基于跨學科實踐的初中物理復習課優化設計

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2025）6-0037-5

《義務教育物理課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標\"新增了“跨學科實踐”主題，要求選取與日常生活、工程實踐及社會熱點關聯緊密的育人情境和系列問題，提升課程教學的綜合性和實踐性[1]。“跨學科實踐\"有利于提升學生綜合應用物理知識和其他學科知識分析與解決真實問題的能力、動手實踐能力，有利于培養學生團結合作、樂于實踐、勇于創新的精神[2]。復習課作為日常教學中不可或缺的一環，承載著鞏固舊知、構建體系、深化觀念和提升素養等多重職責。相較于新授課，在復習課中開展跨學科實踐教學，不僅能夠更好地凸顯物理課程的實踐性，還能在復雜情境中促進學生思維深度和廣度的提升，培養他們的綜合應用能力、創新思維和解決實際問題的能力，對發展學生核心素養有重要意義。

我國潛水器技術在近年來取得了顯著的進展和突破，已達到世界領先水平。本文以“誰主沉浮——浮力復習課\"為例，闡述新課標下基于跨學科實踐的初中物理復習課優化設計。

1 確定教學目標

新課標對浮力部分的內容要求是“通過實驗，認識浮力；探究浮力大小與哪些因素有關；知道阿基米德原理，運用物體的浮沉條件說明生產生活中的有關現象。\"3通過新課教學，學生已達到新課標中的基本內容要求，對浮力的產生原因、影響因素、計算方法都已有了初步的體會和認識，對力與運動在物體浮沉分析中的應用也有了體驗與感悟。但在復雜情境中，學生學會綜合應用上述浮力知識解決實際問題，進而培養知識整合、遷移及問題解決能力，是復習課的首要目標。復習課的教學設計關鍵是創設真實情境、設定驅動問題、設計任務鏈，實現浮力板塊內容的整體構建。根據課程標準和學習者分析，按物理學科核心素養維度對浮力復習課提出教學目標（表1）。

2 構建知識體系

在復習階段，應將學生在新課學習中積累的較為零散的知識組織成條理分明、邏輯嚴密的知識結構。圍繞“誰主沉浮\"這一主題，可構建包含浮力的方向、浮力的影響因素、浮力的大小、阿基來德原理和物體的浮沉條件的知識體系。在實際教學中，結合潛水器浮沉原理這一真實情境，逐層展開教學，使學生能在真實情境中理解并掌握知識，在系統回顧與鞏固知識的同時，將理論知識與實際應用相結合，真正做到知行合一。圍繞“誰主沉浮”這一主題構建的知識體系如圖1所示。

3 設計教學任務

為實現教學目標，更好地組織和引導學生的學習過程，應按邏輯順序和難度關系進行教學任務設計，帶領學生聚焦于具有挑戰性和啟發性的學習主題。隨著任務的達成，學生能夠充分掌握學科知識，理解學科邏輯，具備學科思維，創造性地解決復雜的真實問題[3]。在浮力復習課的設計中，以設計潛水器浮沉方案為主線設計教學任務，引導學生逐步邁向既定的學習自標，并強調面對挑戰時靈活調整策略，找到最適宜的解決方案。表2為本節浮力復習課的教學任務安排。

4教學實踐案例

4.1 營造氛圍，引入主題

在課堂伊始，教師先介紹我國第一臺能夠到達全球海洋最深處開展科考和作業的載人潛水器——“奮斗者\"號：繼2020年在馬里亞納海溝成功下潛至10909米后，“奮斗者\"號至今已完成230次下潛，持續刷新萬米下潛紀錄，為全球深淵探索奠定堅實基礎。潛水器之所以能夠在深海中自由暢行，又是誰主沉浮呢？

設計意圖：營造氛圍，讓學生了解我國在海洋探索領域的輝煌成就，體會物理學與科技進步、社會發展的關系；通過真實問題情境，激發學生的學習興趣，為本堂課的學習作準備。

4.2 歸納類比，引出問題

以設計潛水器的上浮方式這一真實情境為切入點，激發學生的學習熱情，驅動學生逐步展開思考和探索，通過完成以下任務逐步設計出載人潛水器的壓載鐵。

任務1：利用注射器模擬潛水艇中由壓力艙和空氣泵組成的吹排水系統（圖2），復習潛水艇的工作過程和原理；結合實驗觀察，從力與運動、物質屬性的角度分析潛水艇的浮沉過程，對浮力相關知識進行梳理和鞏固。

任務2：對比潛水艇和潛水器的工作環境，通過數據計算，結合浮力知識進行理論分析，設計潛水器的上浮方式，引出壓載鐵這一重要裝備。在該任務中，教師根據學生的實際課堂反饋逐步拋出驅動問題：a.如何根據海水密度和潛水器下潛深度計算潛水器所受液體壓強的大小？b.考慮目前潛水艇裝備的超高氣壓瓶中的氣壓大小，潛水器能否采用氣壓排水的方式實現上浮？c.深海中不能利用氣壓排水，如果你是設計師，如何設計潛水器的上浮方式？d.在減小自重上浮的過程中，拋掉的重量不能是潛水器的重要裝備，應當如何設計？

設計意圖：兩個任務環環相扣，驅動問題層層遞進。任務1的目的是引領學生從浮力的基本概念、浮力的方向特點、浮沉的受力條件三個方面回顧潛水艇的工作原理，既回顧舊知，又為后續潛水器的設計作鋪墊。任務2設計了一系列層層遞進的驅動問題，旨在激發學生的深層思考，通過這些問題，引導學生由淺入深、由點及面地綜合思考潛水器的上浮方式，鼓勵學生勇于提出新穎獨到的見解與設計方案，培養學生的科學思維。

4.3 實驗模擬，引起沖突

經過理論分析和方案設計后，教師通過新聞視頻介紹載人潛水器的工作過程和浮沉方式。接著，學生利用注射器、魔術貼膠帶、若干磁性鐵塊將潛水艇模型改裝為潛水器模型（圖3），并通過實驗模擬潛水器注水下沉和拋掉壓載鐵上浮的過程。在實驗中，學生會發現，自己制作的“潛水器”在成功坐底后即使拋掉壓載鐵，也不能順利上浮。在此矛盾沖突下，提出新的驅動問題（任務3）。

任務3：結合任務2中的理論分析，將潛水艇模型改裝為潛水器模型，并模擬潛水器利用壓載鐵實現浮沉的過程。在此任務中，學生會觀察到拋掉壓載鐵后的潛水器并不能順利上浮，從而引出驅動問題：為什么拋掉壓載鐵后，潛水器的自重減小了，卻不能順利上浮？學生結合實驗現象和理論分析得到“此時重力仍然大于浮力，此時潛水器整體密度大于海水密度\"的結論。

設計意圖：在實際的潛水器設計中，科學家們會經歷無數次失敗，攻克無數個難題。雖然壓載鐵是潛水器的重要組成部分，但潛水器的上浮還涉及其他關鍵因素的設計，需要材料學、工程學等作為重要支撐。該環節在發展科學思維、科學探究素養的同時，培養了學生樂于思考與實踐、克服困難、探索真理的科學態度。

4.4 反思改進，引領創新

教師提出新的驅動問題：a.在實際任務中，若拋掉壓載鐵的潛水器不能上浮，會帶來什么危險？b.為實現潛水器順利上浮，你將如何改進設計方案？為解決上述驅動問題，學生要明確最終的任務是改進設計，實現潛水器的順利上浮

以小組為單位，完成任務4：解決拋掉壓載鐵后潛水器不能順利上浮的問題。

在此任務中，教師引導各小組內部合作討論，改進方案，經組內討論、組間討論后形成對各個方案的改進原理分析和可行性分析，如表3所示。

通過對各組方案的可行性分析，教師提供兩種材質的注射器活塞桿以支持學生對方案4進行實驗模擬。學生通過信息提示和實驗觀察找到密度小于水的活塞桿作為潛水器模型的材料（圖4），通過實驗驗證該方案，并認識到浮力材料對潛水器設計的重要意義。教師借此機會介紹我國潛水器的主要浮力材料一空心玻璃微珠的特點、功能及其研究歷程（圖5）。在上述任務的執行過程中，教師需要根據學生的課堂表現對驅動問題進行適當增減或順序調整，幫助學生提出合理的改進方案，完成任務。

設計意圖：學生結合理論分析和實驗現象能進一步認識載人潛水器設計中蘊含的物理原理，能分別從力與運動的角度和物質屬性的角度綜合分析潛水器的浮沉問題，升華物理觀念，提升科學思維；在方案討論和實驗驗證的過程中，尊重實際、敢于質疑、善于反思、勇于創新，體驗戰勝困難、解決問題的喜悅；通過了解載人潛水器浮力材料開發研究的過程，意識到科學家科研工作中的曲折和艱辛，培養社會責任感，以及實現中華民族偉大復興的使命感。

4.5 設計作業，引發思考

跨學科實踐課程可通過設計跨學科作業來進一步發展學生的核心素養。跨學科作業倡導統整學生已有的學科學習經歷，讓學生產生全新的、跨學科的理解，提升學生解決真實問題的能力[4]。結合本節課的教學內容，布置作業如下：

作業1：查閱資料，了解浮力材料。作為載人潛水器的重要材料，浮力材料除了密度小，還應具備什么重要特征？

作業2：了解潛水器其他重要設備的設計（如機械手臂），和小組同學分工合作，融合機械工程、材料科學、計算機科學、海洋生物學以及環境科學等多個領域的知識簡單分析其功能和設計。

設計意圖：作業設計既與本堂課的教學內容密切相關，又能引導學生綜合運用多學科知識解決真實問題，通過小組合作、自主探究等方式獲得全新的學習體驗，激發學生解決問題的興趣，形成新的跨學科思考。

5結語

在真實情境中對未知領域進行積極探索與不解求知，正是學習過程的精髓所在。在復習課的構建中，依托于學生既有的知識基礎，通過跨學科實踐的探索，助力他們構建更加完整和系統的知識體系，同時關注科技進步和社會發展。因此，在復習課的設計與實施中，教師應當緊緊圍繞核心素養，將教學內容、學生認知和真實情境巧妙融合，引領學生踏上充滿實踐與思考的探索之旅，親身體會探索的激情與發現的喜悅，促成學生從感性認知向理性思考的華麗蛻變。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.義務教育物理課程標準（2022年版）[S].北京：北京師范大學出版社，2022

[2]廖伯琴.義務教育物理課程標準（2022年版）解讀[M].北京：高等教育出版社，2022.

[3]李春密，萬欣欣，劉暢，等.開展項目學習實現跨學科實踐[J].中學物理教學參考2023，52（8）：1-6.

[4]教育部基礎教育司義務教育高質量基礎性作業體系建設項目組.學科作業體系設計指引[M].北京：教育科學出版社，2022.

（欄目編輯 鄧磊）