在跨學科實踐中發展物理學科核心素養

《義務教育物理課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”）新增“跨學科實踐”的課程內容。這部分內容與日常生活、工程實踐、社會熱點問題密切相關，有利于學生跨學科運用知識的能力、分析和解決問題的綜合能力、動手操作的實踐能力發展[1]。筆者根據蘇科版初中物理八年級上冊教材第四章內容，組織了跨學科實踐活動“對冰箱中熱現象的探究”。文章對這一跨學科實踐活動展開分析，研究科學開展初中物理跨學科實踐活動的策略。筆者組織的跨學科實踐活動流程如圖1所示。

一、分析學習主題

“對冰箱中熱現象的探究”這一跨學科實踐活動是典型的物理學與日常生活結合類跨學科實踐活動[2]。新課標指出，此類跨學科實踐的教學目標是“能發現日常生活中與物理學有關的問題，提出解決方案”“能運用所學知識分析日常生活中的安全問題，提出解決方案，踐行安全與健康生活”“能運用所學知識指導和規范個人行為，踐行低碳生活，具有節能環保意識”[3]。

二、分解學習任務，明晰學習目標

分析教材后，筆者確定了三個方面的學習任務、學習目標，具體如表1所示。

三、開展實踐活動

在明確學習任務、學習目標后，筆者開展實踐活動，引導學生完成實驗，在做中學、用中學、創中學，發展物理學科核心素養。

（一）學習任務之探究冰箱的內部熱環境（認識規律）

在課堂上，筆者提出問題：“大家是否注意過冰箱內部的溫度分布規律呢？”提出問題后，筆者引導學生設計探究冰箱內部溫度分布規律的實驗，

在完成這一任務的過程中，學生先嘗試用溫度計測量冰箱內部溫度，但是隨即發現這樣做自己無法順利讀數，因為溫度計的數值會在觀察者將其拿出冰箱時變化，無法真實反映冰箱內部溫度。學生又提出在打開冰箱門后立刻給溫度計拍照的辦法，但很快發現，這樣做依然無法準確測量冰箱內部溫度。思考過后，學生改進實驗方案，提出用溫度傳感器進行測量。

在課堂上，筆者和學生一起用溫度傳感器測量了某多開門冰箱和某對開門冰箱的內部溫度，測量結果如表2、表3所示。在學生得到溫度數據后，筆者引導學生分析數據，歸納不同冰箱內部溫度分布規律，培養學生實事求是的科學態度與科學精神。

分析過后，學生得到以下規律：在多開門冰箱（上半部分為冷藏室，下半部分為冷凍室）中，冷藏室最靠近冷凍室的一層溫度最低；在對開門冰箱（一側為冷凍室，另一側為冷藏室）中，冷藏室最下層溫度最高；兩類冰箱的冷凍室不同區域溫度較接近。隨后，學生根據分析結果調整食物在冰箱中的位置。

（二）學習任務之探究冰箱的外部熱環境（解釋現象）

在學生完成第一項任務后，筆者繼續提出問題：“為什么冰箱可以制冷，其工作原理是什么？”接下來，筆者帶領學生回顧冰箱結構，引出對冰箱外部熱環境的探究。由于此前學過相關知識，學生很快確定了冰箱制冷原理一一冰箱利用制冷劑的物態變化，將熱量從內部的低溫區域傳遞到外部的高溫區域，從而實現制冷。在學生得出結論后，筆者鼓勵學生通過實驗驗證上述結論。

在驗證環節，學生原本打算用手感知冰箱外部的溫度分布情況。考慮到這樣的驗證方法誤差過大，學生決定按照教材上的提示，使用溫度傳感器或者紅外測溫儀測量冰箱正面和背面的溫度。學生測量結果如圖2、圖3所示。由此，學生確定冰箱背面及底部靠近冷凝管、壓縮機區域溫度高，正門處溫度并不高。

筆者又提出問題：“既然冰箱可以制冷，我們能否將冰箱當空調用呢？”經過理論分析，學生確定冰箱不能當空調用，因為冰箱需要封閉的環境才能制冷，打開門的冰箱不能制冷，所以冰箱不能當空調用。此外，筆者還適時引導學生了解冰箱制冷劑發展史，培養學生的環保意識及社會責任感。

（三）學習任務之利用冰箱制作凍豆腐（解決生活問題）

為了進一步發展學生的科學思維，筆者布置了實踐任務：利用冰箱制作凍豆腐。學生組成學習小組后，討論確定了制作步驟：1.選購豆腐；2.制作凍豆腐；3.記錄現象；4.結合物理知識解釋制作原理。

在課堂上，學生展示了自已用冰箱制作的凍豆腐，并借助課件匯報學習成果，說明自己的制作過程及在過程中觀察到的現象。學生在實踐中發現，凍豆腐有更多的孔（如圖4所示）。部分學生還發現，相比鮮豆腐，凍豆腐體積變大了。少數學生制作的凍豆腐還出現變黃的現象。學生討論了豆腐形狀、體積變化的原因一鮮豆腐內含有液態水，豆腐被放進冰箱后，豆腐中的水遇冷凝固成冰，留下蜂窩狀孔洞，解凍后雖然冰熔化，但豆腐無法回到原有結構，且總體積變大。由于學生難以解釋凍豆腐變色的原因，筆者隨即帶領學生結合物理、化學知識進行分析，以培養學生運用跨學科知識解決問題的能力。

（四）學習任務之利用冰箱制作冰激凌（解決生活問題）

筆者還布置了制作冰激凌的實踐任務。由于制作冰激凌的任務難度較大，筆者在說明任務要求后，給學生提供蛋黃、白砂糖、鮮牛奶等材料，并強調注意事項，指導學生分組，輔助學生完成任務。筆者還在學生完成任務時，提醒學生記錄制作冰激凌過程中遇到的現象。

在完成任務后，各小組學生展示自制冰激凌，并分享遇到的現象，比如制作過程中觀察到的氣泡（如圖5所示）、碗底的霜（如圖6所示）等。帶領學生利用物理知識分析這些現象后，筆者鼓勵學生一起品嘗制作成果。

四、進行展示總結

在學生順利完成上述學習任務后，筆者引導學生總結學習收獲。

有小組這樣總結探究冰箱內部熱環境的學習收獲：我們不斷改進實驗方案，最終決定利用溫度傳感器測量冰箱內部溫度，然后分析測量數據得到冰箱內部溫度分布規律。在打開冰箱時，我們觀察到“白氣”、冰箱側壁的水滴及冰箱冷凍室的白霜，這是水蒸氣遇冷液化或凝華的結果。

有小組這樣總結探究冰箱外部熱環境的學習收獲：我們通過實驗得到了冰箱外部溫度分布規律，確定了冰箱制冷原理，并分析了為什么冰箱不能當空調用。

有小組這樣總結自制冰激凌的學習收獲：我們不僅吃到了好吃的冰激凌，還觀察到很多現象，比如白霜、牛奶凝固、冰激凌熔化等，我們認為這些現象分別是由于水蒸氣凝華、液體凝固、固體熔化產生的。

在課堂最后，筆者帶領學生回顧物態變化相關知識，繪制物態變化知識結構圖（如圖7所示），幫助學生進一步夯實知識基礎，培養學生的良好學習習慣。

結語

跨學科實踐教學具有指向真實問題等特點，是培育學生學科核心素養的重要載體。筆者以跨學科實踐教學活動“探究冰箱中的熱現象”為例，分析有效開展教學的策略，并詳細說明如何引導學生在做中學、用中學、創中學，培養學生的科學思維等物理學科核心素養。

【參考文獻】

[1]潘書朋，湯金波.基于學生自主創新實驗的“跨學科實踐”策略研究［J].物理實驗，2022，42（7）：40-44.

[2]張世成.證據課堂：證據物理的十年探索[J]：中學物理教學參考，2020，49（28）：5-9.

[3]許幫正．“知”“行”合一：初中物理探究教學實踐路徑：以“機械運動和力”單元學習為例［J］．物理教師，2022，43（10）：37-40，45.