初中物理項目式跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)設(shè)計

摘 要 提出跨學(xué)科實踐是2022年版義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)的顯著特色。基于課程標(biāo)準(zhǔn)要求、項目式學(xué)習(xí)以及跨學(xué)科研究的相關(guān)進展，構(gòu)建基于項目式學(xué)習(xí)的物理跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)模式。以“浮力秤的制作與應(yīng)用”為主題呈現(xiàn)具體案例設(shè)計，展現(xiàn)該教學(xué)模式在初中物理跨學(xué)科主題教學(xué)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 跨學(xué)科主題學(xué)習(xí) 項目式學(xué)習(xí) 初中物理 浮力秤

2022年4月，《義務(wù)教育課程方案（2022年版）》（以下簡稱“方案”）及各學(xué)科義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）（以下簡稱“2022年新課標(biāo)”）明確指出，各學(xué)科用不少于10%的課時開展跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)[1]，而跨學(xué)科學(xué)習(xí)可以通過項目式學(xué)習(xí)的方法來組織[2]。

項目式學(xué)習(xí)（Project-Based Learning，PBL）是一種以學(xué)生為中心的教學(xué)方法，基于預(yù)設(shè)的真實問題或大任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生以自主探究或小組合作的方式開展探究活動，在一定時間內(nèi)完成一系列相互關(guān)聯(lián)的任務(wù)[3]并提交項目完成的最終物化成果或作品，旨在培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、批判性思維和合作精神。

本文結(jié)合項目式學(xué)習(xí)的具體內(nèi)容與跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)的課標(biāo)要求，搭建具體的教學(xué)實施模式，并以“自制浮力秤”為項目主題來呈現(xiàn)設(shè)計案例。

一、項目式跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)的實施模式構(gòu)建

以全面發(fā)展學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)和跨學(xué)科素養(yǎng)為目標(biāo)導(dǎo)向，基于項目式學(xué)習(xí)的設(shè)計、實施和評價要素的具體要求[4]，并結(jié)合2022年新課標(biāo)對物理跨學(xué)科實踐教學(xué)的內(nèi)容和學(xué)業(yè)質(zhì)量要求，本文構(gòu)建中學(xué)物理項目式跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)的具體實施模式，包含確定項目主題、設(shè)計驅(qū)動問題、拆解驅(qū)動問題、實施項目活動、展示項目成果和開展項目評價6個環(huán)節(jié)（見圖1）。

首先，從日常生活、工程實踐和社會發(fā)展等方面的真實情境中挖掘?qū)W習(xí)情境與實踐對象，據(jù)此確定項目主題。此后，以綜合性、開放性和實踐性為導(dǎo)向，圍繞項目主題設(shè)計驅(qū)動問題，作為項目式跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)的實施“骨架”，引導(dǎo)學(xué)生逐層深入探索項目并強化主動探究與問題解決的意識。接著，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合項目發(fā)展趨勢與已有認(rèn)知儲備，將驅(qū)動問題拆解成若干子問題，既要呈現(xiàn)引領(lǐng)性和連貫性，又要彰顯整合多學(xué)科知識創(chuàng)造性完成任務(wù)的特質(zhì)，旨在發(fā)展學(xué)生跨學(xué)科知識整合的新思維與創(chuàng)造性解決問題的新認(rèn)識。在實施項目活動過程中，應(yīng)立足本學(xué)科的知識、思維與技能體系，以解決各子問題為直接導(dǎo)向，尋求本學(xué)科與其他各學(xué)科的內(nèi)在聯(lián)系，并根據(jù)學(xué)生實踐能力差異情況，設(shè)計分級化、多層次的物化成果要求，以期符合學(xué)生認(rèn)知與實踐水平，同時避免增加學(xué)科實踐學(xué)習(xí)的心理負(fù)擔(dān)。接下來，以小組為單位開展活動總結(jié)、進行成果展示并進行小組間交流。通過觀賞并評價豐富多彩的活動成果，能培育學(xué)生動手操作的實踐能力和樂于創(chuàng)新實踐的品質(zhì)。最后，根據(jù)學(xué)生在項目實踐中的全過程表現(xiàn)，開展指向項目任務(wù)完成本身的質(zhì)性評價，注重表現(xiàn)性評價、過程性評價與總結(jié)性評價等多種形式相結(jié)合，融入自我評價、同學(xué)互評、教師評價的多元主體評價。

二、項目式跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)的設(shè)計案例

本文的設(shè)計案例面向九年級中考復(fù)習(xí)階段的學(xué)生，運用上述實施模式開展項目式跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生以完成項目為載體實現(xiàn)“做中學(xué)”“做中思”“做中創(chuàng)”，達成對物理核心概念、物理思想、跨學(xué)科概念、規(guī)律、原理等知識的理解與內(nèi)化。本設(shè)計案例計劃用3～4課時予以完成，其中2～3課時開展浮力秤的原理與制作方案的教學(xué)，再用1課時進行物化成果的展示與交流。

（一）確定項目主題

本案例選取“浮力秤的制作與應(yīng)用”為項目主題，有如下三點考慮：一是立足中考復(fù)習(xí)階段的核心概念“浮力”的系統(tǒng)而深入的復(fù)習(xí)，助力夯實學(xué)生的相互作用觀念與比值定義法相關(guān)物理思想；二是取材“曹沖稱象”歷史典故，助力培養(yǎng)學(xué)生正確的民族觀與歷史觀，提升科學(xué)態(tài)度與責(zé)任素養(yǎng)；三是促進引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注生產(chǎn)生活實踐常用稱量工具“秤”，強化物理知識學(xué)習(xí)同現(xiàn)實世界間的聯(lián)系，以此提升學(xué)生的工程設(shè)計與實踐能力。

（二）設(shè)計驅(qū)動問題

驅(qū)動問題是項目式教學(xué)的核心組織特征，其設(shè)計質(zhì)量直接決定了跨學(xué)科實踐的教學(xué)效果。驅(qū)動問題的設(shè)計應(yīng)充分考慮學(xué)生具有的知識、方法基礎(chǔ)以及實踐經(jīng)驗收獲，而問題目標(biāo)又要指向問題解決的最終方案或者產(chǎn)品。為降低學(xué)生對驅(qū)動問題的理解難度并緊緊圍繞項目主題開展項目式跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)，筆者設(shè)計如下核心驅(qū)動問題：如何基于漂浮現(xiàn)象制作一個用于測量物體質(zhì)量的工具？

（三）拆解驅(qū)動問題

“浮力”屬于中考物理復(fù)習(xí)的重要概念，筆者按照浮力概念回顧、浮力規(guī)律應(yīng)用、數(shù)學(xué)工具融入、物化成果遷移的遞進認(rèn)知規(guī)律，將核心驅(qū)動問題拆解成若干子問題，進而預(yù)設(shè)問題鏈，為學(xué)生順利解決子問題并開展項目實踐搭建腳手架（見表1）。

（四）實施項目活動

1.情境引入：探求“曹沖稱象”蘊含的科學(xué)原理

播放現(xiàn)代版“曹沖稱象”視頻，引導(dǎo)學(xué)生探求耳熟能詳?shù)墓适卤澈笏N含的原理。

教師引導(dǎo)：①著眼分析“曹沖稱象”典故，如何反映物體（大象）的質(zhì)量差異？②如何利用標(biāo)記線的位置來比較不同大象的質(zhì)量？③結(jié)合浮力相關(guān)知識，能否將質(zhì)量的直接測量轉(zhuǎn)換為某一方向上長度大小的間接測量？

驅(qū)動問題：如何制作一個浮力秤實物模型？

學(xué)生任務(wù)：①判斷選用礦泉水瓶作為浮力秤主體部分的可行性并給出具體理由；②小組合作探索使容器豎直漂浮于液體上的有效措施。

2.問題解決：制成科學(xué)的浮力秤模型

問題1：如何標(biāo)記浮力秤的刻度？

教師引導(dǎo)：量具是實現(xiàn)定量測量的重要工具，給其標(biāo)上刻度值是不可或缺的環(huán)節(jié)，那么如何給浮力秤標(biāo)記刻度呢？教師提供實驗器材，如多種礦泉水瓶、剪刀、馬克筆、膠帶紙、標(biāo)準(zhǔn)50g砝碼、盛水容器等。

學(xué)生任務(wù)：①根據(jù)已有器材自制簡易的體積測量工具，思考刻度的標(biāo)定方法與標(biāo)定規(guī)律；②然后自制浮力秤雛形，用以測量實物質(zhì)量，觀察并歸納讀數(shù)標(biāo)定方法和規(guī)律；③基于觀察經(jīng)驗的總結(jié)，標(biāo)記表盤上除零刻度線外的其他各個刻度。

問題2：如何定義浮力秤的精度？

教師引導(dǎo)：請各小組代表展示所測物體的質(zhì)量示數(shù)。我們發(fā)現(xiàn)如果質(zhì)量示數(shù)落在已有精度內(nèi)，可準(zhǔn)確讀出質(zhì)量大小，如果落在兩相鄰刻度之間，該如何讀數(shù)呢？能否根據(jù)刻度均勻特點將刻度線細(xì)分以補充更精確的刻度值？

學(xué)生任務(wù)：①補充更精細(xì)的刻度值并推測出現(xiàn)的困難；②觀察各組的浮力秤的刻度值標(biāo)記情況，即相鄰刻度值的間距與相鄰刻度線的實際間距，討論如何比較精確度差異；③請各組開展討論，嘗試歸納出浮力秤精度的定義并分析其定義方法。

問題3：如何提高浮力秤的精度？

基于浮力秤的定義和各組的浮力秤測量實物質(zhì)量結(jié)果，提出提高浮力秤精度的猜想。

學(xué)生任務(wù)：①給出浮力秤主體部分的最佳選用材料；②探究影響浮力秤精度的因素，要求理論與實驗相結(jié)合，并給出提高浮力秤精度的有效辦法。

問題4：如何擴大浮力秤的量程？

問題引導(dǎo)：上一環(huán)節(jié)中，為了提高測量精確度，需要選擇瓶身較細(xì)的容器作為浮力秤的主體部分，但是如何解決物體太大而放不進容器內(nèi)的問題？

學(xué)生任務(wù)：①判斷現(xiàn)有浮力秤測量一個蘋果質(zhì)量的可行性；②如用浮力秤測定一個人的體重，結(jié)合所學(xué)知識，對其進行改進以擴大測量量程。

3.物化成果：依據(jù)問題解決結(jié)果改進浮力秤實物模型

教師引導(dǎo)學(xué)生分析并歸納問題解決環(huán)節(jié)的結(jié)論，幫助學(xué)生形成科學(xué)合理的方案并制作精準(zhǔn)的浮力秤實物模型。例如，方案策劃書的撰寫包含綜合說明、科學(xué)原理、材料選用、模型設(shè)計示意圖、所遇困難與改進方法、投資預(yù)算等部分。引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷“現(xiàn)象感知→原理初探→模型制作→問題解決→模型改進→模型拓展”的物化過程，發(fā)展學(xué)生的抽象概括、具象表征、模型建構(gòu)、理論闡釋、動手實踐、方案策劃、物化實踐等跨學(xué)科實踐技能[5]，以此讓學(xué)生感知知識世界與現(xiàn)實世界的問題解決差異性，形成對兼?zhèn)鋸?fù)雜性與系統(tǒng)性的現(xiàn)實世界工程實踐的深刻認(rèn)識。

（五）展示項目成果

成果展示是整個活動的精華部分，是最具生成性的核心教學(xué)環(huán)節(jié)。該環(huán)節(jié)通過成果展覽和組間研討會兩種形式先后開展。成果展覽留足學(xué)生思考的時間與空間，組間研討則會提供學(xué)生質(zhì)疑創(chuàng)新與批判表達的平臺。成果展覽環(huán)節(jié)基本要求：以項目小組為基本單位，分別從任務(wù)分配、成果介紹、問題解決、跨學(xué)科應(yīng)用、個人感想等方面進行展示，交流集體智慧結(jié)晶；著重展示項目成品的材料選用、外形設(shè)計、使用方法、應(yīng)用優(yōu)勢、環(huán)保性能以及策劃過程的改進亮點，以此增強小組各成員的實踐學(xué)習(xí)成就感，并為后續(xù)開展組間研討會拓寬探討與交流的空間。組間研討會聚焦成品設(shè)計亮點、浮力秤精度定義的完整性、精度改進的合理性、使用過程的細(xì)節(jié)處理等方面進行深入探討與交流，以期為物化成果的迭代升級積累實踐經(jīng)驗。

（六）開展項目評價

跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)項目評價主要是評價學(xué)生在項目學(xué)習(xí)中的表現(xiàn)。項目評價應(yīng)組織教師、學(xué)生、同伴開展多元主體評價，評價取向倡導(dǎo)質(zhì)性評價與量化評價相結(jié)合[6]，評價的方式應(yīng)包括過程性評價和表現(xiàn)性評價，評價內(nèi)容應(yīng)依照課程目標(biāo)、指向項目任務(wù)完成情況本身。因此，設(shè)計具備三級指標(biāo)的活動評價體系：每個維度10分，滿分100分，如表2所示。

三、結(jié)語

探索實現(xiàn)跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)常態(tài)化落實，促進學(xué)生核心素養(yǎng)有效提升的初中物理教學(xué)方式，是當(dāng)下初中物理教學(xué)改革與發(fā)展的重要方向[7]。鑒于項目式學(xué)習(xí)與跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)在任務(wù)情境創(chuàng)設(shè)、真實任務(wù)驅(qū)動、物化成果展示等方面存在諸多相似之處，本文構(gòu)建基于項目式學(xué)習(xí)的跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)模式，將項目式學(xué)習(xí)作為跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)的實踐載體，以跨學(xué)科學(xué)習(xí)作為項目實踐活動的核心內(nèi)容，注重培養(yǎng)學(xué)生的跨學(xué)科整合能力、創(chuàng)新意識以及工程實踐能力，以此促進學(xué)生物理核心素養(yǎng)和跨學(xué)科素養(yǎng)的全面發(fā)展。

[參 考 文 獻]

[1]中華人民共和國教育部.義務(wù)教育課程方案（2022年版）[S].北京：北京師范大學(xué)出版社，2022：11.

[2]魏羽飛，楊果仁.中學(xué)項目式跨學(xué)科學(xué)習(xí)的設(shè)計與實施[J].教學(xué)與管理，2024（19）：22-26.

[3]伍紅林.“雙新”背景下跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)的邊界、轉(zhuǎn)變與學(xué)校行動[J].課程.教材.教法，2023（8）：92-98.

[4]周艷，王濤，張靜.指向素養(yǎng)發(fā)展的初中物理跨學(xué)科項目式教學(xué)——以“防洪堤壩的設(shè)計”為例[J].物理教師，2024，45（6）：38-42.

[5]姚華鑫，葉少斌.物理跨學(xué)科實踐教學(xué)的現(xiàn)實困境與實施策略[J].教學(xué)與管理，2024（22）：52-56.

[6]馮春艷，李序花，王寧等.基于大觀念的跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)課程構(gòu)建路徑[J].天津師范大學(xué)學(xué)報（基礎(chǔ)教育版），2024（2）：43-48.

[7]姚華鑫.人教版初中物理新教材跨學(xué)科實踐活動特色與實施建議[J].教育與裝備研究，2024（11）：65-70.

（責(zé)任編輯：劉艷超）