跨學科理念下物理任務型課堂的建構研究

摘 要：隨著教學改革的不斷深入，跨學科教學已成為培養學生綜合能力的主要途徑.物理作為一門基礎自然科學課程，與多個學科有著緊密的聯系.文章以數學學科為切入點，在分析物理任務型課堂建構意義的基礎上，圍繞數學學科中的控制變量法、函數思想、圖像法、方程思想等，提出了物理任務型課堂的建構策略，有效發揮數學學科的作用，提升物理課堂教學質量.

關鍵詞：跨學科；初中物理；任務型課堂

中圖分類號：G632 ""文獻標識碼：A"""文章編號：1008-0333（2025）02-0109-03

收稿日期：2024-10-15

作者簡介：袁麗，本科，中學一級教師，從事中學物理教學研究.

基金項目：江蘇省2022年度中小學教學研究第十四期立項課題“跨學科理念指導下的數學任務型課堂建構研究”（課題編號：2021JY14－ZB66）.

《義務教育物理課程標準（2022年版）》（以下簡稱《課標》）中課程內容部分增設了跨學科實踐主題，要求以物理學科為原點，以發展跨學科素養為目標，以任務議題為設計形式，構建綜合性、實踐性和生成性的物理課堂，促進物理核心素養的落成.物理與數學之間有著天然的、深刻的聯系，物理問題的解決依賴于數學模型的構建、數學公式的推導以及數學方法的運用.在物理學科教學中，以數學學科為切入點布置任務，能夠引導學生將抽象的物理概念轉化為具體的數學模型，從而加深對物理現象和規律的理解，提升解決實際問題的能力，因此，以跨學科理念為指導，構建物理任務型課堂具有重要意義.

1 跨學科理念下物理任務型課堂建構的意義

1.1 支持構建物理知識體系

通過引入其他學科相關知識和方法，物理課程內容變得更加豐富多元，不同知識點之間的聯系也更加緊密，從而提升物理課程的綜合性，促進學生對物理知識的深入理解和全面掌握，為學生構建系統的物理知識體系提供有力支持[1].

1.2 切合物理學科核心素養目標

《課標》強調培養學生的物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任等核心素養.在跨學科理念的引領下，物理課堂不再局限于基礎物理知識和技能的傳授，而是通過設計具有挑戰性和實踐性的任務，讓學生在完成任務的過程中不斷思考、探索和發現，培養學生的科學素養和問題解決能力，為其終身學習和發展奠定堅實基礎的同時，更好地落實《課標》的要求.

1.3 回應物理課程理念育人導向

物理學科是培養學生科學素養和創新能力的重要途徑.跨學科教學方法和手段能夠更好地激發學生的好奇心和求知欲，培養他們的探索精神和創新精神.同時，有助于拓寬學生的視野和思維空間，使他們在學習物理的過程中能夠觸類旁通、舉一反三，從而提升綜合素質和能力.

2 跨學科理念下物理任務型課堂建構策略

2.1 以控制變量法為切入點布置任務

在物理學習中，掌握某種規律或定律的關鍵在于理解其前提條件、形成過程、本質特征以及適用范圍.控制變量法是指在研究多個變量之間的關系時，先固定其他變量不變，通過改變一個變量，觀察該變量對結果的影響，能夠使復雜的物理問題簡單化，揭示物理現象的本質規律，從而更加清晰地認識到物理定律的形成過程以及各變量之間的相互關系，進而加深對物理定律的理解［2］.

以蘇科版初中物理八年級下冊第八章第三節《摩擦力》為例，為了讓學生了解摩擦力的本質，掌握影響滑動摩擦力的因素，教師可以借鑒“數格點算面積——發現皮克公式”這一數學實驗的探究過程，即在格點多邊形的面積S與內部格點數N、邊上格點數L三個變量中，固定某一個量來探索其他兩個變量的變化規律，讓學生在初步了解這一數學實驗探究過程的基礎上，布置以下任務.

任務1：探究滑動摩擦力與接觸面粗糙程度的關系.

步驟1：準備粗糙程度不同的接觸面（如木板、砂紙、玻璃等）以及相同質量、形狀、材質的物體.

步驟2：保持物體間的壓力大小不變，分別在不同粗糙程度的接觸面上拖動物體，記錄并比較摩擦力的大小.

任務目標：通過觀察實驗數據，分析滑動摩擦力與接觸面粗糙程度之間的關系.

任務2：探究滑動摩擦力與物體間壓力大小的關系.

步驟1：準備粗糙程度相同的接觸面以及不同質量、形狀、材質的物體（確保接觸面積相同）.

步驟2：改變物體間的壓力大?。赏ㄟ^增加或減少物體質量來實現），在相同粗糙程度的接觸面上拖動物體，記錄并比較摩擦力的大小.

任務目標：通過觀察實驗數據，分析滑動摩擦力與物體間壓力大小之間的關系.

2.2 以函數思想為切入點布置任務

物理實驗是初中物理教學的重要組成部分，也是學生探究具體問題、提升問題解決能力的有力輔助工具.在實驗過程中，學生需要在精確測量后整理、描述和分析實驗數據，揭示數據的變化規律.其中，數與數之間的變化關系以比例關系居多，包括正比例和反比例.利用函數的性質討論物理問題，可以使復雜的問題變得簡單明了[3].在物理教學中，教師不妨圍繞函數思想布置任務，讓學生借助函數的性質分析問題，從而輕松解決問題.

以蘇科版初中物理八年級下冊第八章第二節中“重力”為例，本章節中重力與質量的關系式G=mg是一個典型的正比例函數.為了讓學生學會解決重力相關問題的方法，教師應圍繞函數設置以下任務.

任務1：收集實驗數據，驗證函數關系.

安排重力實驗，要求學生測量不同質量物體的重力并準確記錄數據，根據實驗數據，繪制重力G與質量m之間的散點圖，觀察并驗證G與m之間的正比例關系.同時，要求學生利用最小二乘法或其他方法擬合直線，得出重力與質量之間的線性方程，并與理論公式G=mg進行對比.

任務2：構建函數模型，解決實際問題.

要求學生明確自變量（質量m）與因變量（重力G）之間的依賴關系.設計問題情境：“已知某物體的質量為5 kg，求其重力大小”或“若某物體所受重力為20 N，求其質量”，讓學生利用函數模型解決問題.

任務3：解讀函數圖象，探索普遍規律.

要求學生分析重力與質量之間的函數圖象，識別圖象中的關鍵點（如原點、斜率等）及其物理意義.改變實驗條件（如改變地球表面的重力加速度g），讓學生重新繪制函數圖象，觀察并解釋圖象變化的原因，引導學生探討重力與質量關系在不同條件下的適用性，如月球、火星等其他天體上的重力情況.

2.3 以圖像法為切入點布置任務

在物理學科中，諸如力的分解與合成、光的反射與折射、平面鏡成像等知識點，因高度的抽象性，成為學生學習的一大難點.數學圖像法能夠將復雜、抽象的概念以圖形、圖表等形式直觀展現.在物理教學中應用數學圖像法，能夠極大地降低理解的難度.例如，在力學中，用點、線段和箭頭來清晰地表示力的大小、方向和作用點；在光學領域，利用平面幾何中的等角作圖法繪制光的反射光路圖，使原本難以捉摸的物理現象變得直觀可感.鑒于此，為了幫助學生跨越物理抽象概念的障礙，教師應圍繞圖像法，布置一系列任務.

以蘇科版初中物理八年級上冊第二章第四節《光的反射》為例，教師可以設計以下任務.

任務1：繪制光的反射路徑.

要求學生根據光的反射定律（入射角等于反射角），使用直尺和量角器，在紙上精確繪制不同入射角下光的反射路徑圖.

任務2：繪制平面鏡成像示意圖.

組織平面鏡成像實驗，要求學生觀察并記錄物體在不同位置時像的位置和大小變化，并

利用軸對稱原理，在圖紙上準確繪制出物體及其鏡像的示意圖，幫助學生直觀理解平面鏡成像的特點和規律.

任務3：創新圖像法應用.

鼓勵學生發揮想象，嘗試將光的反射原理應用于日常生活中的實際問題解決，如設計簡單的光學裝置（如潛望鏡）或解釋自然現象（如湖面倒影），要求學生以圖像形式闡釋解決思路.

2.4 以方程思想為切入點布置任務

部分物理問題中的已知物理量較少，對解題思維要求較高.方程思想通過分析問題中已知條件與未知條件的內在聯系，確定等量關系，建立方程解決實際物理問題.因此，為了培養學生的高階思維，使學生順利解決問題，教師應圍繞方程思想布置一些教學任務.

以蘇科版初中物理九年級上冊第十四章《歐姆定律》為例，教師可布置以下習題，要求學生運用方程組進行求解.

如圖1所示，滑動變阻器阻值變化范圍是0～24 Ω，當P在滑動變阻器中點，S1閉合，S2與觸點1接觸時，燈泡L正常發光，電流表示數為2 A；當S1斷開，S2與觸點2接觸時，滑處P移到b點時，電壓表示數為8 V，求燈泡L的額定功率（燈絲電阻不變，且不超過15 Ω）.

物理興趣小組要制作一個多檔位加熱器模型.他們找到一根粗細均勻、長為12 cm的電熱絲，將其剪成3 cm和9 cm兩段，接入電源電壓恒為10 V的電路中，如圖2所示.發現在S接a和b時，電路電功率變化了15 W.求電熱絲原來的總電阻.

學生在完成上述任務后，教師應帶領學生歸納列方程（組）解題的基本步驟：第一，根據題中的物理過程、所給條件找出列方程所必需的等量關系；第二，依據找出的等量關系，利用相關的物理基本公式，列出與所求物理量相關的方程或方程組；第三，利用數學方法求解方程組，得到物理量.

3 結束語

綜上所述，跨學科理念下物理任務型課堂的建構，不僅有助于物理課程內容的整合與創新，還能有效提升學生的物理學科核心素養.以數學學科為切入點設計的多樣化物理課堂任務，能夠幫助學生在實踐中深化對物理概念的理解，同時培養跨學科思維能力和解決問題的能力.在實際教學中，教師應充分理解并掌握跨學科理念及要求，發揮數學學科的作用，為物理教學的發展提供有力的支撐.

參考文獻：［1］ 劉德華.基于跨學科實踐的初中物理單元主題任務設計[J].理科愛好者，2024（04）：25-27.

[2] 吳天福.探跨學科切入點潤色物理課堂教學：跨學科學習視域下初中物理教學探索[J].讀寫算，2024（29）：40-42.

[3] 聶桂秋，王玉春.指向學生科學思維培養的初中物理跨學科實踐活動設計：以“制作彈簧測力計”為例[J].中學物理，2024，42（16）：16-18.

［責任編輯：李 璟］