基于初中物理學科核心素養提升的“跨學科實踐”活動的設計與實現

摘 要：《義務教育物理課程標準（2022年版）》新增的“跨學科實踐”主題，旨在引導教師開展基于物理核心素養提升的綜合性和實踐性的教學活動，通過精心設計“跨學科實踐”活動，踐行新課標倡導的教學新范式，促進物理學科核心素養提升。以北師大版物理八年級下冊第七章“運動和力”為例，探究“跨學科實踐”活動促進物理學科核心素養提升的設計要點與實現對策。

關鍵詞：跨學科實踐；初中物理；核心素養；“運動和力”

作者簡介：高生俊（1984—），男，甘肅省蘭州市永登縣第三中學。

《義務教育物理課程標準（2022年版）》著重培養學生的物理核心素養，涵蓋物理概念、科學思維、科學探究和科學態度與責任，以增強學生的終身學習和社會發展能力。本文以北師大版物理八年級下冊第七章“運動和力”為例，基于“跨學科實踐”主題，探究通過跨學科的教學方法，提升學生對力的理解、科學探究能力及解決實際問題的能力。

一、教學目標設計要點

在“跨學科實踐”主題下，為增強物理學科核心素養的培養效果，設計“跨學科實踐”活動之初，教師必須明確教學目標。在制定教學目標時，教師應以新課程標準為指導，深化對教材內容的研究，以確保教學目標具有明確的方向性和綜合性。遵循當代科學教育的整合與發展理念，以物理概念為核心，對教材知識進行整合，并結合每章節提供的概念整合知識，對單元邏輯關系圖進行細致梳理，構建物理課程的概念框架，從而加強物理概念間的內在聯系。例如，在“力與運動”章節中，基于“跨學科實踐”主題，確立的核心素養目標包括：在物理概念層面，能夠辨識并闡釋日常生活中力與運動的現象，并能運用所學知識解決實際問題；在科學思維層面，通過模型構建、科學推理、比較分類等方法，培養抽象與形象思維能力；在科學探究層面，學會提出問題、設計實驗、收集數據、分析證據并得出結論，以提升科學探究能力；在科學態度與責任層面，培養嚴謹的科學態度，增強團隊合作意識，理解科學技術對社會的影響，并形成責任感［1］。

二、“跨學科實踐”活動教學設計

（一）導入環節設計

1.設計要點

在確立教學目標的前提下，導入環節的設計對于“跨學科實踐”活動的有效實施具有決定性影響。因此，教師必須依據教學目標明確導入主題，并與教學內容相結合，采用跨學科的整合方法，為學生設計導入媒介。導入媒介應輔以文字說明和旁白，旨在激發學生的學習興趣，并引導學生初步感知即將學習的內容。

在“力與運動”章節的導入過程中，為了激發學生的學習興趣并初步感知力的多樣性，為后續學習打下堅實基礎，教師應結合既定的教學目標，選取“力的藝術展現”作為導入主題。學生分為重力組、彈力組和摩擦力組，每組需在課前針對其活動主題進行相應的預習，教師引導學生以藝術化的方式理解力的概念、作用及其在日常生活中的應用。通過這種方式，科學與藝術在導入環節得到了有效的結合與應用。

重力組通過繪畫和模型的方式進行展示。一棵掛滿成熟蘋果的樹木，位于所展示的畫面的中心位置，樹下則細致描繪了蘋果從枝頭脫離至觸地的各個階段，以此來形象地揭示在重力作用下物體運動的軌跡。每幅小圖均附有簡明扼要的文字說明，例如“重力導致蘋果向下墜落”“重力加速度保持恒定”等。此外，還有利用輕質材料（如紙漿、泡沫塑料）制作的半透明蘋果模型，并在其中嵌入LED燈，以模擬蘋果下落過程中的動態變化。該模型懸掛在繪畫中樹枝的下方，并通過細線連接。當按下按鈕時，細線釋放，模型緩慢下落，同時LED燈亮起，生動地再現了蘋果下落過程中的光影變化，直觀地展示了重力作用下物體的運動狀態。

彈力組通過短視頻的形式進行展示。視頻內容圍繞一位熱愛籃球的少年展開，舞臺上布置了一個簡易的籃球場背景，少年手持籃球準備投籃。在第一次嘗試中，少年投籃未中，籃球直接落地，旁白隨即解釋：“由于未有效利用彈力，籃球無法達到更高的飛行高度。”在第二次嘗試中，少年調整投籃姿勢，用力跳起并投籃，籃球擊中籃板后高高彈起，并再次落入籃筐。旁白解釋：“通過手臂和腿部的發力，能量發生了轉化，使籃球能夠到達更高的高度。”隨后，視頻展示了籃球落地后連續彈跳的場景，旁白解釋：“籃球內部的氣壓和材料彈性，使其能夠吸收并釋放能量，發生連續的彈跳。”

摩擦力組結合繪畫與互動裝置進行展示。教師首先展示兩幅對比鮮明的畫面，一幅畫面描繪了雨天濕滑的路面，行人小心翼翼地行走，甚至有人滑倒；另一幅畫面則展示了干燥的路面，行人步履穩健。畫面下方附有文字說明，解釋了摩擦力在不同條件下的變化。接著，教師拿出預先設計的簡易斜面裝置，一端放置一塊光滑的木板（模擬低摩擦力），另一端放置一塊粗糙的砂紙（模擬高摩擦力），邀請學生嘗試將小球從斜面頂端滾下，觀察并記錄小球在不同表面上的滾動速度和停止位置。在學生參與互動的同時，旁白解釋摩擦力的概念，以及它如何影響物體的運動狀態，并強調摩擦力在日常生活中的重要性，例如在行走、駕駛、制動等方面的應用［2］。

2.實現

（1）?物理概念層面。“力與運動”章節的導入環節直觀地展示了力的多樣性和日常應用。重力組用繪畫和模型生動描繪蘋果在重力下的運動，幫助學生理解重力影響。彈力組通過短視頻展示彈力在投籃中的作用，讓學生認識彈力。摩擦力組通過繪畫實物與互動裝置讓學生體驗摩擦力變化，深入理解其概念。

（2）?科學思維層面。科學思維的導入設計體現在模型構建、科學推理和比較分類方法的應用。模型如蘋果、籃球和斜面裝置能幫助學生培養抽象思維；觀察自然現象如蘋果下落和籃球彈跳可引導學生理解力的作用；通過比較不同情況下的力，如不同路面的摩擦力，培養了學生的分類思維，使學生能夠區分力的特性。

（3）?科學探究層面。導入設計注重培養學生的科學探究能力。課程開始前，學生根據研究主題進行初步探索，學習如何提出問題。在成果展示時，各組通過多種方式展示研究，包括實驗設計、數據收集和證據展示。學生在觀察和理解展示內容時，也在進行數據分析，形成科學結論，提升學生的探究能力，激發學生對科學的興趣。

（4）?科學態度與責任層面。導入設計在培養科學態度和責任感方面發揮了重要作用。它通過精確的展示和闡釋幫助學生形成嚴謹的科學態度，并加強了學生的團隊協作意識。同時，它通過日常生活中的應用實例展示物理知識的實用性，引導學生理解科技對社會的影響。它強調力的多樣性及其在不同情境下的作用，使學生認識到科技進步對社會發展和生活質量提升的重要性［3］。

（二）“跨學科實踐”活動的實踐環節設計

1.設計要點

在項目實施前，為促進學生深入理解力的概念并提升其在實驗設計、數據收集與分析方面的能力，有必要對實踐環節進行精心設計。以先前案例為基礎，本研究將科學、技術、工程領域的知識融入理論學習與實踐操作環節，設計了“力的測量與探究”和“力的合成與平衡小車”兩個活動。在“力的測量與探究”活動中，學生將使用彈簧測力計對不同物體的重力進行測量，并探討重力與質量之間的關系；通過拉伸和壓縮彈簧的實驗，深入理解彈力的概念及胡克定律；設計實驗以探究摩擦力與相關因素的關聯。在“力的合成與平衡小車”活動中，學生將利用積木和滑輪組構建小車模型，通過調整施加力的大小，觀察小車在不同力作用下的運動狀態，從而掌握同一直線上二力合成與二力平衡的條件。

為了進一步促進理論與實踐的結合，培養學生的創新思維、工程設計能力和團隊協作能力，本研究在創意設計與應用環節融入了工程、數學、藝術領域的知識，設計了“牛頓第一定律的應用”項目。學生以小組為單位，設計一個裝置或游戲以直觀展示牛頓第一定律（慣性定律），并結合數學計算確定設計參數，同時考慮裝置的藝術美觀性。例如，“慣性探險軌道”的互動裝置直觀地展示了牛頓第一定律（慣性定律）的原理，即物體會保持其靜止或勻速直線運動的狀態，除非其受到外部力的作用。通過融合工程、數學與藝術領域的知識，能加深學生對物理定律的理解，激發學生的創新思維、工程設計能力和團隊協作能力。互動裝置由多個不同材質、傾斜角度和長度的軌道段組成，每個軌道段末端連接一個小型跳躍平臺或滑道，模擬物體在不同情境下的慣性現象。裝置整體呈環形或螺旋形布局，以增加觀賞性和趣味性。在軌道傾斜角度的設計中，結合三角函數計算，確保小球在無外力作用下能沿軌道平穩滾動，同時設計不同角度的軌道段，展示不同傾斜角度對小球速度的影響；在軌道長度與材質的選擇上，根據摩擦系數公式，選擇合適的材料（如光滑塑料、木頭、金屬等），計算并調整軌道長度，確保小球能在特定速度下完成運動而不失去過多動能；對于跳躍平臺的設計，應用能量守恒定律，設計平臺的彈簧系數和角度，使小球在落下時能利用慣性彈起至下一軌道段，展示慣性轉換為勢能再轉化為動能的過程。在提升裝置的藝術美觀性方面，采用鮮艷的顏色搭配，如藍色代表科技、綠色象征自然，結合流線型設計，營造未來感與自然和諧的氛圍；在燈光效果方面，在軌道關鍵節點安裝LED燈，隨著小球的運動點亮，增強視覺效果，同時可用于指示小球的運動路徑。在互動元素方面，設置學生互動區，允許調整部分軌道段的傾斜角度或添加障礙物，讓學生親手改變實驗條件，觀察小球運動的變化，增加教育性和趣味性。在此基礎上，教師將學生分成若干組，每組負責設計并搭建一段特色軌道，最后拼接成完整的探險軌道，鼓勵各組在保持科學原理準確的基礎上融入創意元素，如設計獨特的跳躍機制、增加音效等。每組記錄小球在不同軌道段的運動數據，包括速度、跳躍高度等，利用數學工具進行分析，探討影響小球運動的因素。完成裝置設計后，教師組織展示會，各組介紹設計理念、技術難點及解決方案，分享學習心得［4］。

2.實現過程

（1）?物理概念層面。本研究強調物理概念的實踐應用。學生通過測量不同物體的重力，探究了重力與質量的關系，加深了對重力的理解。實驗中拉伸和壓縮彈簧，使學生直觀感受到彈力，并理解了胡克定律。通過設計實驗研究摩擦力，學生對摩擦力有了更深入的理解。在構建小車模型的活動中，學生通過調整力的大小，觀察小車運動，學習了力的合成和平衡條件。這些活動不僅能幫助學生理解日常生活中的力與運動的現象，還為他們應用知識解決實際問題打下了基礎。

（2）?科學思維層面。科學思維的培養在設計活動中備受重視。學生通過構建如小車模型和探險軌道，將抽象物理概念轉化為具體模型，這有助于發展他們的抽象思維。在研究力的性質時，學生通過科學推理，如利用實驗數據推斷力的特性來加深理解。分類比較法也被用于比較不同物體的重力、彈力和摩擦力，以及小車在不同力作用下的運動狀態，從而幫助學生更清晰地區分各種力的屬性和效果。這些活動顯著提升了學生的科學思維能力。

（3）?科學探究層面。在科學探究層面上，實踐設計扮演了至關重要的角色。以“力的測量與探究”以及“力的合成與平衡小車”活動為例，學生必須掌握提出問題、設計實驗、收集數據、分析證據以及推導結論的科學探究技能。例如，在研究摩擦力與各種因素之間的關系時，學生需獨立設計實驗方案，挑選適當的實驗設備和測量技術，隨后進行數據采集與分析，并最終形成科學結論。這些步驟均要求學生具備扎實的科學探究技巧和方法論。通過參與此類實踐活動，學生的科學探究能力得到了顯著增強。

（4）?科學態度與責任層面。實踐強調科學態度和責任感的培養。學生通過精確的實驗操作和設計，學會尊重數據和科學規律，勇于探索未知。團隊合作的實踐活動增強了學生的協作意識。將科學原理應用于日常生活，學生認識到科技對社會的影響，形成了社會責任感；理解了科技進步需結合嚴謹態度、團隊精神和對社會環境影響的關注［5］。

三、總結

綜上所述，“跨學科實踐”活動的設計與實現，需要教師緊密結合教學內容，在新課標的引領下，加強教材解讀，從核心素養的四個角度，確定具體的教學目標，并根據教學目標設計基于“跨學科實踐”活動的導入環節，再結合導入實施具體的活動項目，讓學生在具體的活動項目中提升核心素養。

［參考文獻］

李娟.核心素養下高中物理創新實驗設計方法與途徑［J］.學苑教育，2024（29）：85-87.

周祖云.核心素養導向下高中物理項目式教學設計［J］.高考，2024（34）：141-143.

徐改宏.新高考背景下物理核心素養在教學中的實踐初探［J］.數理天地（高中版），2024（22）：58-60.

劉勇.基于核心素養的高中物理大單元教學設計探討［J］.數理天地（高中版），2024（22）：113-115.

李四英，曹光明.教育信息技術環境下中學物理學科核心素養的培育［J］.安徽教育科研，2024（24）：88-90.