跨學(xué)科理念下物理任務(wù)型課堂的建構(gòu)研究

摘 要：隨著教學(xué)改革的不斷深入，跨學(xué)科教學(xué)已成為培養(yǎng)學(xué)生綜合能力的主要途徑.物理作為一門基礎(chǔ)自然科學(xué)課程，與多個學(xué)科有著緊密的聯(lián)系.文章以數(shù)學(xué)學(xué)科為切入點(diǎn)，在分析物理任務(wù)型課堂建構(gòu)意義的基礎(chǔ)上，圍繞數(shù)學(xué)學(xué)科中的控制變量法、函數(shù)思想、圖像法、方程思想等，提出了物理任務(wù)型課堂的建構(gòu)策略，有效發(fā)揮數(shù)學(xué)學(xué)科的作用，提升物理課堂教學(xué)質(zhì)量.

關(guān)鍵詞：跨學(xué)科；初中物理；任務(wù)型課堂

中圖分類號：G632 ""文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A"""文章編號：1008-0333（2025）02-0109-03

收稿日期：2024-10-15

作者簡介：袁麗，本科，中學(xué)一級教師，從事中學(xué)物理教學(xué)研究.

基金項(xiàng)目：江蘇省2022年度中小學(xué)教學(xué)研究第十四期立項(xiàng)課題“跨學(xué)科理念指導(dǎo)下的數(shù)學(xué)任務(wù)型課堂建構(gòu)研究”（課題編號：2021JY14－ZB66）.

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱《課標(biāo)》）中課程內(nèi)容部分增設(shè)了跨學(xué)科實(shí)踐主題，要求以物理學(xué)科為原點(diǎn)，以發(fā)展跨學(xué)科素養(yǎng)為目標(biāo)，以任務(wù)議題為設(shè)計(jì)形式，構(gòu)建綜合性、實(shí)踐性和生成性的物理課堂，促進(jìn)物理核心素養(yǎng)的落成.物理與數(shù)學(xué)之間有著天然的、深刻的聯(lián)系，物理問題的解決依賴于數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建、數(shù)學(xué)公式的推導(dǎo)以及數(shù)學(xué)方法的運(yùn)用.在物理學(xué)科教學(xué)中，以數(shù)學(xué)學(xué)科為切入點(diǎn)布置任務(wù)，能夠引導(dǎo)學(xué)生將抽象的物理概念轉(zhuǎn)化為具體的數(shù)學(xué)模型，從而加深對物理現(xiàn)象和規(guī)律的理解，提升解決實(shí)際問題的能力，因此，以跨學(xué)科理念為指導(dǎo)，構(gòu)建物理任務(wù)型課堂具有重要意義.

1 跨學(xué)科理念下物理任務(wù)型課堂建構(gòu)的意義

1.1 支持構(gòu)建物理知識體系

通過引入其他學(xué)科相關(guān)知識和方法，物理課程內(nèi)容變得更加豐富多元，不同知識點(diǎn)之間的聯(lián)系也更加緊密，從而提升物理課程的綜合性，促進(jìn)學(xué)生對物理知識的深入理解和全面掌握，為學(xué)生構(gòu)建系統(tǒng)的物理知識體系提供有力支持[1].

1.2 切合物理學(xué)科核心素養(yǎng)目標(biāo)

《課標(biāo)》強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任等核心素養(yǎng).在跨學(xué)科理念的引領(lǐng)下，物理課堂不再局限于基礎(chǔ)物理知識和技能的傳授，而是通過設(shè)計(jì)具有挑戰(zhàn)性和實(shí)踐性的任務(wù)，讓學(xué)生在完成任務(wù)的過程中不斷思考、探索和發(fā)現(xiàn)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和問題解決能力，為其終身學(xué)習(xí)和發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)的同時，更好地落實(shí)《課標(biāo)》的要求.

1.3 回應(yīng)物理課程理念育人導(dǎo)向

物理學(xué)科是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新能力的重要途徑.跨學(xué)科教學(xué)方法和手段能夠更好地激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲，培養(yǎng)他們的探索精神和創(chuàng)新精神.同時，有助于拓寬學(xué)生的視野和思維空間，使他們在學(xué)習(xí)物理的過程中能夠觸類旁通、舉一反三，從而提升綜合素質(zhì)和能力.

2 跨學(xué)科理念下物理任務(wù)型課堂建構(gòu)策略

2.1 以控制變量法為切入點(diǎn)布置任務(wù)

在物理學(xué)習(xí)中，掌握某種規(guī)律或定律的關(guān)鍵在于理解其前提條件、形成過程、本質(zhì)特征以及適用范圍.控制變量法是指在研究多個變量之間的關(guān)系時，先固定其他變量不變，通過改變一個變量，觀察該變量對結(jié)果的影響，能夠使復(fù)雜的物理問題簡單化，揭示物理現(xiàn)象的本質(zhì)規(guī)律，從而更加清晰地認(rèn)識到物理定律的形成過程以及各變量之間的相互關(guān)系，進(jìn)而加深對物理定律的理解［2］.

以蘇科版初中物理八年級下冊第八章第三節(jié)《摩擦力》為例，為了讓學(xué)生了解摩擦力的本質(zhì)，掌握影響滑動摩擦力的因素，教師可以借鑒“數(shù)格點(diǎn)算面積——發(fā)現(xiàn)皮克公式”這一數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)的探究過程，即在格點(diǎn)多邊形的面積S與內(nèi)部格點(diǎn)數(shù)N、邊上格點(diǎn)數(shù)L三個變量中，固定某一個量來探索其他兩個變量的變化規(guī)律，讓學(xué)生在初步了解這一數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)探究過程的基礎(chǔ)上，布置以下任務(wù).

任務(wù)1：探究滑動摩擦力與接觸面粗糙程度的關(guān)系.

步驟1：準(zhǔn)備粗糙程度不同的接觸面（如木板、砂紙、玻璃等）以及相同質(zhì)量、形狀、材質(zhì)的物體.

步驟2：保持物體間的壓力大小不變，分別在不同粗糙程度的接觸面上拖動物體，記錄并比較摩擦力的大小.

任務(wù)目標(biāo)：通過觀察實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析滑動摩擦力與接觸面粗糙程度之間的關(guān)系.

任務(wù)2：探究滑動摩擦力與物體間壓力大小的關(guān)系.

步驟1：準(zhǔn)備粗糙程度相同的接觸面以及不同質(zhì)量、形狀、材質(zhì)的物體（確保接觸面積相同）.

步驟2：改變物體間的壓力大小（可通過增加或減少物體質(zhì)量來實(shí)現(xiàn)），在相同粗糙程度的接觸面上拖動物體，記錄并比較摩擦力的大小.

任務(wù)目標(biāo)：通過觀察實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析滑動摩擦力與物體間壓力大小之間的關(guān)系.

2.2 以函數(shù)思想為切入點(diǎn)布置任務(wù)

物理實(shí)驗(yàn)是初中物理教學(xué)的重要組成部分，也是學(xué)生探究具體問題、提升問題解決能力的有力輔助工具.在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生需要在精確測量后整理、描述和分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，揭示數(shù)據(jù)的變化規(guī)律.其中，數(shù)與數(shù)之間的變化關(guān)系以比例關(guān)系居多，包括正比例和反比例.利用函數(shù)的性質(zhì)討論物理問題，可以使復(fù)雜的問題變得簡單明了[3].在物理教學(xué)中，教師不妨圍繞函數(shù)思想布置任務(wù)，讓學(xué)生借助函數(shù)的性質(zhì)分析問題，從而輕松解決問題.

以蘇科版初中物理八年級下冊第八章第二節(jié)中“重力”為例，本章節(jié)中重力與質(zhì)量的關(guān)系式G=mg是一個典型的正比例函數(shù).為了讓學(xué)生學(xué)會解決重力相關(guān)問題的方法，教師應(yīng)圍繞函數(shù)設(shè)置以下任務(wù).

任務(wù)1：收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證函數(shù)關(guān)系.

安排重力實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生測量不同質(zhì)量物體的重力并準(zhǔn)確記錄數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制重力G與質(zhì)量m之間的散點(diǎn)圖，觀察并驗(yàn)證G與m之間的正比例關(guān)系.同時，要求學(xué)生利用最小二乘法或其他方法擬合直線，得出重力與質(zhì)量之間的線性方程，并與理論公式G=mg進(jìn)行對比.

任務(wù)2：構(gòu)建函數(shù)模型，解決實(shí)際問題.

要求學(xué)生明確自變量（質(zhì)量m）與因變量（重力G）之間的依賴關(guān)系.設(shè)計(jì)問題情境：“已知某物體的質(zhì)量為5 kg，求其重力大小”或“若某物體所受重力為20 N，求其質(zhì)量”，讓學(xué)生利用函數(shù)模型解決問題.

任務(wù)3：解讀函數(shù)圖象，探索普遍規(guī)律.

要求學(xué)生分析重力與質(zhì)量之間的函數(shù)圖象，識別圖象中的關(guān)鍵點(diǎn)（如原點(diǎn)、斜率等）及其物理意義.改變實(shí)驗(yàn)條件（如改變地球表面的重力加速度g），讓學(xué)生重新繪制函數(shù)圖象，觀察并解釋圖象變化的原因，引導(dǎo)學(xué)生探討重力與質(zhì)量關(guān)系在不同條件下的適用性，如月球、火星等其他天體上的重力情況.

2.3 以圖像法為切入點(diǎn)布置任務(wù)

在物理學(xué)科中，諸如力的分解與合成、光的反射與折射、平面鏡成像等知識點(diǎn)，因高度的抽象性，成為學(xué)生學(xué)習(xí)的一大難點(diǎn).數(shù)學(xué)圖像法能夠?qū)?fù)雜、抽象的概念以圖形、圖表等形式直觀展現(xiàn).在物理教學(xué)中應(yīng)用數(shù)學(xué)圖像法，能夠極大地降低理解的難度.例如，在力學(xué)中，用點(diǎn)、線段和箭頭來清晰地表示力的大小、方向和作用點(diǎn)；在光學(xué)領(lǐng)域，利用平面幾何中的等角作圖法繪制光的反射光路圖，使原本難以捉摸的物理現(xiàn)象變得直觀可感.鑒于此，為了幫助學(xué)生跨越物理抽象概念的障礙，教師應(yīng)圍繞圖像法，布置一系列任務(wù).

以蘇科版初中物理八年級上冊第二章第四節(jié)《光的反射》為例，教師可以設(shè)計(jì)以下任務(wù).

任務(wù)1：繪制光的反射路徑.

要求學(xué)生根據(jù)光的反射定律（入射角等于反射角），使用直尺和量角器，在紙上精確繪制不同入射角下光的反射路徑圖.

任務(wù)2：繪制平面鏡成像示意圖.

組織平面鏡成像實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生觀察并記錄物體在不同位置時像的位置和大小變化，并

利用軸對稱原理，在圖紙上準(zhǔn)確繪制出物體及其鏡像的示意圖，幫助學(xué)生直觀理解平面鏡成像的特點(diǎn)和規(guī)律.

任務(wù)3：創(chuàng)新圖像法應(yīng)用.

鼓勵學(xué)生發(fā)揮想象，嘗試將光的反射原理應(yīng)用于日常生活中的實(shí)際問題解決，如設(shè)計(jì)簡單的光學(xué)裝置（如潛望鏡）或解釋自然現(xiàn)象（如湖面倒影），要求學(xué)生以圖像形式闡釋解決思路.

2.4 以方程思想為切入點(diǎn)布置任務(wù)

部分物理問題中的已知物理量較少，對解題思維要求較高.方程思想通過分析問題中已知條件與未知條件的內(nèi)在聯(lián)系，確定等量關(guān)系，建立方程解決實(shí)際物理問題.因此，為了培養(yǎng)學(xué)生的高階思維，使學(xué)生順利解決問題，教師應(yīng)圍繞方程思想布置一些教學(xué)任務(wù).

以蘇科版初中物理九年級上冊第十四章《歐姆定律》為例，教師可布置以下習(xí)題，要求學(xué)生運(yùn)用方程組進(jìn)行求解.

如圖1所示，滑動變阻器阻值變化范圍是0～24 Ω，當(dāng)P在滑動變阻器中點(diǎn)，S1閉合，S2與觸點(diǎn)1接觸時，燈泡L正常發(fā)光，電流表示數(shù)為2 A；當(dāng)S1斷開，S2與觸點(diǎn)2接觸時，滑處P移到b點(diǎn)時，電壓表示數(shù)為8 V，求燈泡L的額定功率（燈絲電阻不變，且不超過15 Ω）.

物理興趣小組要制作一個多檔位加熱器模型.他們找到一根粗細(xì)均勻、長為12 cm的電熱絲，將其剪成3 cm和9 cm兩段，接入電源電壓恒為10 V的電路中，如圖2所示.發(fā)現(xiàn)在S接a和b時，電路電功率變化了15 W.求電熱絲原來的總電阻.

學(xué)生在完成上述任務(wù)后，教師應(yīng)帶領(lǐng)學(xué)生歸納列方程（組）解題的基本步驟：第一，根據(jù)題中的物理過程、所給條件找出列方程所必需的等量關(guān)系；第二，依據(jù)找出的等量關(guān)系，利用相關(guān)的物理基本公式，列出與所求物理量相關(guān)的方程或方程組；第三，利用數(shù)學(xué)方法求解方程組，得到物理量.

3 結(jié)束語

綜上所述，跨學(xué)科理念下物理任務(wù)型課堂的建構(gòu)，不僅有助于物理課程內(nèi)容的整合與創(chuàng)新，還能有效提升學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng).以數(shù)學(xué)學(xué)科為切入點(diǎn)設(shè)計(jì)的多樣化物理課堂任務(wù)，能夠幫助學(xué)生在實(shí)踐中深化對物理概念的理解，同時培養(yǎng)跨學(xué)科思維能力和解決問題的能力.在實(shí)際教學(xué)中，教師應(yīng)充分理解并掌握跨學(xué)科理念及要求，發(fā)揮數(shù)學(xué)學(xué)科的作用，為物理教學(xué)的發(fā)展提供有力的支撐.

參考文獻(xiàn)：［1］ 劉德華.基于跨學(xué)科實(shí)踐的初中物理單元主題任務(wù)設(shè)計(jì)[J].理科愛好者，2024（04）：25-27.

[2] 吳天福.探跨學(xué)科切入點(diǎn)潤色物理課堂教學(xué)：跨學(xué)科學(xué)習(xí)視域下初中物理教學(xué)探索[J].讀寫算，2024（29）：40-42.

[3] 聶桂秋，王玉春.指向?qū)W生科學(xué)思維培養(yǎng)的初中物理跨學(xué)科實(shí)踐活動設(shè)計(jì)：以“制作彈簧測力計(jì)”為例[J].中學(xué)物理，2024，42（16）：16-18.

［責(zé)任編輯：李 璟］