跨學(xué)科視角下“聲現(xiàn)象”教學(xué)的創(chuàng)新實(shí)踐

隨著教育改革深入，跨學(xué)科教學(xué)成為教育發(fā)展的重要方向。《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》中明確要求，物理教學(xué)需與其他學(xué)科關(guān)聯(lián)，以培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。物理學(xué)作為基礎(chǔ)學(xué)科，與多領(lǐng)域緊密相連。在初中物理教學(xué)中開(kāi)展跨學(xué)科教學(xué)，有助于學(xué)生深化物理知識(shí)理解，培育跨學(xué)科思維與綜合素養(yǎng)，為其未來(lái)發(fā)展奠基。其中，“聲現(xiàn)象”是初中物理的關(guān)鍵內(nèi)容，涉及生物、音樂(lè)、勞動(dòng)等多學(xué)科知識(shí)，與生活息息相關(guān)。“竹哨”制作項(xiàng)自用于跨學(xué)科教學(xué)優(yōu)勢(shì)顯著，竹子常見(jiàn)，易激發(fā)學(xué)生興趣與探究欲，其制作過(guò)程融合竹子結(jié)構(gòu)、聲音原理等多方面知識(shí)技能，為跨學(xué)科教學(xué)提供豐富素材，助力學(xué)生在實(shí)踐中深化對(duì)“聲現(xiàn)象”物理原理的理解，提升綜合素養(yǎng)。

國(guó)外跨學(xué)科教學(xué)研究起步早，成果豐富，不少國(guó)家將其理念融入課程標(biāo)準(zhǔn)與教學(xué)實(shí)踐，如美國(guó)STEM教育通過(guò)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科能力，積累了諸多教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。國(guó)內(nèi)跨學(xué)科教學(xué)研究雖起步晚，但發(fā)展迅速。然而，初中物理跨學(xué)科教學(xué)仍存在一些問(wèn)題，如學(xué)科融合僅停留在表面，未達(dá)成知識(shí)的有機(jī)整合；實(shí)踐活動(dòng)缺乏系統(tǒng)性與創(chuàng)新性，對(duì)學(xué)生實(shí)踐與創(chuàng)新思維培養(yǎng)不足；評(píng)價(jià)體系不完善，難以全面準(zhǔn)確評(píng)價(jià)學(xué)生表現(xiàn)。當(dāng)前，以項(xiàng)目式學(xué)習(xí)開(kāi)展初中物理跨學(xué)科教學(xué)的實(shí)踐研究，尤其是針對(duì)具體教學(xué)內(nèi)容的深度融合研究較少。因此，“竹哨”制作項(xiàng)目的跨學(xué)科教學(xué)實(shí)踐研究具有重要的理論與實(shí)踐意義。

跨學(xué)科教學(xué)的理論基礎(chǔ)

跨學(xué)科教學(xué)的內(nèi)涵與特點(diǎn)。跨學(xué)科教學(xué)旨在打破學(xué)科界限，有機(jī)整合不同學(xué)科知識(shí)、方法與技能，以解決實(shí)際問(wèn)題為導(dǎo)向，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)的能力。其具有綜合性，融合多領(lǐng)域知識(shí)，拓寬學(xué)生視野；強(qiáng)調(diào)實(shí)踐性，通過(guò)實(shí)踐活動(dòng)提升學(xué)生實(shí)踐與解決問(wèn)題的能力；具備開(kāi)放性，教學(xué)各方面開(kāi)放，鼓勵(lì)學(xué)生自主創(chuàng)新；富有創(chuàng)新性，突破傳統(tǒng)教學(xué)束縛，培養(yǎng)師生創(chuàng)新意識(shí)與能力。

跨學(xué)科教學(xué)背后有堅(jiān)實(shí)的教育理論支撐。建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論主張，學(xué)習(xí)是學(xué)生主動(dòng)建構(gòu)知識(shí)的過(guò)程。在特定情境下，學(xué)生借助教師與伙伴的幫助，利用學(xué)習(xí)資料，通過(guò)意義建構(gòu)獲取知識(shí)。跨學(xué)科教學(xué)創(chuàng)設(shè)的豐富問(wèn)題情境，促使學(xué)生在解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)，主動(dòng)整合多學(xué)科知識(shí)，構(gòu)建個(gè)人知識(shí)體系，與建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論相契合。多元智能理論由美國(guó)教育心理學(xué)家加德納提出，他認(rèn)為人的智能具有多元性，包含語(yǔ)言、邏輯、數(shù)學(xué)等多種智能。跨學(xué)科教學(xué)能滿足不同學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，為他們提供多樣化的學(xué)習(xí)與展示平臺(tái)，助力他們發(fā)揮優(yōu)勢(shì)智能，推動(dòng)多元智能發(fā)展。STEM教育理論強(qiáng)調(diào)科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)的融合，注重培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新、實(shí)踐及解決問(wèn)題的能力。初中物理跨學(xué)科教學(xué)與此理念相符，例如在相關(guān)教學(xué)活動(dòng)中，學(xué)生運(yùn)用科學(xué)知識(shí)、技術(shù)手段，結(jié)合工程思維與數(shù)學(xué)方法解決實(shí)際問(wèn)題，從而培養(yǎng)自身的STEM素養(yǎng)。

初中物理“聲現(xiàn)象”跨學(xué)科教學(xué)案例分析

教學(xué)案例選取—以“竹哨”制作項(xiàng)目為例。“竹哨”制作項(xiàng)目與初中物理“聲現(xiàn)象”教學(xué)內(nèi)容緊密相連。在“聲現(xiàn)象”章節(jié)，學(xué)生要學(xué)習(xí)聲音的產(chǎn)生、傳播及特性等知識(shí)。“竹哨”作為簡(jiǎn)單發(fā)聲樂(lè)器，其制作與發(fā)聲原理涵蓋聲音由物體振動(dòng)產(chǎn)生、空氣柱振動(dòng)發(fā)聲，以及音調(diào)與振動(dòng)頻率的關(guān)系等物理知識(shí)。同時(shí)，制作過(guò)程涉及生物學(xué)科竹子的結(jié)構(gòu)與特性、音樂(lè)學(xué)科音調(diào)音階知識(shí)，還有勞動(dòng)學(xué)科手工制作技能。此項(xiàng)自既貼合初中學(xué)生認(rèn)知特點(diǎn)與興趣，又能有效整合多學(xué)科知識(shí)，達(dá)成跨學(xué)科教學(xué)目標(biāo)。

教學(xué)目標(biāo)設(shè)定。一是物理知識(shí)目標(biāo)，學(xué)生要理解聲音產(chǎn)生原理，明晰竹哨發(fā)聲源于空氣柱振動(dòng)；掌握音調(diào)與振動(dòng)頻率的關(guān)系，能闡釋改變竹哨長(zhǎng)度、孔徑等改變音調(diào)的原因。二是跨學(xué)科素養(yǎng)目標(biāo)，學(xué)生要運(yùn)用生物知識(shí)了解竹子結(jié)構(gòu)特性，挑選合適的竹子制哨；用音樂(lè)知識(shí)辨別音調(diào)高低，感受竹哨聲音的音樂(lè)特性；通過(guò)勞動(dòng)實(shí)踐，提升手工制作與問(wèn)題解決能力。三是創(chuàng)新實(shí)踐目標(biāo)，學(xué)生要在制作中提出創(chuàng)新設(shè)計(jì)思路與改進(jìn)方法，培養(yǎng)創(chuàng)新思維與實(shí)踐能力；借助小組合作，增強(qiáng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作與溝通能力。四是情感態(tài)度目標(biāo)，要激發(fā)學(xué)生對(duì)物理及跨學(xué)科學(xué)習(xí)的興趣，培育勇于探索、敢于創(chuàng)新的科學(xué)精神，強(qiáng)化環(huán)保與文化傳承意識(shí)。

教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)。第一是主題提煉與情境創(chuàng)設(shè)。初冬時(shí)節(jié)，教師帶領(lǐng)學(xué)生走進(jìn)校內(nèi)竹園，引導(dǎo)其觀察冬季竹子的生長(zhǎng)狀態(tài)，體會(huì)其堅(jiān)韌品質(zhì)。同時(shí)，講述竹子在我國(guó)傳統(tǒng)文化中的重要地位，如竹文化與詩(shī)詞、繪畫等藝術(shù)形式的緊密聯(lián)系。隨后，教師拿出竹哨吹奏簡(jiǎn)單旋律，引發(fā)學(xué)生好奇與興趣并提問(wèn)：“同學(xué)們，想知道這小竹哨如何發(fā)出美妙聲音嗎？想自己動(dòng)手做一個(gè)嗎？”順勢(shì)引出“美妙的哨聲一竹哨制作”項(xiàng)目主題。第二是知識(shí)融合與實(shí)踐活動(dòng)。教師引導(dǎo)學(xué)生從生物角度了解竹子結(jié)構(gòu)。學(xué)生通過(guò)觀察、查閱資料，認(rèn)識(shí)到竹子由竹節(jié)、竹腔、竹壁等構(gòu)成，不同部位結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對(duì)竹哨制作影響很大，如竹壁厚度影響發(fā)聲音質(zhì)。學(xué)生分組討論，依據(jù)竹子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選擇合適部位制哨。第三是物理知識(shí)講解與實(shí)踐。在教室里，教師結(jié)合竹哨發(fā)聲講解聲音產(chǎn)生的物理原理，通過(guò)實(shí)驗(yàn)演示讓學(xué)生直觀看到物體振動(dòng)發(fā)聲，引導(dǎo)他們分析出竹哨發(fā)聲是吹氣時(shí)竹腔內(nèi)空氣柱振動(dòng)所致。接著，學(xué)生分組制作竹哨，教師提供鋸子、鉆孔器等工具，學(xué)生按設(shè)計(jì)方案切割竹子、鉆孔制作吹口和音孔。制作中，學(xué)生不斷調(diào)整竹哨長(zhǎng)度、孔徑等參數(shù)，觀察聲音變化，探究音調(diào)與振動(dòng)頻率的關(guān)系，教師巡回指導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生思考物理原理在實(shí)踐中的應(yīng)用。第四是音樂(lè)知識(shí)引導(dǎo)。邀請(qǐng)音樂(lè)教師進(jìn)課堂，講解音調(diào)、音階知識(shí)。音樂(lè)教師示范演奏竹哨，讓學(xué)生感受音調(diào)變化，引導(dǎo)學(xué)生用音樂(lè)知識(shí)辨別聲音高低，嘗試吹奏簡(jiǎn)單旋律。在音樂(lè)教師的指導(dǎo)下，學(xué)生進(jìn)一步調(diào)整音孔位置和大小，使竹哨發(fā)出更準(zhǔn)確音調(diào)，演奏出簡(jiǎn)單樂(lè)曲。第五是實(shí)踐與優(yōu)化改進(jìn)。整個(gè)制作過(guò)程注重培養(yǎng)學(xué)生的勞動(dòng)技能與實(shí)踐能力。學(xué)生使用工具切割、鉆孔、打磨，提高動(dòng)手能力。同時(shí)，教師鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，如發(fā)音不清晰、音調(diào)不準(zhǔn)等，學(xué)生通過(guò)小組討論、查閱資料尋找解決辦法，優(yōu)化改進(jìn)竹哨。如有的小組用砂紙打磨內(nèi)壁改善聲音質(zhì)量，有的小組調(diào)整音孔大小間距使音調(diào)更準(zhǔn)確。第六是成果展示與多元評(píng)價(jià)。各小組展示制作的竹哨并演奏，如演奏《小星星》《兩只老虎》等曲目，展現(xiàn)制作成果與音樂(lè)表現(xiàn)力。展示時(shí)，小組代表介紹設(shè)計(jì)思路、制作過(guò)程及對(duì)物理原理和多學(xué)科知識(shí)的運(yùn)用。教師采用多元化評(píng)價(jià)方式全面評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)成果，從知識(shí)掌握、實(shí)踐操作、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、創(chuàng)新思維等方面作出評(píng)價(jià)，給出綜合意見(jiàn)。學(xué)生自評(píng)反思參與度、收獲與不足。學(xué)生互評(píng)針對(duì)竹哨制作工藝水平、演奏效果、創(chuàng)新點(diǎn)等提出建議。多元評(píng)價(jià)，能夠全面客觀反映學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，促進(jìn)其學(xué)習(xí)成長(zhǎng)。

跨學(xué)科教學(xué)的實(shí)施效果與問(wèn)題分析

實(shí)施效果。在知識(shí)掌握方面，經(jīng)前測(cè)與后測(cè)對(duì)比，學(xué)生對(duì)“聲現(xiàn)象”物理知識(shí)的掌握水平顯著提升。后測(cè)平均分較前測(cè)優(yōu)秀率提升 20% 。在聲音產(chǎn)生原理、音調(diào)影響因素等知識(shí)點(diǎn)測(cè)試中，正確率明顯上升，顯示“竹哨”制作項(xiàng)目助力學(xué)生深入理解和掌握物理知識(shí)。在項(xiàng)目學(xué)習(xí)中，學(xué)生能運(yùn)用生物知識(shí)挑選合適竹子，用音樂(lè)知識(shí)辨別、調(diào)整竹哨音調(diào)，勞動(dòng)技能也得以鍛煉。從作品分析可見(jiàn)，學(xué)生制作竹哨時(shí)，選材、設(shè)計(jì)與工藝均體現(xiàn)多學(xué)科知識(shí)融合。有的學(xué)生依據(jù)竹子生長(zhǎng)特性，選用竹節(jié)均勻、竹壁適中的竹子，音孔設(shè)計(jì)還兼顧音調(diào)與頻率關(guān)系，融合物理與生物知識(shí)。在學(xué)習(xí)興趣上，學(xué)校通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查和訪談表明，超90%學(xué)生喜愛(ài)跨學(xué)科教學(xué)，認(rèn)為其讓物理學(xué)習(xí)更有趣生動(dòng)。學(xué)生稱在“竹哨”項(xiàng)目中，不僅學(xué)到了物理知識(shí)，還感受到了不同學(xué)科的魅力，激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣與探索欲，不少學(xué)生期望未來(lái)有更多此類跨學(xué)科項(xiàng)目。

問(wèn)題分析。第一是學(xué)科融合生硬。教學(xué)中，部分學(xué)生對(duì)學(xué)科知識(shí)融合理解不深，融合過(guò)程存在生搬硬套的情況。比如分析竹哨發(fā)聲原理，雖知聲音由物體振動(dòng)產(chǎn)生，但未能將竹子結(jié)構(gòu)等生物知識(shí)與空氣柱振動(dòng)等物理知識(shí)有機(jī)結(jié)合，綜合分析不全面。這源于教師對(duì)學(xué)科知識(shí)融合引導(dǎo)不足，未幫學(xué)生構(gòu)建清晰知識(shí)聯(lián)系框架。第二是實(shí)踐指導(dǎo)不足。“竹哨”制作實(shí)踐時(shí)，部分學(xué)生使用工具遇到困難，如鋸子操作不熟練、鉆孔位置不準(zhǔn)。這反映出教師實(shí)踐指導(dǎo)欠缺，對(duì)學(xué)生可能面臨的實(shí)踐問(wèn)題預(yù)估不足，實(shí)踐前未充分講解示范工具使用方法技巧，致學(xué)生實(shí)踐效率低，甚至存在安全隱患。第三是評(píng)價(jià)體系不完善。雖采用多元評(píng)價(jià)，但評(píng)價(jià)指標(biāo)細(xì)化與量化不夠。如評(píng)價(jià)學(xué)生創(chuàng)新思維，缺乏具體可操作標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)果主觀性強(qiáng)。同時(shí)，對(duì)學(xué)生跨學(xué)科學(xué)習(xí)的過(guò)程性評(píng)價(jià)不全面，未充分關(guān)注知識(shí)融合、實(shí)踐操作等方面的具體表現(xiàn)與進(jìn)步。

跨學(xué)科教學(xué)的優(yōu)化策略

深化學(xué)科融合。第一是挖掘?qū)W科聯(lián)系。教師需深入鉆研物理“聲現(xiàn)象”與生物、音樂(lè)、勞動(dòng)等學(xué)科知識(shí)的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，精巧設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容與活動(dòng)，引領(lǐng)學(xué)生察覺(jué)并領(lǐng)會(huì)這些聯(lián)系。比如，講解竹哨發(fā)聲原理時(shí)，拓展至生物進(jìn)化中動(dòng)物發(fā)聲器官結(jié)構(gòu)與發(fā)聲原理的相似處，使學(xué)生從更宏觀層面理解聲音產(chǎn)生與傳播的共性。第二是以項(xiàng)目為載體。圍繞“竹哨”制作項(xiàng)目，將各學(xué)科知識(shí)有機(jī)嵌入項(xiàng)目各環(huán)節(jié)。項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段，引導(dǎo)學(xué)生從多學(xué)科視角思考，如物理的發(fā)聲原理與音調(diào)控制、生物的竹子選材、音樂(lè)的音調(diào)設(shè)計(jì)等。實(shí)施過(guò)程中，鼓勵(lì)學(xué)生運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)解決問(wèn)題，達(dá)成知識(shí)深度融合與應(yīng)用。第三是加強(qiáng)實(shí)踐指導(dǎo)。教師應(yīng)強(qiáng)化自身實(shí)踐技能學(xué)習(xí)，熟練掌握鋸子、鉆孔器等工具的使用方法與技巧，以便在教學(xué)中為學(xué)生提供準(zhǔn)確規(guī)范的示范。在實(shí)踐活動(dòng)前，教師要詳盡講解工具使用方法、安全注意事項(xiàng)及操作步驟技巧，可借助視頻演示、現(xiàn)場(chǎng)示范等，讓學(xué)生直觀了解操作過(guò)程。實(shí)踐中，加強(qiáng)巡回指導(dǎo)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并幫助學(xué)生解決問(wèn)題，助力其順利完成任務(wù)。第四是完善評(píng)價(jià)體系。全面細(xì)致評(píng)價(jià)學(xué)生跨學(xué)科學(xué)習(xí)，制訂具體可操作的評(píng)價(jià)指標(biāo)。如創(chuàng)新思維評(píng)價(jià)，從創(chuàng)新想法提出、方法應(yīng)用、成果展示等量化；團(tuán)隊(duì)協(xié)作評(píng)價(jià)，從分工合理性、溝通有效性、合作默契度等方面著手。第五是關(guān)注過(guò)程性評(píng)價(jià)。注重學(xué)生跨學(xué)科學(xué)習(xí)過(guò)程表現(xiàn)，涵蓋知識(shí)融合、實(shí)踐操作改進(jìn)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作互動(dòng)等過(guò)程。記錄學(xué)生點(diǎn)滴進(jìn)步，及時(shí)反饋鼓勵(lì)，結(jié)合結(jié)果性評(píng)價(jià)，全面客觀反映學(xué)生學(xué)習(xí)成果與發(fā)展?fàn)顩r。

結(jié)論與展望

本研究依托初中物理“聲現(xiàn)象”的“竹哨”制作項(xiàng)目，探索跨學(xué)科教學(xué)實(shí)踐。結(jié)果顯示，跨學(xué)科教學(xué)優(yōu)勢(shì)明顯，能夠打破學(xué)科壁壘，整合多學(xué)科知識(shí)，提升學(xué)生綜合素養(yǎng)。在“竹哨”項(xiàng)目中，學(xué)生融合物理、生物、音樂(lè)及勞動(dòng)等多學(xué)科知識(shí)，成效顯著。前后測(cè)表明學(xué)生知識(shí)掌握提升，作品體現(xiàn)工藝與創(chuàng)意，調(diào)查發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣濃厚，跨學(xué)科素養(yǎng)得到培養(yǎng)。但實(shí)踐中也存在問(wèn)題，如：學(xué)科融合相對(duì)生硬，教師對(duì)學(xué)科內(nèi)在聯(lián)系挖掘不足，知識(shí)整合浮于表面；實(shí)踐指導(dǎo)欠佳，影響學(xué)生實(shí)踐及知識(shí)深化；評(píng)價(jià)體系不夠完善，難以精準(zhǔn)反饋學(xué)生跨學(xué)科素養(yǎng)的提升情況。

為此，深化學(xué)科融合要以物理為核心，設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)學(xué)科關(guān)聯(lián)；加強(qiáng)實(shí)踐指導(dǎo)需教師提升能力，學(xué)校提供資源，鼓勵(lì)學(xué)生探究合作；完善評(píng)價(jià)體系應(yīng)構(gòu)建多元評(píng)價(jià)，結(jié)合過(guò)程與個(gè)體差異評(píng)價(jià)，強(qiáng)化反饋激勵(lì)。

未來(lái)，初中物理跨學(xué)科教學(xué)研究前景廣闊。可拓展跨學(xué)科領(lǐng)域，如與地理、信息技術(shù)等學(xué)科深度融合，拓寬學(xué)生知識(shí)邊界，解決復(fù)雜問(wèn)題。借助教育信息化，探索線上線下融合模式，利用虛擬實(shí)驗(yàn)室、在線平臺(tái)等，打破時(shí)空限制，提升學(xué)習(xí)靈活性與效率。同時(shí)，學(xué)校要重視教師發(fā)展與成果推廣，加強(qiáng)教師跨學(xué)科培訓(xùn)，推廣優(yōu)秀案例與模式，推動(dòng)初中物理教學(xué)變革，培養(yǎng)適應(yīng)時(shí)代需求的創(chuàng)新型人才。