初中物理跨學科實踐的教學作業設計與應用的研究

義務教育《物理課程標準》（2022年版）明確提出了跨學科實踐包括了物理學與日常生活、物理學與工程實踐、物理學與社會發展的主題內容。目前人教版八年級上冊（2024版）《物理》的教學內容中已經把跨學科實踐作重要的章節編入了教材。它是指引教師在教學過程中注重學生的綜合能力培養，使學生的動手操作能力、現象的分析能力和問題的解決能力均得到提升。目前，采用跨學科作業設計及應用是一種有效提升學生能力的途徑。因此，教師如何編寫初中物理教學作業設計是很關鍵的。下面，筆者以《浮力的應用》為例，闡述基于跨學科的初中物理教學作業設計與應用的做法。

一、素材的收集是跨學科物理作業設計與應用的前提

課堂教學中所選用的素材目的是拓展學生的知識面的同時，引導學生發現問題，以問題為導向、運用所學的物理知識來解釋人們在生活中實際的現象。例如，教師結束了人教版初中物理第十章《浮力》第三節《物體的浮沉條件及應用》的講解之后，學生對潛水艇的工作有了初步了解后，教師整理了物理學與社會發展之半潛船的相關材料。材料是：中國國產DP系統的“新光華”半潛船是海上大型的運輸工具之一。暫列世界第三，亞洲第二。半潛船的工作原理是利用排水法來改變自身重力從而實現船體的上浮和下沉。它的優點是船體沉入水中的體積越大，受到波浪沖擊的阻力越小。圖乙是半潛船工作時的原理圖，當我們把水壓入水艙時，船體下沉，當船體的甲板沒入水中，工人把貨物移到甲板的同時，船體的機器把水艙的水壓出船體，直到船體的甲板浮出水面為止。教師根據上述的閱讀材料編寫相應知識的題目，題目是：（1）半潛船的工作原理是利用排水法來改變" " " 從而實現船體的上浮和下沉。（2）當半潛船航行時，螺旋槳旋轉推動水向后運動，船會向運動，它的原理是力的作用是。船前進的推力的施力物體是（選填“螺旋槳”或“水”）。（3）如圖所示，我們從左至右來看，船體的底部受到的壓強分別為P1、P2、P3，船體受到的浮力分別為F1、F2、F3，則壓強最大的是（選填“P1”“P2”或“P3”），浮力中最大是（選填“F1”“F2”或“F3”）。

二、問題設計是跨學科物理作業設計與應用的途徑

作為物理教師在面對跨學科作業設計方向也是面臨的新問題，如何編好一道跨學科的作業是關鍵。在問題設計的時候，我們可以采用先模仿到改編再原創新題。我們可以選用中考原題進行改編，因為這此題都是經過專家反復推敲，既考查學生的知識，又突顯出學生能力的考查。于是，我選用了2022年廣東中考題第21題進行改編，題目如下：

小明閱讀資料后，利用（圖1）的裝置是半潛船在水面的運載貨物過程的實驗圖。

①實驗時，讓注射器和正方體盒能豎直在水面，你的做法是。

②當注射器的活塞向上運動時，把水槽的水壓入正方體盒。這時正方體盒浸入水的體積，正方體盒和注射器受到的浮力，容器對地面的壓強（以上三個空選填“變大”“不變”或“變小”）。

③小明通過上述的實驗繪出下列表，其中縱坐標表示注射器和正方體盒在水中受到的浮力（F浮），橫坐標表示正方體盒注水的高度（h/cm），根據圖像（圖2）的特點，完成表格的內容；注射器和正方體盒的質量是kg；寫出注射器和正方體盒在水中受到的浮力（F?。┡c正方體盒注入水后的高度（h/cm）的關系式。

該題的改編的優點是學生了解半潛船的特點，借課堂實驗的開展，讓學生掌握船在水面上的浮力和重力關系及其變化的特點來分析問題，同時利用圖表收集的數據來考查學生的分析能力和解決問題能力。

三、能力提升是跨學科物理作業設計與應用的核心

在作業設計的過程中，教師可以把跨學科中把日常生活、工程實踐、社會發展等的主題內容融入到其中，并通過自制教具來開設學生課堂實驗操作，讓學生更加深入理解物理的規律及其應用，并在操作的過程中使學生的能力得到有效的提升。下面以半潛船的模擬實驗為例。需要的器材是大圓筒、礦泉水瓶、注射器、小石頭、水、小鐵圈。制件過程：在礦泉水的瓶蓋上開一個小孔，把注射器的小口剛好插入小孔里，為防止漏氣，可以滴一點膠水，再向礦泉水瓶底鉆3-4個小孔，并組裝成實驗教具。操作的過程：學生先把適量小石頭放入瓶里，再把礦泉水瓶放入盛有水的圓筒里，拉起注射器的活塞，在大氣壓的作用下，水流入瓶內，讓進入瓶一定量后，放開手，讓瓶子豎直在水面。再把小鐵圈放在瓶子的上面，觀察瓶子在水面深度的變化，不斷增加小鐵圈的數量后，學生如何操作可以讓瓶子上升？在學生的操作的過程中針對存在的問題，教師及時引導學生進行思考。師生對話如下：教師問：這種現象，船就會翻倒了，如何解決？學生討論后說：可以讓更多的水進入瓶內。也有學生說：放入更多的石頭。又學生說：放入石頭多了瓶子會沉下去。還有學生說：壓下注射器的活塞，把一問好的水排出來，瓶子會浮了?！處熗ㄟ^提問不斷調動學生的學生激情，讓學生積極參與課堂實驗探究的同時，引導學生積極地思考問題和解決問題，從而提高動手操作能力和科學思維能力。

【注：本文系中山市教育科研立項課題“初三物理跨學科實踐的作業設計研究”（課題編號：B2023107）研究成果】

責任編輯邱麗