融合地方文化資源的初中物理跨學(xué)科實踐教學(xué)

［摘 要］《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》在原有課程內(nèi)容的基礎(chǔ)上新增了“跨學(xué)科實踐”一級主題。地方文化資源是跨學(xué)科實踐教學(xué)的理想素材，充分融合地方文化資源對中學(xué)物理跨學(xué)科實踐課程的開發(fā)和設(shè)計具有重要作用。文章分析了融合地方文化資源的跨學(xué)科實踐教學(xué)的理論基礎(chǔ)與優(yōu)越性，并因地制宜，以“千載蘇橋，慧通古今”項目為例闡述融合蘇州橋文化的初中物理跨學(xué)科實踐教學(xué)的環(huán)節(jié)與設(shè)計意圖，體現(xiàn)了地方文化資源與工程教育、物理學(xué)科教學(xué)的有機融合。

［關(guān)鍵詞］跨學(xué)科實踐教學(xué)；地方文化資源；工程教育；初中物理

［中圖分類號］" " G633.7" " " " ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］" " A" " " " ［文章編號］" " 1674-6058（2024）20-0041-04

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》對物理課程的內(nèi)容結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化，增加了“跨學(xué)科實踐”一級主題，這一主題內(nèi)容與日常生活、工程實踐及社會熱點問題密切相關(guān)，頗具跨學(xué)科性、實踐性特點[1]。物理跨學(xué)科實踐課程的開發(fā)要求教師在教學(xué)中充分挖掘物理教材與日常生活中的科學(xué)問題相結(jié)合的素材，選擇恰當(dāng)?shù)闹黝}進行項目編制。依托10%的跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)，撬動90%的物理課堂學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生的物理學(xué)習(xí)興趣[2]。

地方文化資源與學(xué)生的日常生活息息相關(guān)，同時也是無數(shù)古代勞動人民在數(shù)千年的生產(chǎn)生活實踐中凝結(jié)的智慧結(jié)晶，蘊含著對物理現(xiàn)象、物理原理的思考。因此，地方文化資源是物理跨學(xué)科實踐教學(xué)的理想素材，充分融合地方文化資源對物理跨學(xué)科實踐課程的開發(fā)和設(shè)計具有溝通文理、傳承文化、培養(yǎng)文化認(rèn)同感等重要作用。

一、融合地方文化資源的跨學(xué)科實踐教學(xué)的理論基礎(chǔ)與優(yōu)越性

跨學(xué)科實踐的教育思想可以追溯到19世紀(jì)赫爾巴特的綜合課程理論，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展跨學(xué)科實踐不斷被賦予新的內(nèi)涵，逐漸形成了諸多教育理念。其中，STEM教育理念影響最為廣泛。而新課標(biāo)提出的“跨學(xué)科實踐”是STEM教育理念中國化的又一重大突破，它通過將物理學(xué)與工程相聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生的知識遷移運用能力和樂于實踐、勇于創(chuàng)新的精神[3]。

近年來，我國高度重視的中華傳統(tǒng)文化教育與跨學(xué)科實踐的教育思想相得益彰。地方特色文化作為中華傳統(tǒng)文化的重要組成部分，是跨學(xué)科實踐學(xué)習(xí)的理想素材，因為它能夠提供豐富的工程實踐場所和創(chuàng)設(shè)生動的生活場景，并以學(xué)生熟悉的地方文化作為切入點，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有助于學(xué)生深刻理解物理概念及規(guī)律。地方文化資源蘊含大量的物理現(xiàn)象與知識，將其融入物理教學(xué)能促進文理之間的溝通和交流，有助于學(xué)生體會古代勞動人民的智慧和工匠精神[4]。通過了解和學(xué)習(xí)地方文化，學(xué)生能夠更好地認(rèn)識自己所處的環(huán)境和社會，增強自己的文化認(rèn)同感和歸屬感，進而拓寬視野、提高綜合素質(zhì)，為未來的發(fā)展打下堅實的基礎(chǔ)[5]。

二、融合地方文化資源的跨學(xué)科實踐教學(xué)——以“千載蘇橋，慧通古今”項目為例

蘇州自古以來便以其婉約的水鄉(xiāng)文化和精湛的園林建筑聞名于世，具有豐富的歷史底蘊和深厚的文化積淀。蘇州水系豐富、橋梁眾多，其中最為著名的古橋有烏鵲橋、楓橋、寶帶橋、覓渡橋。蘇州橋文化歷史悠久，最早可追溯至春秋時期。隋唐時期，隨著大運河的開通，蘇州成為東南沿海的水路交通要沖和文化中心，著名的《楓橋夜泊》《正月三日閑行》等詩文就誕生于這一時期，蘇州橋文化逐漸繁盛。明清時期，蘇州古城發(fā)展達(dá)到鼎盛，橋梁不再僅僅是交通工具，更是經(jīng)濟發(fā)展的承載者和燦爛文化的見證者，精致的橋梁與雅致的園林相映生輝，共同構(gòu)成盛世姑蘇的繁華圖卷。新中國成立以來，先進材料和工藝被用于古橋的修復(fù)，同時，眾多現(xiàn)代橋梁工程不斷涌現(xiàn)，其中最具代表性的是蘇通長江公路大橋，在當(dāng)時創(chuàng)造了多項世界橋梁建設(shè)的紀(jì)錄。

蘇州橋文化是跨學(xué)科實踐教學(xué)的理想素材，而橋梁本身就涉及諸多物理原理，在物理教學(xué)中融入蘇州橋文化有利于學(xué)生深入理解和綜合運用所學(xué)的力學(xué)知識。同時，蘇州橋所承載的文學(xué)、藝術(shù)與歷史知識對于促進學(xué)生全面發(fā)展、培養(yǎng)學(xué)生文化認(rèn)同感也具有重要意義。本文以“千載蘇橋，慧通古今”項目為例探討融合地方文化資源的初中物理跨學(xué)科實踐教學(xué)策略。

（一）創(chuàng)設(shè)情境，選定項目

首先，教師為學(xué)生展示地楓橋、寶帶橋等蘇州當(dāng)?shù)鼐哂袣v史文化韻味的古橋的風(fēng)光以及太湖大橋、蘇通長江公路大橋等具有現(xiàn)代科技魅力的宏偉工程，使學(xué)生體會不同時代蘇州橋梁的巧妙設(shè)計和不同魅力。其次，教師引導(dǎo)學(xué)生思考古今橋梁設(shè)計是如何演變的，其背后又蘊含著哪些相同的物理知識。最后，教師創(chuàng)設(shè)問題情境：蘇州市政府?dāng)M建一座新的橋梁來連接新舊城區(qū)，如果你是一名未來的橋梁設(shè)計師，該如何運用物理知識設(shè)計一座既承載蘇州本地特色文化又兼具現(xiàn)代實用性的橋梁呢？同時，組建工程師小組、布置課后學(xué)習(xí)任務(wù)，讓學(xué)生實地調(diào)查蘇州的著名橋梁及其背后所蘊含的文學(xué)歷史知識。

設(shè)計意圖：通過展示蘇州古今橋梁之美，使學(xué)生初步感知物理與生活的緊密聯(lián)系，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。通過創(chuàng)設(shè)“未來橋梁設(shè)計師設(shè)計橋梁”這一問題情境，賦予學(xué)生責(zé)任，引導(dǎo)學(xué)生產(chǎn)生進一步學(xué)習(xí)物理知識、進行工程實踐的動機。

（二）設(shè)置任務(wù)，全面探究

教學(xué)活動1：教師組織學(xué)生參觀考察蘇州當(dāng)?shù)鼐哂写硇缘墓沤駱蛄海ьI(lǐng)學(xué)生通過檔案館查閱、網(wǎng)上調(diào)查等方式了解蘇州古今橋梁的相關(guān)信息。活動前，教師可以向?qū)W生分發(fā)精心設(shè)計的驅(qū)動任務(wù)清單（見表1），并在活動過程中輔助學(xué)生完成清單上的任務(wù)。驅(qū)動任務(wù)的設(shè)計參考了CDIO工程教育模式，即以構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)、運作四個環(huán)節(jié)為核心，以產(chǎn)品從研發(fā)到應(yīng)用的整個周期為載體，旨在實現(xiàn)學(xué)生“做中學(xué)”。

設(shè)計意圖：結(jié)合CDIO工程教育模式，帶領(lǐng)學(xué)生對各個橋梁進行詳盡的調(diào)研，逐步完成任務(wù)，讓學(xué)生體會橋梁設(shè)計的整個周期，深刻感受物理學(xué)與工程實踐的聯(lián)系，為后續(xù)的教學(xué)與模型制作積累素材。

教學(xué)活動2：根據(jù)實地調(diào)查中的文字和拍照記錄，教師引導(dǎo)學(xué)生從中抽象出橋梁的物理模型，將橋梁的物理模型按照結(jié)構(gòu)分為四大類：梁橋、墩橋、拱橋以及斜拉橋，按照橋梁結(jié)構(gòu)由簡到繁的順序與學(xué)生一同分析橋面的受力特點，分析各種橋梁的優(yōu)缺點和可行的改進方案。通過將蘇州橋文化融入物理課堂，利用學(xué)生熟悉的橋梁進行原型啟發(fā)，可以更好地幫助學(xué)生理解橋梁設(shè)計的發(fā)展歷程，讓學(xué)生在探究學(xué)習(xí)的過程中逐步掌握工程思維。

1.梁橋模型講解

梁橋是以一根兩端固定的梁作為承重結(jié)構(gòu)的橋梁，它是出現(xiàn)時間最早、結(jié)構(gòu)最為簡單、分布最廣的橋梁類型。位于蘇州干將路上的太平橋（如圖1）就是一座典型的梁橋，其建于北宋皇祐五年（1053），王謇《宋平江城坊太平橋考》載：“繆參政國維宅，在府治西北，太平橋南，其子孫世居之。清康熙間，參政孫侍講彤，于宅旁構(gòu)志圃以奉親，中有雙泉草堂、白石亭、紅畫亭、梅洞、蓮子灣諸勝。”在講解梁橋過程中，教師可使用木板與橋梁進行類比（如圖2），當(dāng)木板負(fù)荷由[F]逐漸增大至[F']時，木板出現(xiàn)向下彎曲的彈性形變；若繼續(xù)增大負(fù)荷，將會超過木板的彈性限度，導(dǎo)致木板斷裂，進而分析得出梁橋雖然結(jié)構(gòu)簡單、易于建設(shè)，但存在負(fù)荷小、跨度短的弊端。

2.墩橋模型講解

教師通過提問引導(dǎo)學(xué)生思考古代勞動人民如何解決梁橋承載能力差、跨度短的問題，以及聯(lián)想到此前參觀的蘇州人民橋（如圖3）的結(jié)構(gòu)，進而猜想可以通過在橋梁下方加入橋墩，提供向上的支持力來減小橋梁產(chǎn)生的彈性形變，順勢引出另一種橋梁類型——墩橋。

教師引導(dǎo)學(xué)生對橋墩進行受力分析，運用力的平衡等物理知識計算各個橋墩所受壓力與總載荷的關(guān)系。如圖4所示，由力的平衡條件可知[G=F1+F2+F3+F4]。

3.拱橋模型講解

墩橋也有其自身的缺點，如墩橋的建設(shè)需要堅實的地基支撐，對水文、地質(zhì)要求較高。教師可引導(dǎo)學(xué)生思考古代勞動人民在水流湍急或水底地質(zhì)松散的河段采用何種替代方案來解決簡支梁橋承載能力差、易產(chǎn)生彈性形變的問題，以及引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)想此前所參觀的楓橋（如圖5）。通過物理模型啟發(fā)引入拱橋模型，并對拱橋模型進行受力分析與實驗（如圖6），得出拱結(jié)構(gòu)將部分豎直向下的壓力轉(zhuǎn)化為拱腳向水平方向的側(cè)壓力的結(jié)論。

4.斜拉橋模型講解

在交通日益發(fā)達(dá)的今天，我們有著對更大承重能力、更長橋梁跨度的要求，因此斜拉橋應(yīng)運而生。蘇通長江公路大橋（如圖7）是學(xué)生最為熟悉的斜拉橋，是國家高速沈陽－海口高速公路跨越長江的重要樞紐，其位于蘇州與南通之間，是當(dāng)時我國建橋史上工程規(guī)模最大、綜合建設(shè)條件最復(fù)雜的特大型橋梁工程。斜拉橋在墩橋的基礎(chǔ)上，通過吊索的張力，使橋梁各部分的負(fù)荷進一步平衡。教師可以基于斜拉橋的杠桿結(jié)構(gòu)建構(gòu)模型，引導(dǎo)學(xué)生對斜拉橋進行簡單的受力分析，幫助學(xué)生理解斜拉橋的受力特點。如圖8所示，斜拉橋的吊索結(jié)構(gòu)可視為以[O]為支點的杠桿，易得[F1L1=F2L2]。

設(shè)計意圖：運用物理抽象的方法，將復(fù)雜的工程問題簡化為更易于學(xué)生理解的簡單物理模型問題，踐行“從生活走向物理”這一課程理念。同時，整個關(guān)于橋梁設(shè)計演變過程的講解要求學(xué)生能綜合考慮水文、地質(zhì)、日常需求等因素。通過全體學(xué)生共同分析、集思廣益，不斷尋找改進方案，進一步提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升了學(xué)生的問題解決能力。

（三）設(shè)計方案，制作產(chǎn)品

教師引導(dǎo)學(xué)生分組設(shè)計方案，制作產(chǎn)品，要求各個小組合理分工，合作完成材料準(zhǔn)備、繪制圖紙、模型建構(gòu)等任務(wù)。整個過程要求學(xué)生利用所學(xué)物理知識和文化知識，設(shè)計出符合問題情境且兼具文化特色和實用性的橋梁，并繪制圖紙；根據(jù)圖紙，利用木板等材料制作簡易的橋梁模型，并對橋梁模型進行負(fù)載測試，根據(jù)測試結(jié)果不斷進行改良。在這一環(huán)節(jié)中，教師需要密切關(guān)注學(xué)生的實踐情況，適時給予指導(dǎo)。教師可以同樣采用CDIO工程教育模式設(shè)置任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生思考并建構(gòu)符合要求的橋梁模型。任務(wù)設(shè)置如表2所示。

設(shè)計意圖：讓學(xué)生查閱資料，綜合利用所學(xué)知識，提出自己的設(shè)計方案并與小組成員交流，將自己與其他同學(xué)的設(shè)計方案進行整合，不斷進行改良，最終形成設(shè)計圖紙，并制作模型。既讓學(xué)生掌握力的合成與分解的實際應(yīng)用方法，又培養(yǎng)了學(xué)生根據(jù)需求完成簡單工程實踐的能力。此外，融入蘇州當(dāng)?shù)靥厣幕M一步提升了學(xué)生的人文素養(yǎng)，實現(xiàn)了智育與美育的和諧發(fā)展。

（四）成果展示，匯報交流

確定各個成員在匯報展示中所扮演的角色，小組合作分工展示實踐成果。匯報展示可以采用產(chǎn)品宣講、海報制作、實物展示等方式進行，以確保在關(guān)注物理知識的同時兼顧文化與藝術(shù)。當(dāng)一個小組匯報展示時，其他小組可以對這一小組的設(shè)計提出建議或疑問，而這一小組成員要進行解答。教師應(yīng)鼓勵學(xué)生友好交流并在必要時給予指導(dǎo)和幫助。

設(shè)計意圖：通過各小組的分工協(xié)作和各小組間的質(zhì)疑與解答，充分培養(yǎng)學(xué)生的語言表達(dá)能力、團隊合作精神以及敢于質(zhì)疑、實事求是的優(yōu)良品格。同時，通過多元化的匯報展示，實現(xiàn)科學(xué)性、人文性、藝術(shù)性的統(tǒng)一，促進學(xué)生的全面發(fā)展。

（五）多元評價，總結(jié)反思

教師組織學(xué)生進行自我評價、組內(nèi)評價、過程評價、成果評價等多元化的評價活動，并根據(jù)評價中出現(xiàn)的問題，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)經(jīng)驗、改正錯誤，引領(lǐng)學(xué)生更好地發(fā)展。學(xué)習(xí)評價表如表3所示。

設(shè)計意圖：從評價主體、評價內(nèi)容、評價方式三個層面進行多元化評價。首先，采用學(xué)生自評、組內(nèi)評價、教師評價的方式從多角度了解學(xué)生在整個學(xué)習(xí)過程中的表現(xiàn)情況，更好地找到學(xué)生的問題并加以關(guān)注。其次，評價內(nèi)容既考慮到物理學(xué)科本身，又關(guān)注學(xué)生團隊合作、語言表達(dá)、文化素養(yǎng)、工程思維等方面，有效落實新課標(biāo)對于跨學(xué)科實踐的要求。

三、總結(jié)反思

隨著《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》的頒布，整合學(xué)科資源、加強學(xué)科聯(lián)系無疑成為課程開發(fā)與教學(xué)設(shè)計的一條主線。本課題嘗試將近年來備受重視的中華傳統(tǒng)文化教育與新課標(biāo)提出的“跨學(xué)科實踐”主題學(xué)習(xí)進行融合，并以此為依據(jù)設(shè)計了“千載蘇橋，惠通古今”項目的跨學(xué)科實踐教學(xué)。本課題論證了將地方文化資源融入初中物理跨學(xué)科實踐教學(xué)的可行性與優(yōu)點，并提出了相關(guān)建議，同時基于項目式學(xué)習(xí)理念與CDIO工程教育模式設(shè)計了各個教學(xué)環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了物理知識、工程實踐與地方文化資源三者的有機融合。

［" "參" "考" "文" "獻(xiàn)" "］

[1]" 中華人民共和國教育部.義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)：2022年版[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2022.

[2]" 杜明榮.物理“跨學(xué)科實踐”的內(nèi)涵特征與教學(xué)建議[J].物理教學(xué)探討，2023（1）：1-4.

[3]" 郭洋，黃全安.指向深度學(xué)習(xí)的高中物理單元教學(xué)路徑探究：以“勻變速直線運動”教學(xué)為例[J].物理教學(xué)，2022（7）：13-16.

[4]" 趙波，李志堅，蔣靈.融合傳統(tǒng)文化 促進核心素養(yǎng)：以“力的合成”教學(xué)設(shè)計為例[J].物理教學(xué)，2022（12）：21-23，80.

[5]" 陳超. 基于地方文化資源的初中物理跨學(xué)科實踐教學(xué)研究[D].蘇州：蘇州大學(xué)，2022.

（責(zé)任編輯 黃春香）