初中物理項目式跨學科主題學習設計

摘 要 提出跨學科實踐是2022年版義務教育物理課程標準的顯著特色。基于課程標準要求、項目式學習以及跨學科研究的相關進展，構建基于項目式學習的物理跨學科主題學習模式。以“浮力秤的制作與應用”為主題呈現具體案例設計，展現該教學模式在初中物理跨學科主題教學中的應用。

關鍵詞 跨學科主題學習 項目式學習 初中物理 浮力秤

2022年4月，《義務教育課程方案（2022年版）》（以下簡稱“方案”）及各學科義務教育課程標準（2022年版）（以下簡稱“2022年新課標”）明確指出，各學科用不少于10%的課時開展跨學科主題學習[1]，而跨學科學習可以通過項目式學習的方法來組織[2]。

項目式學習（Project-Based Learning，PBL）是一種以學生為中心的教學方法，基于預設的真實問題或大任務，引導學生以自主探究或小組合作的方式開展探究活動，在一定時間內完成一系列相互關聯的任務[3]并提交項目完成的最終物化成果或作品，旨在培養學生的自主學習能力、批判性思維和合作精神。

本文結合項目式學習的具體內容與跨學科主題學習的課標要求，搭建具體的教學實施模式，并以“自制浮力秤”為項目主題來呈現設計案例。

一、項目式跨學科主題學習的實施模式構建

以全面發展學生的物理學科核心素養和跨學科素養為目標導向，基于項目式學習的設計、實施和評價要素的具體要求[4]，并結合2022年新課標對物理跨學科實踐教學的內容和學業質量要求，本文構建中學物理項目式跨學科主題學習的具體實施模式，包含確定項目主題、設計驅動問題、拆解驅動問題、實施項目活動、展示項目成果和開展項目評價6個環節（見圖1）。

首先，從日常生活、工程實踐和社會發展等方面的真實情境中挖掘學習情境與實踐對象，據此確定項目主題。此后，以綜合性、開放性和實踐性為導向，圍繞項目主題設計驅動問題，作為項目式跨學科主題學習的實施“骨架”，引導學生逐層深入探索項目并強化主動探究與問題解決的意識。接著，引導學生結合項目發展趨勢與已有認知儲備，將驅動問題拆解成若干子問題，既要呈現引領性和連貫性，又要彰顯整合多學科知識創造性完成任務的特質，旨在發展學生跨學科知識整合的新思維與創造性解決問題的新認識。在實施項目活動過程中，應立足本學科的知識、思維與技能體系，以解決各子問題為直接導向，尋求本學科與其他各學科的內在聯系，并根據學生實踐能力差異情況，設計分級化、多層次的物化成果要求，以期符合學生認知與實踐水平，同時避免增加學科實踐學習的心理負擔。接下來，以小組為單位開展活動總結、進行成果展示并進行小組間交流。通過觀賞并評價豐富多彩的活動成果，能培育學生動手操作的實踐能力和樂于創新實踐的品質。最后，根據學生在項目實踐中的全過程表現，開展指向項目任務完成本身的質性評價，注重表現性評價、過程性評價與總結性評價等多種形式相結合，融入自我評價、同學互評、教師評價的多元主體評價。

二、項目式跨學科主題學習的設計案例

本文的設計案例面向九年級中考復習階段的學生，運用上述實施模式開展項目式跨學科主題學習，引導學生以完成項目為載體實現“做中學”“做中思”“做中創”，達成對物理核心概念、物理思想、跨學科概念、規律、原理等知識的理解與內化。本設計案例計劃用3～4課時予以完成，其中2～3課時開展浮力秤的原理與制作方案的教學，再用1課時進行物化成果的展示與交流。

（一）確定項目主題

本案例選取“浮力秤的制作與應用”為項目主題，有如下三點考慮：一是立足中考復習階段的核心概念“浮力”的系統而深入的復習，助力夯實學生的相互作用觀念與比值定義法相關物理思想；二是取材“曹沖稱象”歷史典故，助力培養學生正確的民族觀與歷史觀，提升科學態度與責任素養；三是促進引導學生關注生產生活實踐常用稱量工具“秤”，強化物理知識學習同現實世界間的聯系，以此提升學生的工程設計與實踐能力。

（二）設計驅動問題

驅動問題是項目式教學的核心組織特征，其設計質量直接決定了跨學科實踐的教學效果。驅動問題的設計應充分考慮學生具有的知識、方法基礎以及實踐經驗收獲，而問題目標又要指向問題解決的最終方案或者產品。為降低學生對驅動問題的理解難度并緊緊圍繞項目主題開展項目式跨學科主題學習，筆者設計如下核心驅動問題：如何基于漂浮現象制作一個用于測量物體質量的工具？

（三）拆解驅動問題

“浮力”屬于中考物理復習的重要概念，筆者按照浮力概念回顧、浮力規律應用、數學工具融入、物化成果遷移的遞進認知規律，將核心驅動問題拆解成若干子問題，進而預設問題鏈，為學生順利解決子問題并開展項目實踐搭建腳手架（見表1）。

（四）實施項目活動

1.情境引入：探求“曹沖稱象”蘊含的科學原理

播放現代版“曹沖稱象”視頻，引導學生探求耳熟能詳的故事背后所蘊含的原理。

教師引導：①著眼分析“曹沖稱象”典故，如何反映物體（大象）的質量差異？②如何利用標記線的位置來比較不同大象的質量？③結合浮力相關知識，能否將質量的直接測量轉換為某一方向上長度大小的間接測量？

驅動問題：如何制作一個浮力秤實物模型？

學生任務：①判斷選用礦泉水瓶作為浮力秤主體部分的可行性并給出具體理由；②小組合作探索使容器豎直漂浮于液體上的有效措施。

2.問題解決：制成科學的浮力秤模型

問題1：如何標記浮力秤的刻度？

教師引導：量具是實現定量測量的重要工具，給其標上刻度值是不可或缺的環節，那么如何給浮力秤標記刻度呢？教師提供實驗器材，如多種礦泉水瓶、剪刀、馬克筆、膠帶紙、標準50g砝碼、盛水容器等。

學生任務：①根據已有器材自制簡易的體積測量工具，思考刻度的標定方法與標定規律；②然后自制浮力秤雛形，用以測量實物質量，觀察并歸納讀數標定方法和規律；③基于觀察經驗的總結，標記表盤上除零刻度線外的其他各個刻度。

問題2：如何定義浮力秤的精度？

教師引導：請各小組代表展示所測物體的質量示數。我們發現如果質量示數落在已有精度內，可準確讀出質量大小，如果落在兩相鄰刻度之間，該如何讀數呢？能否根據刻度均勻特點將刻度線細分以補充更精確的刻度值？

學生任務：①補充更精細的刻度值并推測出現的困難；②觀察各組的浮力秤的刻度值標記情況，即相鄰刻度值的間距與相鄰刻度線的實際間距，討論如何比較精確度差異；③請各組開展討論，嘗試歸納出浮力秤精度的定義并分析其定義方法。

問題3：如何提高浮力秤的精度？

基于浮力秤的定義和各組的浮力秤測量實物質量結果，提出提高浮力秤精度的猜想。

學生任務：①給出浮力秤主體部分的最佳選用材料；②探究影響浮力秤精度的因素，要求理論與實驗相結合，并給出提高浮力秤精度的有效辦法。

問題4：如何擴大浮力秤的量程？

問題引導：上一環節中，為了提高測量精確度，需要選擇瓶身較細的容器作為浮力秤的主體部分，但是如何解決物體太大而放不進容器內的問題？

學生任務：①判斷現有浮力秤測量一個蘋果質量的可行性；②如用浮力秤測定一個人的體重，結合所學知識，對其進行改進以擴大測量量程。

3.物化成果：依據問題解決結果改進浮力秤實物模型

教師引導學生分析并歸納問題解決環節的結論，幫助學生形成科學合理的方案并制作精準的浮力秤實物模型。例如，方案策劃書的撰寫包含綜合說明、科學原理、材料選用、模型設計示意圖、所遇困難與改進方法、投資預算等部分。引導學生經歷“現象感知→原理初探→模型制作→問題解決→模型改進→模型拓展”的物化過程，發展學生的抽象概括、具象表征、模型建構、理論闡釋、動手實踐、方案策劃、物化實踐等跨學科實踐技能[5]，以此讓學生感知知識世界與現實世界的問題解決差異性，形成對兼備復雜性與系統性的現實世界工程實踐的深刻認識。

（五）展示項目成果

成果展示是整個活動的精華部分，是最具生成性的核心教學環節。該環節通過成果展覽和組間研討會兩種形式先后開展。成果展覽留足學生思考的時間與空間，組間研討則會提供學生質疑創新與批判表達的平臺。成果展覽環節基本要求：以項目小組為基本單位，分別從任務分配、成果介紹、問題解決、跨學科應用、個人感想等方面進行展示，交流集體智慧結晶；著重展示項目成品的材料選用、外形設計、使用方法、應用優勢、環保性能以及策劃過程的改進亮點，以此增強小組各成員的實踐學習成就感，并為后續開展組間研討會拓寬探討與交流的空間。組間研討會聚焦成品設計亮點、浮力秤精度定義的完整性、精度改進的合理性、使用過程的細節處理等方面進行深入探討與交流，以期為物化成果的迭代升級積累實踐經驗。

（六）開展項目評價

跨學科主題學習項目評價主要是評價學生在項目學習中的表現。項目評價應組織教師、學生、同伴開展多元主體評價，評價取向倡導質性評價與量化評價相結合[6]，評價的方式應包括過程性評價和表現性評價，評價內容應依照課程目標、指向項目任務完成情況本身。因此，設計具備三級指標的活動評價體系：每個維度10分，滿分100分，如表2所示。

三、結語

探索實現跨學科主題學習常態化落實，促進學生核心素養有效提升的初中物理教學方式，是當下初中物理教學改革與發展的重要方向[7]。鑒于項目式學習與跨學科主題學習在任務情境創設、真實任務驅動、物化成果展示等方面存在諸多相似之處，本文構建基于項目式學習的跨學科主題學習模式，將項目式學習作為跨學科主題學習的實踐載體，以跨學科學習作為項目實踐活動的核心內容，注重培養學生的跨學科整合能力、創新意識以及工程實踐能力，以此促進學生物理核心素養和跨學科素養的全面發展。

[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）[S].北京：北京師范大學出版社，2022：11.

[2]魏羽飛，楊果仁.中學項目式跨學科學習的設計與實施[J].教學與管理，2024（19）：22-26.

[3]伍紅林.“雙新”背景下跨學科主題學習的邊界、轉變與學校行動[J].課程.教材.教法，2023（8）：92-98.

[4]周艷，王濤，張靜.指向素養發展的初中物理跨學科項目式教學——以“防洪堤壩的設計”為例[J].物理教師，2024，45（6）：38-42.

[5]姚華鑫，葉少斌.物理跨學科實踐教學的現實困境與實施策略[J].教學與管理，2024（22）：52-56.

[6]馮春艷，李序花，王寧等.基于大觀念的跨學科主題學習課程構建路徑[J].天津師范大學學報（基礎教育版），2024（2）：43-48.

[7]姚華鑫.人教版初中物理新教材跨學科實踐活動特色與實施建議[J].教育與裝備研究，2024（11）：65-70.

（責任編輯：劉艷超）