初中物理跨學科實踐方案設計策略

陳海濤

（蘇州市吳江區蘇州灣外國語學校，江蘇 蘇州 215021）

義務教育《物理課程標準》（2022年版）在“課程內容”板塊首次把“跨學科實踐”和“物質”“能量”等內容并列、平行對待，作為“課程內容”板塊的5大內容之一；首次突出了“跨學科實踐”的重要性.如何設計初中物理跨學科實踐方案？這對大多數初中物理教師而言，都是新事物、新挑戰.下面，筆者把這方面的探索與實踐與大家共享.

1 厘清設計背景，合理選題

要設計優質的跨學科實踐方案，教師就要知其所以然，熟悉跨學科實踐活動的產生背景.在目前的義務教育實踐中，“學生的社會責任感、創新精神和實踐能力較為薄弱”，［1］義務教育《物理課程標準》（2022年版）把跨學科實踐活動的功能定位在“旨在發展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，培養學生積極認真的學習態度和樂于實踐、敢于創新的精神”.［2］如果這一目標能夠達成，將對學生的創新和實踐等能力發展有較大的改觀，我們培養的學生也不再是善于做題的機器，而是善于探究、能在實踐中解決具體問題、能適應未來生活挑戰的、具有社會責任感的時代青年.

教師在進行跨學科實踐選題時，應該明確跨學科實踐的教育目標，牢牢把握“綜合、實踐、創新、態度、責任”這些關鍵詞，讓自己設計的方案不至于隔靴搔癢或是無的放矢，選題才能合理.新課標中提供了“情境素材建議”，建議教師可以從日常生活、工程實踐和社會發展中選擇適切的課題.

另外，需要指出的是，初中物理跨學科實踐并不是全新的內容，不僅國外基礎教育中有不少案例可以借鑒，而且我國之前的部分義務教育教材中也有涉及.比如在蘇科版初中物理教材中，物理學科綜合實踐活動就聯系緊密，該綜合實踐活動具有以下特點：“① 以物理知識和科學方法為基礎；② 實現物理學科內的綜合和跨學科的綜合，與生活、技術、社會相聯系；③ 需要有相對全面的實踐過程（如有較為完整的課題探究或技術設計過程）；④ 必修與選修的結合（所有學生都必須參與綜合實踐活動學習，但課題的數量和內容由各組學生自己選擇）；⑤ 課內與課外結合，主要任務在課外通過小組合作完成.”［3］這和2022年新課標中跨學科實踐活動的育人目標一致，實施路徑也大同小異.所以，之前的物理學科綜合實踐活動研究成果仍然可以作為重要參考，在選題時完全可以參考之前的研究，比如蘇科版初中物理教材中的“制作一個醫用冷藏盒”“設計病房呼叫電路”等綜合實踐課題，仍然是不錯的跨學科實踐課題.

2 借助思維導圖，初設框架

在選好跨學科實踐的題目后，可借助思維導圖，設計整個方案的實施框架.這樣既容易打開思路，又比較直觀.例如“溫度”跨學科方案可做如下設計.

如圖1所示，首先要明確活動目的，初步確定整個方案的學習目標包括以下幾個方面.［4］① 物理觀念：通過調查溫度對人類生產、生活的影響，拓展學習和溫度相關的知識，加深對溫度的認識；② 科學思維：通過一系列的實踐活動，培養學生運用知識分析和解決問題的綜合能力、建模能力、創新能力等；③ 科學探究：通過調查溫度變化對人類或大自然的影響，通過動手制作測溫裝置或其他探究活動，讓學生經歷比較完整的探究挑戰，培養學生從提問到評估、交流等深度探究能力；④ 科學態度與責任：通過探究溫度與環境的關系，激勵學生關注全人類發展，培養學生樹立可持續發展的觀念.需要說明的是，學習目標的制定不是憑空產生的，是基于教師已有的經驗初步確定的，有時候為了制訂更合理的學習目標，教師要先大概篩選方案中可選用的內容后，再依托內容制定學習目標.學習目標也可以根據方案設計的逐漸深入而適當調整.

圖1 “溫度”思維導圖

初步確定學習目標后，教師就可以穿越古今、橫貫中外，結合學生實際，借助思維導圖合理“織網”，初步確定方案具體內容.面對初中生，教師可以為學生做一些“知識準備”，讓學生了解或檢索一些課本以外知識（有的就是跨學科知識或高年級知識），可以節省學生不少時間.再者，方案內容的選擇要鎖定學生的興趣，尊重學生的個性，最好能圍繞學生身邊熱點選取，且有利于學生正確觀念的形成.為此，“溫度”方案選擇了“溫度與健康”“溫度與環境”“制冷與制熱”“恒溫小屋”4大板塊，如圖1所示，涵蓋了“日常生活、工程實踐和社會發展”3大方面的內容，為不同的學生提供了不同的選擇.這樣可以使方案實施的“彈性”較好.同一班級的學生可根據興趣分成不同小組有選擇性地完成，最后學生在匯報時可以組間相互分享、彼此促進，匯報過程將很精彩.如果整個年級同時進行“溫度”的跨學科實踐，那么可以協調行動，讓整個年級的學生同時分享、交流，那么效果會更好、效應會更大.在方案設計的過程中，不同“板塊”之間還可以交叉設計，比如把“恒溫小屋”和“溫度與環境”兩個板塊進行組合，學生在進行跨學科實踐時視角又會有所不同，利用思維導圖進行“交叉設計”，很容易創生出新的內容.

3 結合學生基礎，充實內容

在框架的基礎上，可以結合學生的特點和地域特點，有針對性地完善方案中的具體內容.比如在圖1中，“溫度與健康”板塊可以設置如下跨學科實踐內容供學生選擇：人體體溫是怎么調節的；恒溫動物、變溫動物和異溫動物的區別；動物體內的“能量工廠”——線粒體是怎么工作的；調查溫度計的發展史；制作溫度計；嘗試構建寒冷環境和炎熱環境下人體體溫調節的模型；模擬搶救高溫中暑患者；模擬搶救體溫過低患者……教師在指導學生選擇時，既要考慮因地制宜，即考慮方案實施的可行性；又要考慮因材施教，即考慮學生的基礎，讓學生有能力充分實施方案.就拿溫度計制作來說：基礎弱的學校可以指導學生制作簡易的溫度計，用小藥瓶、吸管和紅墨水就可以做到；而條件好的學校可以指導學生制作一個電子溫度計，如圖2所示，要用到單片機、溫度傳感器、段碼液晶片、紐扣電池、微動開關等.再拿寒冷地方的學生來說，可以優先考慮嘗試構建寒冷環境下人體體溫調節的模型，或優先模擬搶救體溫過低患者.

圖2 電子溫度計選材

對于圖1中另外幾個板塊，教師可以提供如下內容讓學生選擇——“溫度與環境”：查詢本地有記錄以來的溫度記錄，用電腦繪制圖像，嘗試從其中找出規律；溫室效應加劇對全球動植物生存有沒有不良影響？溫室效應加劇對本地環境帶來什么變化（如蘇州、無錫地區的太湖藍藻問題）？溫度升高對本地電力供應帶來什么挑戰？溫度升高是否帶來本地的水域污染？溫度變化對本地種植或養殖有何影響？“制冷與制熱”：查閱古人在夏天是怎樣制冷的；學習做一把精致的小折扇（有條件的學校可以嘗試用激光雕刻機制作雕花扇骨，或是3D打印制作扇骨；條件一般的學校則可以純手工制作）；調查電風扇的發展史；自制微型電風扇；設計一臺新功能電扇；調查空調使用的利和弊；調查國產品牌與國外品牌空調、冰箱的銷售情況，看看有什么規律？用礦泉水瓶、泡沫塑料箱自制簡易“制冷空調”；用鐵粉、活性炭、水、NaCl、蛭石粉等材料自制暖寶寶；嘗試用兩種以上的方法“鉆木取火”；走訪商場，看看銷售的電取暖器是利用什么原理工作的？有什么新功能？“恒溫小屋”：調查現代的恒溫住宅為什么能恒溫？恒溫住宅有哪些優缺點？恒溫住宅對人體健康有哪些影響？恒溫住宅的環保情況如何？制作一個恒溫小屋模型……

總之，在確定跨學科實踐活動內容時要考慮可行性，新課標中也給出了要“科學引導、循序漸進實施跨學科實踐”的教學策略建議.教師要結合校情、學情、經濟能力、安全性等多方面因素綜合制訂方案內容，形式盡量豐富點，調查類、制作類、探究類、社會實踐類最好都能有一些；難度也要適中，讓學生在活動中有挑戰、有所成就；學生如果能提出合適的研究問題，也可以讓學生自行選擇.大家還要辯證地看待“跨學科”這一要求，方案能跨學科自然不是壞事，但是當條件還不太具備時，先在物理學科范疇內扎實地做一些實踐活動也是進步.另外，在充實方案內容時，根據實踐內容的選擇可重新修訂學生的學習目標和方案的框架，使得圖1中呈現的內容更加合理.

4 注重實施過程，評價引導

實施是方案落實的重要環節，也是檢驗方案是否可行的環節.跨學科實踐活動因為要涉及不同的學科知識，其復雜性更大，在具體實施時更要注重一些基本策略，否則擬定再好的方案計劃也是空中樓閣.下面以“橡皮筋測力計的制作”為例，探討在推進學生跨學科實踐活動時應該如何應對.

“橡皮筋測力計的制作”是蘇科版8下物理課本中的內容，屬于學生課后的小制作，編者的意圖是要增加學生動手實踐的機會，培養學生綜合能力.筆者在教學時曾要求學生參考課本中要求，利用周末時間自制一個橡皮筋測力計，沒有做多少指導.結果學生提交上來的橡皮筋測力計是“五花八門”“千差萬別”，如圖3所示.有的制作明顯是錯誤的.

圖3 初級版橡皮筋測力計

比如“刻度均勻”等；有的制作過于粗制濫造，應付了事.筆者進行了深刻的反思，發覺是對學生的指導策略不對造成的，于是立刻進行了調整.先利用課上時間進行動員，讓學生明白為什么要參加實踐活動，同時還公布了評價標準、實施指導和激勵措施——① 制作的測力計要求兼顧“科學性、實用性（量程盡量大、測量盡量靈敏）和美觀性”.② 分組匯報，要求制作PPT，匯報從最初的制作一直到最后的成品過程，匯報各組的思考、反思、努力和創新之處，還要給自制測力計配使用說明書.③ 最終展示實物，評價高的將被授予證書和小獎品（以精神獎勵為主）.另外，筆者還指導學生學習中創新的利器：“創造性實驗反思策略”，包括以下幾點：① 能否借用？即能否借用其他實驗的經驗？有無與過去實驗相似的東西？能否模仿點什么？② 能否改變？即實驗的器材、步驟、測量方法、數據處理等能否作其他改變？③ 能否代用？即能否用其他實驗原理、其他動力、其他場所、其他方法等取而代之？④ 能否組合？即整套實驗器材、實驗方案是否統一協調，能否進行適當地組合？能否和其他實驗進行組合？其他人的實驗主張能否綜合？其他人的新實驗設想能否綜合？⑤ 能否擴大？即實驗中能否增加什么？實驗的器材、步驟、時間、次數、溫度、壓強、質量、聲音、光照、長度、厚度等能否增加？實驗的附加價值能否擴大？⑥ 能否縮小？即實驗中能否減少什么？實驗器材能否再小點、濃縮、微型化、再低些、再輕些？實驗步驟能否再省略些？實驗裝置能否采取內裝？⑦ 能否重新調整？即可否更換部分實驗器材，用其他的型號、種類，用其他設計方案，用其他順序？能否調整速度？能否調整程序？⑧ 能否顛倒過來？即可否變換正負，顛倒方位？思考反向有何作用？⑨ 有無其他用途？即現有實驗還有沒有新的用途？或稍加改進能否擴大它的用途？［5］

在做了這些補救措施后，還增加了“過程匯報”這一重要環節，要求每組組長每周至少匯報一次活動的進展.在聽學生匯報時（實質上是“中期評估”），多鼓勵，適當指導，激勵學生大膽嘗試和創新，把“創造性實驗反思策略”用好，敢于想象，敢于創新，敢于跨學科嘗試.經過幾周的努力，各組學生絞盡腦汁，展示的作品也非常驚人，有的組把3D打印都用起來了，還拓展了測力計的功能，用于測液體密度等，如圖4所示.本產品一共有3個部分皆為圓柱體，其中主體上有一個長條形的凹桶顯示示數.在主體上有4個圓形小凹桶深度為9 mm，直徑26 mm用來放入圓柱形磁鐵.

圖4 用3D打印制作的測力計

學生在活動中充分利用了生活經驗和各種資源，無意中從學科課后小制作演變為跨學科實踐活動，學生的探究能力、組織能力、創新能力和實踐能力都得到了很好的鍛煉.學生在最終匯報時，現場聽取匯報的蘇州大學教授和蘇州市教科院專家給予了高度的評價.

對于“溫度”方案的實施來說，也可借鑒上述經驗，必須做好學生動員，讓學生選擇自己喜歡的項目參加實踐，既可以做日常生活方面的，也可以做工程實踐或社會發展方面的.既可以做調查類的，也可以做探究類的、制作類的或社會實踐類的.教師在指導學生選題階段，一定要同時公布跨學科實踐的評價標準，明確學生努力的方向.標準需要根據不同的實踐活動靈活制定，難度也不要太大，注意循序漸進，讓學生“跳一跳、摘桃子”.比如學生如果選擇“自制暖寶寶”，標準可以圍繞“發熱時間長短、溫度高低控制、暖寶寶的美觀性、安全性、便攜性”展開.教師在學生活動的過程中，還需要做好“跟進指導”，適當地做好“中期評估”，進行必要的中期評價和激勵，推動學生實踐活動深入開展，最后組織好學生進行展示，并給予鼓勵性的評價.特別需要強調的是，如果教師的“跟進指導”和“中期評估”跟不上，大多數學生會應付了事，因為跨學科實踐活動的周期較長、難度較大，學生遇阻容易退卻和放棄，會導致活動開展失敗.還有，開展跨學科實踐活動可以適當突出活動的重點，突出“學生的社會責任感、創新精神和實踐能力”的培養，教師在制定評價標準時可給予一定的傾斜，彌補學生平時發展的一些不足之處.

綜上所述，初中物理跨學科實踐活動方案設計可歸納為圖5所示框圖，大家在設計物理跨學科實踐活動時可以靈活借鑒.

圖5 初中物理跨學科實踐活動方案設計框圖