物理跨學(xué)科實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2025）7-0093-4

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡(jiǎn)稱“新課標(biāo)”要求學(xué)生跨學(xué)科實(shí)踐學(xué)習(xí)時(shí)間原則上應(yīng)不少于總學(xué)時(shí)的 10%^[1] 。此外，隨著初中物理新教材的廣泛實(shí)施，跨學(xué)科實(shí)踐教學(xué)的實(shí)際需求愈發(fā)凸顯。物理學(xué)科作為自然科學(xué)的基礎(chǔ)，兼具實(shí)踐性與綜合性特征，在開展跨學(xué)科實(shí)踐方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。然而，當(dāng)前教學(xué)中存在“學(xué)科整合表面化”“實(shí)踐任務(wù)形式化\"等問(wèn)題。本文，探討如何有效落實(shí)指向核心素養(yǎng)培養(yǎng)的跨學(xué)科實(shí)踐教學(xué)。

1核心素養(yǎng)導(dǎo)向的跨學(xué)科實(shí)踐設(shè)計(jì)邏輯

1.1核心素養(yǎng)的內(nèi)涵與物理學(xué)科的定位

物理學(xué)科核心素養(yǎng)涵蓋物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任四個(gè)維度。物理觀念強(qiáng)調(diào)對(duì)基本概念與規(guī)律的本質(zhì)理解，科學(xué)思維指向模型建構(gòu)與推理論證能力，科學(xué)探究注重實(shí)踐創(chuàng)新，科學(xué)態(tài)度則需滲透學(xué)科價(jià)值與社會(huì)責(zé)任。跨學(xué)科實(shí)踐需以物理學(xué)科為基礎(chǔ)，通過(guò)整合多學(xué)科知識(shí)，實(shí)現(xiàn)從“學(xué)科知識(shí)\"向“素養(yǎng)生成\"的轉(zhuǎn)化。

1.2 跨學(xué)科實(shí)踐的特征與設(shè)計(jì)邏輯

跨學(xué)科實(shí)踐的本質(zhì)是以物理學(xué)科為主體，圍繞真實(shí)問(wèn)題整合多學(xué)科知識(shí)與方法。其設(shè)計(jì)可以遵循以下邏輯：

主題情境化：錨定物理學(xué)科主干知識(shí)（如運(yùn)動(dòng)和相互作用），融合生活與文化情境（如傳統(tǒng)桿秤的“權(quán)衡之道”），賦予學(xué)習(xí)現(xiàn)實(shí)意義；

問(wèn)題結(jié)構(gòu)化：通過(guò)遞進(jìn)式問(wèn)題鏈（如何標(biāo)記刻度線），驅(qū)動(dòng)學(xué)生從現(xiàn)象認(rèn)知向原理探究進(jìn)階；

成果物化：以可觀測(cè)的實(shí)踐成果（如自制桿秤）外顯學(xué)習(xí)成效，促進(jìn)知識(shí)遷移與素養(yǎng)內(nèi)化。

1.3 物理跨學(xué)科實(shí)踐的特征模型

跨學(xué)科實(shí)踐教學(xué)實(shí)施有哪些特點(diǎn)？可借鑒的特征模型如何？目前已有多位專家和學(xué)者進(jìn)行了深入研究，比如，有學(xué)者提出了“四有\(zhòng)"標(biāo)準(zhǔn)：課標(biāo)引領(lǐng)、真實(shí)問(wèn)題、驅(qū)動(dòng)任務(wù)、物化成果[2]。杜明榮認(rèn)為，物理“跨學(xué)科實(shí)踐\"既是與日常生活、工程實(shí)踐及社會(huì)發(fā)展等方面密切相關(guān)的物理課程學(xué)習(xí)內(nèi)容，又是具有明顯實(shí)踐性的物理課程學(xué)習(xí)方式[3]。荊鵬等認(rèn)為，初中物理跨學(xué)科實(shí)踐是立足物理學(xué)科視角，以某一個(gè)議題、任務(wù)為研究主題，運(yùn)用并整合其他學(xué)科的知識(shí)與方法，開展綜合實(shí)踐學(xué)習(xí)的一種方式4。張玉華基于核心素養(yǎng)的情境嵌入、系統(tǒng)整合、行動(dòng)導(dǎo)向及認(rèn)知建構(gòu)特性，提出四維特征模型[5]，為本研究路徑設(shè)計(jì)提供參照（圖1）。

圖1指向核心素養(yǎng)培育的跨學(xué)科學(xué)習(xí)特征模型

2 跨學(xué)科實(shí)踐案例：

結(jié)合理論研究和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，本文提煉了跨學(xué)科教學(xué)實(shí)踐的有效路徑：一是依據(jù)課程內(nèi)容，明確“主題\"創(chuàng)“情境”；二是依據(jù)真實(shí)情境，提煉“問(wèn)題\"驅(qū)“實(shí)踐”；三是依據(jù)實(shí)踐活動(dòng)，落實(shí)“任務(wù)\"達(dá)“表現(xiàn)”；四是依據(jù)項(xiàng)目表現(xiàn)，建構(gòu)“知識(shí)\"培“素養(yǎng)”。

2.1 依據(jù)課程內(nèi)容，明確“主題”創(chuàng)“情境”

新課標(biāo)在跨學(xué)科實(shí)踐的教學(xué)提示中指出，要結(jié)合當(dāng)?shù)靥攸c(diǎn)，圍繞現(xiàn)實(shí)生活和社會(huì)發(fā)展的熱點(diǎn)問(wèn)題，從多學(xué)科角度觀察、思考和分析問(wèn)題，挖掘、選取有教育意義的素材，將其改造成跨學(xué)科實(shí)踐的問(wèn)題或任務(wù)[。“制作簡(jiǎn)易桿秤\"的跨學(xué)科實(shí)踐學(xué)習(xí)課題緊密貼合跨學(xué)科實(shí)踐的三個(gè)二級(jí)主題，桿秤與日常生活緊密聯(lián)系，沉淀著優(yōu)秀的中華民族傳統(tǒng)文化一權(quán)衡之道；桿秤制作與工程實(shí)踐密切相關(guān)，其制作歷經(jīng)大大小小34道工序，工藝非常精細(xì)，需要學(xué)生經(jīng)歷制作的過(guò)程，傳承這種精雕細(xì)鏤的工匠精神，擔(dān)當(dāng)社會(huì)責(zé)任。學(xué)生在做中學(xué)，在用中學(xué)，強(qiáng)化知識(shí)的關(guān)聯(lián)、知識(shí)的建構(gòu)、科學(xué)思維的培養(yǎng)，同時(shí)還蘊(yùn)含人生哲理，引導(dǎo)學(xué)生樹立公平、公正、公道的價(jià)值觀。因此，該課題緊扣課程內(nèi)容，教學(xué)主題突出，實(shí)踐意義深遠(yuǎn)，制作簡(jiǎn)易桿秤與核心素養(yǎng)的關(guān)聯(lián)表如表1所示。

我們發(fā)現(xiàn)，在很多地區(qū)集市的貨物交易仍使用傳統(tǒng)稱量工具一一桿秤，在迅猛發(fā)展的數(shù)字時(shí)代，桿秤為什么依舊需要傳承和應(yīng)用？由鮮活的生活情境導(dǎo)入課題，讓學(xué)生帶著疑問(wèn)進(jìn)行實(shí)踐，在制作中探究其原因。創(chuàng)設(shè)“祖先很早就用\"的小情境，深度挖掘項(xiàng)目實(shí)施背后的文化內(nèi)涵，最大限度地發(fā)揮跨學(xué)科實(shí)踐課堂的育人和育能的雙向價(jià)值；創(chuàng)設(shè)“標(biāo)秤星”的小情境，從觀察現(xiàn)象的感性認(rèn)知到基本規(guī)律推理的理性建構(gòu)，讓學(xué)生經(jīng)歷模型建構(gòu)和科學(xué)推理的過(guò)程；創(chuàng)設(shè)“制作過(guò)程”的小情境，體驗(yàn)制作的技藝，進(jìn)一步拓展教學(xué)的深度和寬度，促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)。

2.2 依據(jù)真實(shí)情境，提煉“問(wèn)題”驅(qū)“實(shí)踐”

解決真實(shí)性情境中的真實(shí)問(wèn)題或任務(wù)，不但能夠賦予學(xué)習(xí)以真實(shí)意義，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，還能讓學(xué)生體會(huì)到學(xué)習(xí)不只是記憶現(xiàn)成的知識(shí)，而是一個(gè)不斷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的過(guò)程[6。在制作簡(jiǎn)易桿秤的真實(shí)情境中，根據(jù)桿秤制作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)提煉11個(gè)有價(jià)值、真實(shí)、關(guān)聯(lián)、可行的問(wèn)題鏈，引導(dǎo)學(xué)生實(shí)施項(xiàng)目、促進(jìn)思維的發(fā)展。“問(wèn)題”與“實(shí)踐\"關(guān)聯(lián)表如表2所示。

表1制作簡(jiǎn)易桿秤與核心素養(yǎng)的關(guān)聯(lián)表

表2“問(wèn)題\"與“實(shí)踐\"關(guān)聯(lián)表

2.3 依據(jù)實(shí)踐活動(dòng)，落實(shí)“任務(wù)”達(dá)“表現(xiàn)”

“表達(dá)表現(xiàn)\"指向跨學(xué)科學(xué)習(xí)的輸出[6。在制作簡(jiǎn)易桿秤實(shí)踐活動(dòng)中學(xué)生參與觀察、設(shè)計(jì)、選材、組裝、標(biāo)記、校準(zhǔn)、稱量、比較、改進(jìn)等多個(gè)活動(dòng)，通過(guò)分工、合作，經(jīng)歷小組討論、展示交流的過(guò)程，綜合運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)解決桿秤的制作問(wèn)題，從多個(gè)角度深入認(rèn)識(shí)桿秤的價(jià)值表現(xiàn)，促進(jìn)深度學(xué)習(xí)。

任務(wù)一：觀察桿秤

觀察桿秤的稱量過(guò)程，說(shuō)一說(shuō)：1.桿秤由哪幾部分構(gòu)成（圖2）;2.桿秤的工作原理;3.提紐、秤盤和秤坨的位置。

圖2桿秤結(jié)構(gòu)圖

任務(wù)二：設(shè)計(jì)并組裝桿秤

提供器材：硬桿、托盤、重物、繩子、石塊、刻度尺、鉛筆、圓規(guī)。

《墨子·經(jīng)下》中記載了“衡而必正，說(shuō)在得”；“衡，加重于其一旁，必捶，權(quán)重不相若也，相衡，則本短標(biāo)長(zhǎng)，兩加焉，重相若，則標(biāo)必下，標(biāo)得權(quán)也”。這些論述表明墨子已經(jīng)對(duì)杠桿的平衡原理有了深刻認(rèn)識(shí)和理解。討論上述內(nèi)容后，學(xué)生設(shè)計(jì)桿秤，再根據(jù)設(shè)計(jì)的圖紙（圖3）選擇器材，進(jìn)行組裝，進(jìn)行展示。

硬桿——秤桿—衡（杠桿）

石塊———秤礎(chǔ)——權(quán)（動(dòng)力）托盤——秤盤——重（阻力）細(xì)繩——提紐——支點(diǎn)

圖3桿秤的設(shè)計(jì)圖

任務(wù)三：標(biāo)刻度線

在標(biāo)刻度線前，學(xué)生思考以下幾個(gè)問(wèn)題：裝好的桿秤現(xiàn)在能稱量嗎？不能，因?yàn)闆](méi)有刻度（準(zhǔn)星）。標(biāo)記刻度的關(guān)鍵是什么？確定量程（零刻度和最大刻度）和分度值（每一小格）。這么多稱星（刻度）標(biāo)記，先標(biāo)記哪一顆呢？討論后回答。

（1）確定零刻度—尋找定盤星

學(xué)生思考、交流后進(jìn)行調(diào)試，通過(guò)調(diào)節(jié)秤鉈的位置，使杠桿第一次達(dá)到平衡，找到第一個(gè)準(zhǔn)星，也就是零刻度，并做好標(biāo)記，如圖4所示。

圖4桿秤的零刻度示意圖

（2）確定其他稱星——尋找其他稱星在托盤中依次放 50g，100g 鉤碼，移動(dòng)秤鉈使杠桿再次平衡，確定刻度。

優(yōu)點(diǎn)：每一個(gè)稱量值都可以直接標(biāo)記，如圖5所示。

圖5桿秤其他稱量（50g）示意圖

（3）確定分度值—尋找更多的稱星

回顧溫度計(jì)刻度線的標(biāo)記方式，將 0～100^°C 的刻度線進(jìn)行等分。引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)推理，物重與秤坨離零刻度線的距離成正比。所以，才可以采用等分的辦法進(jìn)行標(biāo)記。利用刻度尺測(cè)量零刻度和相鄰刻度的距離，再進(jìn)行等分，可以利用工具——圓規(guī)依次進(jìn)行標(biāo)記。

任務(wù)四：桿秤的質(zhì)檢

桿秤的制作基本完成，能否真正具備稱量功能呢？我們還要進(jìn)行“出廠\"檢驗(yàn)——質(zhì)檢。

各小組派出一名質(zhì)檢員，對(duì)其他小組的桿秤進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)。

程序一：檢驗(yàn)零刻度；

程序二：檢驗(yàn)任意刻度。

以 50g 的鉤碼為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢驗(yàn)。同時(shí)指出存在的問(wèn)題，反饋給該小組，該制作小組結(jié)合反饋進(jìn)行改進(jìn)。

2.4 依據(jù)項(xiàng)目表現(xiàn)，建構(gòu)“知識(shí)\"培“素養(yǎng)”

跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)是綜合多學(xué)科知識(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)，為確保學(xué)習(xí)的持續(xù)有效，通常都以項(xiàng)目研究的形式進(jìn)行[7。制作簡(jiǎn)易桿秤實(shí)踐活動(dòng)依據(jù)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)理論，分為項(xiàng)目提出、項(xiàng)目分析、項(xiàng)目實(shí)施、展示交流四部分。并在項(xiàng)目開展的過(guò)程中將實(shí)踐活動(dòng)分解成四個(gè)核心任務(wù)，讓學(xué)生通過(guò)落實(shí)具體的任務(wù)完成桿秤的制作，根據(jù)制作過(guò)程的表現(xiàn)對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，促進(jìn)學(xué)生對(duì)項(xiàng)目的開展進(jìn)行反思，對(duì)理論知識(shí)和學(xué)習(xí)方法進(jìn)行深入建構(gòu)，深入把握杠桿原理的內(nèi)在本質(zhì)，桿秤工作的普遍規(guī)律，桿秤傳承的文化內(nèi)涵。

一是彰顯知識(shí)的內(nèi)涵、知識(shí)之間的關(guān)聯(lián)、知識(shí)的功能價(jià)值。從實(shí)驗(yàn)室測(cè)量工具—學(xué)生天平，轉(zhuǎn)變到日常生活測(cè)量工具一桿秤，從等臂杠桿過(guò)渡到非等臂杠桿，表面上是測(cè)量工具的迭代，實(shí)質(zhì)是思維方式的升級(jí)，知識(shí)的關(guān)聯(lián)性凸顯，學(xué)生需要利用分析多個(gè)力的杠桿平衡進(jìn)行科學(xué)推理，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)桿秤的工作原理。可以充分發(fā)掘課題背后的價(jià)值，發(fā)揮全課程育人的價(jià)值。二是強(qiáng)化認(rèn)識(shí)和改造世界的方法體系。從學(xué)生天平，深入到桿秤，表面上是測(cè)量工具的迭代，實(shí)質(zhì)是認(rèn)識(shí)世界方式的改變。天平工作是等效替代的思想，因此在稱量范圍上具有一定的局限性。而桿秤工作是轉(zhuǎn)換的思想，將物體的質(zhì)量轉(zhuǎn)換成秤坨移動(dòng)的距離，彌補(bǔ)了天平的不足。桿秤的制作旨在發(fā)展學(xué)生跨學(xué)科運(yùn)用知識(shí)的能力、分析和解決問(wèn)題的綜合能力、動(dòng)手操作的實(shí)踐能力，培養(yǎng)學(xué)生積極認(rèn)真的學(xué)習(xí)態(tài)度和樂(lè)于實(shí)踐、敢于創(chuàng)新的精神。

3結(jié)語(yǔ)

跨學(xué)科實(shí)踐學(xué)習(xí)不僅是各學(xué)科之間的交叉，更是知識(shí)與日常生活、科學(xué)與人文之間的深度融通。通過(guò)制作簡(jiǎn)易桿秤的跨學(xué)科實(shí)踐學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠在活動(dòng)中領(lǐng)悟?qū)W科關(guān)聯(lián)，系統(tǒng)建構(gòu)知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系；感悟?qū)W科價(jià)值，高度發(fā)展綜合運(yùn)用以及解決實(shí)際問(wèn)題的能力；覺(jué)悟?qū)W科內(nèi)涵，深人吸收學(xué)科內(nèi)容的文化滋養(yǎng)。因此，指向核心素養(yǎng)培養(yǎng)的跨學(xué)科實(shí)踐學(xué)習(xí)具有重要的教育教學(xué)意義，值得進(jìn)一步探討和推廣。

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（欄目編輯 李富強(qiáng)）