項目驅動下初中物理STEAM跨學科整合開發與實踐

摘 要：《義務教育物理課程標準（2022年版）》提出的跨學科實踐教學主題旨在培養學生的跨學科學習能力。基于項目驅動的STEAM跨學科整合，在深化教學改革、增強課程綜合關聯、實現跨學科整合、推動課程協同育人方面發揮著重要作用。探索如何開發基于項目驅動的STEAM跨學科整合，并在實踐中加以嘗試和改進。聚焦主題提煉、目標錨定，并結合具體項目，梳理項目驅動下初中物理STEAM跨學科整合的實踐要點。

關鍵詞：項目驅動；初中物理；STEAM；跨學科教學

一、項目驅動下初中物理STEAM跨學科整合的重要意義

（一）深化教學改革

項目驅動下的初中物理STEAM跨學科整合，為傳統物理教學帶來了全新的改革思路。引入項目式學習，引導學生在實際操作中深化對物理知識的理解和應用，能夠打破傳統課堂教學的局限性。這種教學模式鼓勵學生主動探索、實踐和創新，有助于培養學生的批判性思維和解決問題的能力，推動教學改革向更深層次發展。

（二）增強課程綜合關聯

STEAM跨學科整合強調物理與其他學科之間的綜合關聯，如科學、技術、工程、藝術和數學等。在項目驅動下，學生需要運用多學科知識解決實際問題，這有助于學生建立全面的知識體系，理解不同學科之間的內在聯系。通過跨學科整合，學生能夠更好地將所學知識應用于實際情境中，提高綜合素養和創新能力。

（三）實現不同學科有機融合

項目驅動下的初中物理STEAM跨學科整合，旨在打破學科壁壘，實現不同學科之間的有機融合。其以具有挑戰性的項目任務，讓學生綜合運用物理、科學、技術、工程、藝術、數學等多學科的知識，解決問題，完成任務。這種跨學科的整合不僅有助于學生形成全面的知識結構，還能培養學生的跨學科思維和創新能力。

（四）推動課程協同育人

在項目驅動下的初中物理STEAM跨學科整合中，教師需要與學生合作，共同完成項目任務。這種合作模式有助于建立和諧的師生關系，促進師生之間的交流和互動，使教師更好地了解學生的需求和興趣，為學生提供個性化的指導和支持［1］。

二、基于項目驅動的STEAM跨學科整合的特點

（一）?跨學科融合與創新性思維培養

基于項目驅動的初中物理STEAM跨學科整合，實現了科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、藝術（Art）、數學（Mathematics）五大學科的深度交叉與融合，可以促進學生創新思維的發展。這種整合模式打破了學科界限，鼓勵學生在解決實際物理問題的過程中，綜合運用多學科知識，培養跨學科的認知能力與創新解決問題的能力。

（二）?實踐導向與情境化學習

項目驅動的核心在于通過具體項目引導學生參與實踐活動，而STEAM教育理念進一步強調了情境化學習的重要性。基于項目驅動的初中物理STEAM跨學科整合，通過設計貼近學生生活實際的項目，如設計簡單的物理實驗裝置、解決日常生活中的物理問題等，激發學生的學習興趣，使學生在實踐中深化對物理學原理的理解，提高知識應用能力和動手操作能力。

（三）?探究性學習與自主建構知識

項目驅動下的初中物理STEAM跨學科整合鼓勵學生進行探究性學習，即以學生為主體，讓學生采取自主探索、合作交流和實驗驗證等方式，主動建構知識體系；培養學生的批判性思維、問題解決能力和自主學習能力，使學生能夠在面對復雜的物理問題時，靈活運用所學知識，提出創新性解決方案。

（四）開放性

STEAM跨學科整合的開放性體現在學習資源的多樣性、學習路徑的靈活性和學習成果的多元性三個方面。學習資源的多樣性表現為引導學生接觸不同領域的知識和技能，拓寬視野，促進創新思維的形成。學習路徑的靈活性表現為允許學生根據自己的興趣和能力選擇適合的學習方式，鼓勵個性化學習。學習成果的多元性則強調評價方式的創新，不僅關注學生的知識掌握程度，還包括解決問題的能力、團隊合作精神和創新實踐能力等多維度，注重學生的學習過程而不僅僅是最終的學習成果［2］。

三、項目驅動下初中物理STEAM跨學科整合開發

（一）主題提煉

為發揮項目驅動的作用，教師需要整合初中物理STEAM跨學科項目。在整合項目時，教師應緊密結合物理教材，提煉教材中的跨學科主題，并基于STEAM教育理念對這些跨學科主題項目進行整合，使基于項目驅動的跨學科實踐選題既能幫助學生學習核心知識，又能聚焦學生的實際生活需求，引導學生將所學知識應用于解決真實問題。本文以北師大版初中物理教材（全國版）為例，論述具體的項目整合過程。

1.北師大版初中物理教材的跨學科實踐選題梳理

通過研讀北師大版初中物理教材，可以發現教材中的跨學科實踐選題主要分為三類：一是物理學與日常生活，二是物理學與工程實踐，三是物理學與社會發展。教師需要結合這些選題，開展基于項目驅動的初中物理跨學科實踐選題的整合開發與實踐，以更好地引導學生在STEAM跨學科項目中理解物理學與其他學科之間的緊密關聯，達到學科與跨學科相統一的效果。

2.基于項目驅動的初中物理跨學科實踐選題的整合開發

（1）基于“物理學與日常生活”主題的STEAM跨學科項目整合開發

“物理學與日常生活”主題涉及的項目包括“設計舞臺燈光秀”“愛眼宣傳公益行”“探尋連通器”“安全用電科普行”，旨在引導學生理解科學原理與方法、科技文化與生活實踐之間的聯系。在STEAM跨學科項目整合與實踐中，教師應創設與選題內容緊密相關的生活化情境，找準五大學科的結合點，形成具有項目驅動作用的STEAM跨學科項目，引導學生圍繞情境學習跨學科知識，使學科知識、科學思維和科學方法融入項目的不同階段。通過分析生活情境、界定與分析問題、探索與解決實踐問題，學生能夠更好地掌握物理學與生活、物理學與技術之間的關聯，凸顯科學知識的探究過程和科技文化的實踐屬性。

（2）基于“物理學與工程實踐”主題的STEAM跨學科項目整合開發

“物理學與工程實踐”主題涉及的項目包括“設計海水淡化裝置”“制作隔音箱”“制作簡易升降機”“設計恒溫電熱杯”“設計節能環保小屋”，旨在引導學生理解物理學知識在生產生活實踐中的應用價值。在整合開發STEAM跨學科項目時，教師應借助工程設計、實物制作等手段，綜合融入五大學科的知識，提升學生的工程思維和實踐能力，活化學科內容。

（3）基于“物理學與社會發展”主題的STEAM跨學科項目整合開發

“物理學與社會發展”主題涉及的項目包括“探索新材料”“調查燃料的利用及其對環境的影響”“探尋移動通信技術的變遷”，旨在引導學生了解科技前沿和環境教育、科技史與科技社會倫理等方面的內容。在整合開發STEAM跨學科項目時，為了更好地將五大學科的知識結合，教師應結合學生的辯證思維能力、創新意識和科學論證能力的發展需要，進行有針對性的項目設計，使學生深刻感受科學技術給社會發展帶來的雙重效應，并基于科學文化的視角思考科學的本質，從而形成審辯式的科學態度，樹立可持續發展觀，增強社會責任感［3］。

（二）目標錨定

在項目驅動下，初中物理STEAM跨學科整合開發的目標既包括理論指導下的跨學科融合、建構主義學習和情境認知等理論，又緊密關聯實踐導向下的項目設計與實踐、團隊協作與溝通、問題解決與創新、反思與評價等實踐要點。理論與實踐的有機結合，能有效地促進學生的跨學科學習和全面發展。

根據布魯納的認知結構理論和加德納的多元智能理論，跨學科整合的目標是通過不同學科知識的相互滲透和融合，促進學生認知結構的完善和多元智能的發展。在物理教學中，這意味著要將物理知識與科學、技術、工程、藝術、數學等學科緊密結合，形成綜合性的學習體驗。建構主義強調以學生為中心，認為學習是一個主動建構知識的過程。在項目驅動下，學生應成為學習的主體，通過項目實踐來建構自己對物理概念和原理的理解。為此，教師需要設計具有挑戰性和探究性的項目，激發學生的好奇心和求知欲，讓學生在解決實際問題的過程中深化對知識的理解。

情境認知理論認為，學習應發生在真實或模擬的情境中，以便學習者將所學知識應用于實際。在物理學與日常生活、工程實踐、社會發展的跨學科整合中，教師應創設貼近學生生活和社會實際的情境，使學生在解決真實問題的過程中學習物理。基于此，項目設計應圍繞跨學科主題，結合學生的興趣和認知水平，構建具有探究性和實踐性的項目任務。在實踐過程中，學生需要運用物理知識和其他學科的知識，開展實驗操作、模型制作、數據分析等活動，以加深對物理學原理的理解。跨學科整合項目通常需要學生以小組的形式進行合作，學生在項目實施過程中可以學會團隊協作、分工合作、有效溝通等技能。項目驅動下的學習強調問題解決能力和創新能力的培養。在項目實踐中，學生將面臨各種挑戰和問題，如實驗失敗、數據異常等。通過分析問題、查找資料、嘗試解決方案等過程，他們能夠培養問題解決能力和創新思維［4］。

（三）實踐要點

本研究以“物理學與工程實踐”主題下的“設計海水淡化裝置”項目為例，詳細闡述如何整合開發初中物理STEAM跨學科項目，發揮項目的驅動作用。

在“物理學與工程實踐”的主題框架下，“設計海水淡化裝置”項目旨在引導學生探索海水淡化的科學原理，設計并制作一個小型海水淡化裝置原型。該項目的核心目標是加深學生對物理、化學、工程技術等領域知識的理解，鼓勵學生運用創新思維解決實際問題，同時融入藝術元素，提升裝置的美觀性和用戶體驗，并利用數學進行精確計算和優化設計。

為了激發學生解決實際問題的興趣與責任感，使其認識到海水淡化的意義，教師可通過視頻、圖片或實地考察等方式，展示全球水資源短缺的現狀，特別是海島和沿海地區對淡水資源的迫切需求。在項目開發過程中，教師應在以下幾個學科領域進行引導：在?物理學方面，引導學生根據所學的蒸發、冷凝、滲透壓等物理概念，探討這些概念在海水淡化中的應用；在?化學方面，引導學生運用化學知識，分析海水成分，理解鹽分去除的化學過程；在?數學方面，引導學生計算海水淡化過程的能量需求、效率以及成本。教師應指導學生分組研究現有海水淡化技術（如蒸餾法、反滲透法、電滲析法等），并比較它們的優缺點。同時，鼓勵學生結合所學，創新設計本組的海水淡化裝置模型，考慮材料選擇、能源利用、環境影響等因素。此外，教師還要讓學生思考如何將藝術元素融入裝置設計中，如外觀美化、色彩搭配，使裝置既實用又美觀，同時考慮用戶友好性，設計易于操作、維護的界面和指示系統。

在項目實踐過程中，教師可以使用CAD軟件繪制設計圖，制作模型或原型，引導學生進行實驗測試，記錄數據，分析裝置性能，如產水量、能耗、水質等。根據測試結果，學生應進行迭代設計，優化裝置性能。最后，教師要組織項目展示會，讓各小組展示設計思路、制作過程、測試數據和改進方案。為了充分發揮項目驅動的作用，教師應采用多元化評價體系，包括自我評價、同伴評價、教師評價和實際應用效果評價。

在項目實施過程中，學生需要主動查閱資料，理解相關科學原理和技術，這促進了他們自主學習能力的提升。在團隊合作中，學生需要分配任務、協調意見、共同解決問題，這有助于他們鍛煉團隊協作和溝通能力。面對設計和測試中出現的挑戰，學生需要分析問題，制定解決方案，從而培養批判性思維和決策能力。此外，教師要鼓勵學生不拘泥于傳統方法，勇于嘗試新思路、新技術，發揮創新思維和實踐能力。通過跨學科整合，學生能夠學會如何將理論知識應用于解決實際問題，提升綜合素養［5］。

結語

綜上所述，為發揮項目驅動的作用，初中物理STEAM跨學科整合開發需要依托教材中的跨學科實踐選題，巧妙融入五大學科的知識，使所開發的項目能夠深化學生對實踐選題的學習，幫助學生理解物理概念與現實世界的聯系，激發他們對科學探索的興趣，提升初中物理跨學科教學的實踐性和有效性。在項目實施過程中，教師的角色也由傳統的知識傳授者轉變為引導者和協助者。教師需要設計富有挑戰性的任務，激發學生的探究欲望，引導學生主動學習，培養學生的創新能力和問題解決能力；同時，促進學生之間的交流與合作，讓學生學會如何在團隊中發揮作用，以及如何在多元化的評價體系中客觀評價自己和他人，助力學生在項目驅動教學模式下有效提升物理核心素養。

［參考文獻］

［1］楊婉榮.跨學科視域下的初中物理實驗設計［J］.物理教學，2024，46（9）：40-43.

［2］陳海濤.基于創新能力培養的初中物理跨學科實踐教學策略［J］.物理教師，2024，45（7）：33-37.

［3］趙鑫.STEAM教育視角下初中物理跨學科教學實踐研究［D］.重慶：重慶三峽學院，2024.

［4］李金秀.初中物理跨學科主題教學設計與實踐研究［D］.赤峰：赤峰學院，2024.

［5］劉燕輝.基于STEAM教育理念的初中物理項目式學習實踐研究［D］.呼和浩特：內蒙古師范大學，2023.