡單可行的跨學科實踐活動方案。在整個活動過程中，教師是物理學習任務群的設計師，要深入理解學習任務群的理念，根據《課程標準》內容對教材進行二次開發。教師應將對物理學習與能力的培養置于學習任務群中去考慮，進行合理的目標提煉、板塊建構、內容整合、任務設計，形成大單元意識，建構符合學生學習實際的學習任務群。［4］本文以“制作一臺小型風力發電機”跨學科實踐活動為例，設計相關問題和驅動性任務。

研究的問題：如何設計制作一臺風力發電機使二極管發光？請各小組通過討論、查閱資料等方式，然后做一做，對比后確定出發電效率最高、穩定性最強的風力發電機。

2.1" 基于明確教學目標的任務群分析

在教學前，教師要根據教學內容和學生的特點明確知識、能力和素養三方面的教學目標。

任務1：知識目標。學生課前通過查閱資料了解風力發電機的基本工作原理；了解風力發電機的分類；掌握小型水平軸風力發電機的各組成部分及作用。

任務2：能力目標。通過查閱資料，小組合作進行討論、交流，能夠根據風力發電機的技術要求，選擇小型風力發電機結構型號，并能夠列出小型風力發電機的零部件清單。學生在進行風力發電機的裝配工作之前，可以到企業調查或查閱安裝工藝書，并識讀零部件清單及裝配圖。

任務3：素養目標。在學習過程中，學生能夠形成學科觀念，培養自身的團結協作和創新精神，養成勞動意識和衛生習慣意識。

2.2" 基于整體結構安排設計的學習任務群分析

風力發電機整體結構的設計過程可以促使指向核心素養的學習任務群落到實處。在學習過程中，師生不能將簡要復述風力發電機的整體結構當作一種能力來訓練，而是應把它設計成學習任務群來完成。

任務1：設計制作風力系統。在設計過程中要結合實際情況選擇水平軸風力發電機（見圖1），水平軸風力發電機的風輪軸基本上平行于風向，風輪旋轉平面與風向垂直。學生需結合數學、地理和材料學等學科知識探究影響風力系統效能的因素；根據實際情況確定葉片的數量、形狀、大小和材料，最終設計制作風力系統方案。

任務2：設計制作發電系統。學生通過查閱資料和小組合作學習，了解風力發電系統的構造和工作原理；根據制作的轉子、定子、整流器、回轉體等部件和人員分工等實際情況設計制作發電系統方案。

任務3：安裝調試風力發電機。根據任務1、2提供的方案，學生需探究風力系統和發電系統的連接方式，設計整個風力發電機制作方案，結合工程、美術、化學和技術知識安裝調試發電機，使其為二極管供電。

2.3" 基于操作指導設計的合作任務群分析

在風力發電機的制作過程中，小組的合作學習非常重要。每人需先完成一個子項目的學習任務，再合作完成具有內在聯系的任務，具體如下。

任務1：小組劃分，明確分工。明確小組中各成員的職責，組長的主要職責是負責小組活動的組織、協調和統籌規劃，協助教師完成對小組考核評價工作；副組長的主要職責是對完成的作業進行監督、督促成員之間互評等工作；其他成員的主要職責是完成個人作業實施和自我評價工作。

任務2：資料查詢，小組討論。師生根據學習任務，篩選資料。教師引導學生搜索關鍵詞，查閱與主題相關聯的資料，助力小組合作學習，并順利完成相關方案。

任務3：計劃決策，實施準備。小組在完成資料搜索后，準備各個項目的材料，包括工作計劃表、小組分工表、各項參數表等。

任務4：方案實施、過程考核。小組人員根據分工，明確各自職責，進行小型風力發電機的制作。小組人員的職責劃分如圖2所示。

任務5：總結匯報、教師點評。各小組整理資料，由組長對本組學習情況和成果制作進行簡要匯報；教師根據各小組學習情況以及成果的質量、性能、效率和穩定性等方面進行打分、點評。

2.4" 基于跨學科整合設計的學習任務群分析

在初中物理跨學科實踐的學習過程中，學生不僅能學習物理知識，還能發展自身的核心素養。風力發電技術是一項高新技術，涉及氣象學、空氣動力學、結構學、計算機技術、電子控制技術、材料學、化學、機電工程和環境科學等十幾個學科或專業。以“風輪”為例的跨學科任務群設計如下。

任務1：風輪材料選擇。由于風力發電機長期在室外工作，教師可以設計相關問題，要求各小組根據設備要求和相關學科知識討論設計風輪的材料應該如何選擇。

任務2：確定風輪尺寸。教師讓學生查閱資料，確定使用的風輪尺寸大小與哪些因素有關，以避免在制作風力發電機的過程中出現“小馬拉大車”的現象。

任務3：確定風輪葉片數量。風輪除了有三葉片的外，還有單葉片、雙葉片的，也有四葉片、五葉片、六葉片的。學生可以查閱動力學、結構學等相關資料確定葉片數量。

任務4：確定風輪安裝方法。為了使風力發電效能最大化，需要科學地安裝風輪。學生可以聯系動力學、環境科學等學科知識確定風輪安裝的科學方法。

3" 跨學科實踐的任務驅動教學過程中教師“導”與學生“學”的關系

在初中物理跨學科實踐活動實施過程中，要處理好教師“導”和學生“學”的關系，教師既要有合理的指導，確保實踐活動循序漸進地開展，又要給學生更多自主實踐、獨立思考的空間。［5］

任務1：活動準備環節。教師在確定活動主題后，要明確學習目標。教師適時布置預習任務，讓學生通過查閱相關資料和小組討論了解活動流程和要求。教師再根據學生前期的預習情況，指導學生設計自己小組的活動方案。

任務2：活動實施環節。一方面，教師要注重活動的組織，指導學生開展活動并主動完成活動任務；另一方面，要注重方法指導，當學生在學習過程中遇到困難時，教師可以利用跨學科的方法對學生進行引導，同時教師還可以編制一些調查問卷，通過調查數據、整理分析等方法對學生進行指導。另外教師還需引導學生做好過程性記錄。

任務3：活動總結環節。學生對小組學習成果進行分析、梳理和提煉，形成有價值的研究成果，并根據研究成果的特點，組織開展專題講座、研究報告和展覽會等多種形式的交流活動。活動結束后，學生還應該對整個活動過程進行反思。

4" 基于跨學科實踐特點，設計表現性評價

基于跨學科實踐綜合性、開放性和實踐性的特點，跨學科學習的評價應以表現性評價為主，并運用多種評價方式作為補充，評價學生參與任務過程的表現，發揮評價對學生發展的導向性作用。“制作一臺小型風力發電機”的任務驅動性評價分為自評、互評、師評和改進四個方面。

任務1：明確目的。教師明確制作小型風力發電機這一跨學科活動過程的內容；從整個設計流程和任務完成的情況兩個方面進行評價。

任務2：設計方案。方案設計在整個活動過程中尤為重要，教師主要從以下三個方面進行評價：一是是否能考慮各種因素對方案的影響，二是是否能根據要求規劃繪制模型圖，三是是否能發現并解決任務中遇到的困難。

任務3：實施方案。學生是方案實施的主體，在實施過程中，教師可以從下面三項對學生進行評價：首先，小組成員是否有明確的分工和合作計劃；其次，每個任務是否能按照計劃集體完成；最后，小組成員能否依靠集體智慧，對方案進行優化和改進。

任務4：作品展示。活動最終要形成成果，成果的質量和效能是衡量活動效果的標準。可以從三個方面進行評價。一是要看形成的成果，即風力發電機能否使LED燈發光；二是要看發電機的結構是否結實牢固，外觀設計是否簡潔美觀；三是要看制成的發電機是否有創意。

任務5：交流反思。在后期交流反思過程中，教師仍可以從三個方面對學生進行評價：第一，是否能夠利用圖片、視頻等方式分享風力發電機制作過程；第二，能否清晰地表達風力發電機制作的原理；第三，能否基于風力發電機的研究提出更深層次問題。

跨學科學習要避免出現“唯我獨尊”“簡單湊合”等問題。所謂“唯我獨尊”，即在進行跨學科學習時，依然沒有跨越、融合、交叉、拓展的意識，還是停留在學科本位上，并未參考其他學科所提供的信息資訊，學習提升的路徑狹窄、方式單一。所謂“簡單湊合”，即誤以為在物理學習中融入了信息技術、進行了科學實驗等活動，就是跨學科學習。［6］因此，在實施初中物理跨學科學習過程中，教師要注重學科間的整合，而不是簡單的學科拼湊或學科疊加。

總之，教師要成為物理學習任務群的組織者和指導者，要將學科教學內容融入目標具體的動態實踐中，讓學生在“做中學”，在實踐過程中提升核心素養。

參考文獻

［1］中華人民共和國教育部.義務教育課程方案（2022年版）［M］.北京：北京師范大學出版社，2022：11.

［2］［5］何季軍.初中物理跨學科實踐教學策略與思考［J］.物理教師，2023，44（2）：43-45.

［3］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，2022：35.

［4］徐洪權，朱瑛.對學習任務群的認識與實踐路徑的思考［J］.小學教學參考，2022（34）：14-17.

［6］朱瑛.語文學習任務群設計的四種形態［J］.小學教學（語文版），2023（3）：16-18.