培育核心素養的物理跨學科實踐活動優化策略

【摘 要】物理跨學科實踐活動應聚焦學科育人和核心素養培育。跨學科實踐可以先初步設計活動方案，然后再不斷優化、提升，使其能更好地促進學生學科核心素養的發展。物理跨學科實踐活動的優化策略有挖掘跨學科實踐活動的核心素養目標，模擬真實問題解決的活動過程，設計與核心素養目標一致的評價方案。

【關鍵詞】跨學科實踐；物理；活動優化；核心素養；學科育人

《義務教育物理課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”）在課程內容中新增一級主題“跨學科實踐”，怎樣開展好跨學科實踐教學，培育學生的核心素養，成為落實新課標的一個重要問題。新課標實施以來，教師們設計出大量的跨學科實踐活動，然而相當一部分活動還不能很好地落實核心素養。那么，怎樣對初步、尚不成熟的跨學科實踐活動加以改進優化，使其能夠較好地落實新課標的要求呢？本文對此進行探討。

一、跨學科實踐活動的育人功能

新課標指出，跨學科實踐是落實物理課程育人要求的重要載體，物理教學應發揮不同教學方式獨特的育人功能［1］42-43。那么，跨學科實踐有哪些獨特的育人功能呢？

跨學科實踐活動有利于建立物理學習與真實生活的聯系。教育要培養面向未來的人才，學生步入社會時面臨的生活實踐中的真實問題是不分學科的，且解決問題時往往需要從不同角度、運用綜合思維來分析處理。在物理教學中，如果學生沒有跨學科實踐的經歷，只解決經過學科“過濾”后的習題，只是單純地從學科角度考慮真實問題的一個側面，或僅用單一學科知識和邏輯考慮問題，就會導致物理學習逐漸脫離真實問題解決的過程，不能有效發展學生進入社會所必須的問題解決能力。為此，《義務教育課程方案（2022年版）》明確要求，加強知識學習與學生經驗、現實生活、社會實踐之間的聯系，注重真實情境的創設，增強學生認識真實世界、解決真實問題的能力［2］。在物理課程中，跨學科實踐具有跨學科性和實踐性特點，與日常生活、工程實踐及社會熱點問題密切相關，能讓學生經歷類似真實問題解決的過程，從而加強物理的學科育人功能。

跨學科實踐活動有利于培育學生的核心素養。分科教學有利于學生快速建構學科知識，形成較完整的知識體系。但在分科教學中，學生解決的常常是模型化的、結構良好的、紙面上的問題，這些問題提供了解題的各種條件，過濾了無關信息，一般情況下有單一的解題思路和標準答案。這樣單純的解題會讓學生難以經歷觀察生活并從中提出問題的過程，從真實問題中抽象建構物理模型的過程，多角度分析解決問題的過程，以及從不同視角反思評估問題解決方案的過程。不難發現，跨學科實踐活動可以為學生提供機會經歷上述過程。跨學科實踐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［1］34，可以與分科教學形成互補，發揮培育學生核心素養的獨特育人價值。

二、物理跨學科實踐活動的迭代優化

在現實教學中，跨學科實踐活動的設計常常難以做到一步到位，教師可以先提出初步的活動方案，然后在初步方案的基礎上不斷改進、提升。

以“估測引體向上的拉升功率”為例，這原本是初中物理一道常見的紙筆練習題，教師將其轉化為學生的跨學科實踐活動，初步方案設計如下：

教師引導學生分組用體重秤測出質量m，用刻度尺測出拉升距離h（估測為手臂長度），用電子秒表測出連續做5個引體向上的拉升過程的時間t，然后利用P=5mgh/t估算功率。該活動指向新課標對跨學科實踐要求中的“物理學與日常生活”，涉及物理、體育、生物等學科，核心素養目標為物理觀念中的運動和相互作用觀、能量觀，科學思維中的模型建構，科學探究中的證據等。

該初步方案雖然略顯粗糙，但比起原來的紙筆練習題已經體現出很大進步。從改進優化的思路設計并完善物理跨學科實踐活動，教師們就會發現，跨學科實踐活動開展起來并不難，相關資源也很多，可以先初步提出活動方案，然后再不斷打磨、改進、提升，使其能越來越好地促進學生核心素養的發展。

三、物理跨學科實踐活動的優化策略

教師可以針對初步方案，先進一步挖掘核心素養目標，引導學生經歷類似真實問題解決的過程，然后設計評價方案促進核心素養目標落實，不斷完善教、學、評一致的活動方案。下面仍以“估測引體向上的拉升功率”為例，分析物理跨學科實踐活動的優化策略。

（一）挖掘核心素養目標

明確跨學科實踐活動的核心素養目標，對發揮其獨特的育人功能至關重要。跨學科實踐活動中涉及的知識、技能較容易列出，難點在于核心素養目標的設計與挖掘。教師可以在初步方案的基礎上，進一步分析情境中蘊含的思維過程、探究過程、問題解決過程等，深度挖掘跨學科實踐活動蘊含的核心素養，并將其準確、具體地轉化為學生在活動中要發展的核心素養目標。

“估測引體向上的拉升功率”初步方案中，將運動和相互作用觀、能量觀、模型建構、證據等核心素養作為目標，但目標還比較籠統、不夠具體。模糊的素養目標可能導致核心素養的培育停留在口號上，無法落實為學生的實際獲得。

以模型建構為例，用P=5mgh/t估算功率是理想模型，但初步方案僅讓學生按教師建構好的模型做簡單測量和計算，并沒有讓學生經歷從真實引體向上拉升過程到理想物理模型的建構過程。學生會使用理想模型進行計算，就等于發展了模型建構思維嗎？模型建構思維有哪些特征？為準確理解模型建構思維，教師查閱文獻后發現，模型是對客觀事物、現象、過程或系統的簡約化、抽象化表征；在研究真實問題時，常常通過抓住主要因素、忽略次要因素來建構理想模型；模型有其適用條件。［3］在學習模型的本質內涵的基礎上，教師深入分析“估測引體向上的拉升功率”活動，發現用P=5mgh/t估算功率時，假設拉力等于人受到的重力，忽略了拉升速度變化時拉力和重力不相等。只有近似勻速直線運動時才能假設拉力等于重力［4］，因此用P=5mgh/t估測功率的方案適用于靜力式引體向上，不適用于擺動式引體向上。基于上述分析，結合新課標要求，進一步將模型建構思維的目標具體化為“能用學過的物理模型研究生活中的問題，并分析模型適用的條件”。

再以能量觀為例。“功率”在新課標中屬于“能量”一級主題下的內容，但初步方案僅涉及功率的知識點，似乎還沒有上升到能量觀。怎樣從估測功率走向更上位的能量觀呢？為拓展思路，教師進一步挖掘“估測人運動功率”的真實意義：現實生活中有人測量人運動的功率嗎？為什么要測量？教師查閱文獻得知，體育學科中有測量“無氧功率”并用其反映人體無氧運動能力的研究（運動中人體肌肉的無氧代謝供能系統提供ATP的極限能力，表示肌肉在磷酸原和糖酵解供能條件下的做功能力［5］），而引體向上是一種無氧運動。基于上述信息，進一步將能量觀目標具體化為“能基于能量觀，從物理學視角對體育、生物等相關學科問題開展初步探究”。

案例中，為提升活動育人價值，教師在初步方案基礎上繼續深入挖掘“估測引體向上的拉升功率”蘊含的核心素養培育價值。挖掘核心素養目標的路徑有兩點：（1）深入探討并理解初步方案提出的核心素養目標的內涵，并反思初步方案能在多大程度上落實這些核心素養目標。為此，教師需加強對物理核心素養、中國學生發展核心素養的理解與學習。（2）尋找初步方案中的活動所對應的真實生活中的原型，如真實生活中有哪些專業的人從事類似的事？真實生活中的原型與初步方案的活動過程有哪些不同？真實原型對核心素養有哪些更深層次的要求？

（二）模擬真實問題解決的活動過程

想要培養學生認識真實世界和解決真實問題的能力，就要創造機會讓學生經歷真實問題解決的過程。為此，跨學科實踐活動設計應盡量做到以下幾點：（1）創設具有真實性、開放性的情境。驅動學生活動的問題或任務應來源于真實生活，具有實際意義。問題或任務的目標要明確，解決問題所需的條件要適當開放，留出學生自主搜集、獲取問題解決條件的空間；問題解決的方法和路徑要適當開放，允許不同學生自主采用不同方法、路徑來解決問題；問題的答案要適當開放，在不違背科學規律的前提下，不同學生可以從不同學科視角、不同途徑獲取證據，得出不完全相同的結論，并交流討論。（2）引導學生經歷類似真實科學家探究、工程師實踐等的活動過程，發展學生的相關核心素養。（3）在活動過程中盡可能創造機會讓學生運用分析、評估、創造等高階思維。

“估測引體向上的拉升功率”初步方案僅讓學生測體重、距離和時間，然后按公式進行計算，學生利用已經建構好的理想模型來解決結構良好的封閉式問題，除了應用物理知識和基本測量技能，幾乎沒有運用高階思維的空間，這與真實問題解決的過程明顯不同。

教師在查閱相關文獻，對比真實體育研究者研究“無氧功率”的過程后，改進活動過程：（1）賦予活動真實意義。教師提出驅動問題“機器功率能反映機器性能，人做功的功率能反映身體素質水平嗎？怎樣通過引體向上估測人的無氧運動功率？”，要求小組推選身體素質較好的學生，以最快速度完成5個引體向上。相比初步方案中做引體向上可快可慢，測出的功率沒有實際意義，改進后測量的功率能反映無氧運動能力，學生的探究興趣更高。（2）模擬科學家的探究，開展分析、論證、評估等活動，加強活動的開放性。引導學生分析論證能利用P=5mgh/t估測功率的前提條件；讓學生對實際測量和得出結論的過程開展評估，分析估測誤差的產生原因。隨后布置拓展任務：查閱資料，了解體育、生物學科對人體運動無氧功率的研究，并討論利用引體向上測量無氧功率有哪些優缺點。

改進后的活動，學生在真實情境中建構理想模型，進行估測后又回到真實世界分析模型的適用性；參考體育、生物學科的真實研究過程，賦予“估測引體向上的拉升功率”現實意義；布置的拓展任務還能激勵有興趣的學生深入更開放的學習探討。上述活動過程為學生創設了運用模型建構、質疑創新等科學思維以及開展科學探究的空間，創造機會讓學生經歷運用多學科知識解決真實問題的過程。

（三）設計與核心素養目標一致的評價方案

與核心素養目標一致的評價方案，是促進跨學科實踐活動目標得以落實的關鍵。好的評價方案能引導學習過程始終朝向核心素養目標的達成，發揮評價導向和促進學生發展的作用。

設計評價方案可從以下方面入手：（1）將活動的核心素養目標轉化為具備不同水平核心素養的學生在具體活動中能表現出什么樣的行為（即能做出什么樣的事或說出什么樣的話）。目的是讓核心素養從目標轉化為可觀測的外在行為表現，從而便于觀察和評價。那么，應該將核心素養的行為表現分為幾個水平加以描述呢？這可以視具體情況而定，如果活動較簡單，可以分為2個水平：水平1參考初中物理學業質量標準要求水平；水平2略高，目的是引導優秀學生挑戰更高的核心素養目標。如果活動較復雜，可以分為3個水平：水平2參考初中物理學業質量標準要求水平；水平1略低，目的是肯定學生取得的階段性進步；水平3略高。（2）設計評價方法。可以結合活動過程或學生提交的成果，觀察學生的核心素養表現。例如，通過觀察學生的小組探究、交流展示過程、回答問題過程或者學生提交的任務單、實驗報告等，對學生的核心素養表現進行評價。開展評價時，不僅要關注最終學習成果，更要關注學習過程，尤其是過程中科學思維、科學探究等的運用。（3）確定評價主體，可以是教師評、學生互評或自評。

“估測引體向上的拉升功率”要求學生提交任務單并進行小組交流展示，展示時要說明測量方案設計及理由、測量過程、測量數據及結論、反思評估等。對任務單和交流展示的評價表見表1（僅以科學思維中的模型建構的評價為例），主要用于學生自評和教師評價。

值得注意的是，跨學科實踐活動中的評價，主要目的不在于區分學生的不同水平，而是將重點放在發揮評價的引導、激勵和反饋功能。表1對教師而言，可以依據行為表現觀察判斷學生是否達到預期的基本教學目標；對學生而言，主要目的不是區分他們到底處于水平1或水平2，而是讓學生知道教師希望他們在活動中能達到水平1，激勵有興趣、有能力的學生挑戰水平2。

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）［M］.北京：北京師范大學出版社，2022.

［2］中華人民共和國教育部.義務教育課程方案（2022年版）［M］.北京：北京師范大學出版社，2022：14.

［3］范佳午.物理核心素養落地課堂的校本教研探索［J］.物理教學探討，2022（4）：1-3，13.

［4］那樹森，劉靜民.擺動和靜止引體向上技術的力學分析［J］.體育科研，1997（3）：11-14，17.

［5］文心靈，霍志瑜，蘭慧杰.無氧功率測試方法對比［J］.體育世界（學術版），2016（12）：180，182.

（責任編輯：潘安）