基于項目式學習的初中物理跨學科教學設計與實施

中圖分類號：G63 文獻標識碼：A 文章編號：0450-9889（2025）19-0073-06

《義務教育物理課程標準（2022年版）》增設了“跨學科實踐”一級主題，旨在發展學生的跨學科知識運用能力，提高學生分析問題、解決問題的綜合能力，培養學生的科學思維和創新能力。物理跨學科實踐需要以物理學科知識為主體，借助多學科的知識和方法，將物理與其他學科知識進行有機的整合，引導學生在真實情境中開展探究實踐，解決復雜問題，提升綜合素養。項目式學習是以學科核心知識為中心，圍繞真實情境，在驅動性問題或任務的引導下，通過團隊協作收集與處理信息、解決復雜問題并產出項目成果的教學模式，可有效促進學生核心素養的發展1]。項目式學習具有活動參與、項目設計、問題解決等要素，可以作為跨學科實踐的學習框架，將多學科的知識和方法融入其中，使學習框架更加立體，為跨學科實踐提供有力支撐2]。無論是項目式學習還是跨學科實踐，其核心理念都是引導學生在解決真實復雜問題中獲取知識與技能，培養核心素養與綜合能力[3]。據此，本研究基于項目式學習，以“制作電動春米機模型”為例，探討初中物理跨學科教學的設計與實施。

一、初中物理跨學科項目式學習的整體設計

（一）跨學科項目主題的選擇及內容分析

初中物理跨學科項目主題的設計應以核心素養為導向，聚焦真實問題情境的探究與實踐。主題選擇需兼顧學科邏輯與生活邏輯，遵循“現象觀察一原理探究一技術應用一社會價值”的認知邏輯，從物理學科與其他學科知識的交匯點切入，構建項目式學習框架。例如，春米機作為我國傳統的糧食加工工具，其結構設計、工作原理和實際應用涉及物理、工程技術等多學科知識。教師選擇“制作電動春米機模型”作為項目主題，立足于物理學科，巧妙地將杠桿原理與電動機知識結合起來，引入凸輪機構與電動機運轉程序設計等工程技術和信息科技領域的知識，為學生創造“用中學”“做中學”“創中學”的機會，進行新知識的意義建構。根據項目主題，教師歸納整理項目課程涉及的具體內容和學科領域（如下頁表1），通過實驗驗證、模型建構、數據分析和創意制作等實踐活動，發展學生的科學思維與創新能力，促進知識遷移與問題解決能力的協同提升。

（二）跨學科項目教學目標的確定

“制作電動春米機模型”跨學科項目式學習的主體是九年級學生。通過小學科學課程的學習，以及初中物理“機械運動和力”“電和磁”“機械能”“能量的轉化”等二級主題的系統學習，學生對運動和力、電路組成和能量轉化等知識比較熟悉，具備歸納整理、邏輯推理能力，并能建立簡單的物理模型。根據項目主題和學生的學習情況，教師以《義務教育課程方案（2022年版）》中跨學科主題學習要求為框架，緊扣物理核心素養培養要求，遵循“知識關聯一方法遷移一價值升華”的進階邏輯，確定了“制作電動春米機模型”的教學目標（如表2）。

（三）跨學科項目任務及教學流程設計

基于課程內容和教學目標，教師設計了“制作電動春米機模型”跨學科項目教學流程（如下頁圖1）。該教學流程包括初步認識春米機、制作簡易春米機、設計與改進春米機、項目成果展示與交流等項目任務，引導學生經歷發現問題、建模分析、創新實踐和反思評價等系列探究過程，幫助學生實現學科知識學習向實踐能力的轉化，提升運用跨學科知識綜合解決問題的能力。

二、初中物理跨學科項目式學習的實施

（一）情境創設，設定項目任務

在“制作電動春米機模型”跨學科項目式學習中，教師應遵循真實性、挑戰性和學科融合性原則，基于物理學科大概念，創設與現實生活緊密相關的教學情境，拉近物理知識與實際應用的距離。首先，教師展示明朝發明家宋應星在《天工開物》中記載的稻谷加工圖片和文字資料，介紹古代勞動人民進行糧食加工的方法，提出驅動問題：“同學們對春米過程及春米機歷史發展、結構、用途等方面了解多少？”引導學生利用網絡資源，自主搜索更多關于春米及春米機的相關信息，并撰寫學習報告。這一情境的創設，符合課標中跨學科實踐主題的內容要求：引導學生在了解我國古代科技應用的過程中，感受古代科技對人類生產生活、文明發展的影響；加強學生對傳統科技的認同，厚植家國情懷；激發學生對科學探究的興趣，為接下來項目任務的開展作鋪墊4。同時，教師給予學生充足的時間在學校機房中收集信息，組織學生進行小組討論和學習成果匯報，培養學生合作、交流和表達等方面的能力。

其次，教師引導學生針對學習成果中的圖文信息進行深度挖掘，提出問題：“同學們是否想擁有一架屬于自已的春米機？”由此明確學生要完成的項目任務是制作一個春米機模型。學生整合物理、工程技術等學科的知識和方法，嘗試繪制春米機的模型結構圖，并制作出初代春米機模型，初步培養了運用所學知識解決實際問題的能力。

（二）基于實際問題，進行作品的設計和改進

基于春米機學習報告與自制春米機實物模型，學生分組對初代春米機展開討論，歸納總結出簡易春米機的優缺點：腳踏式春米機結構簡單，操作靈活，維護方便，能夠滿足小型農戶的需求。然而，腳踏式春米機費人力，難以實現持續高效的春米工作，產能較低。針對簡易春米機的上述缺點，教師組織學生討論改進方向，進行小組匯報。在匯報過程中，學生能夠描述春米機的實際運作過程，明晰春米機的基礎構造及其運用的杠桿原理，就春米機耗費人力這一問題達成共識。接下來，教師引導學生借鑒古人改進春米機動力系統的思路，引進現代技術，提出簡易春米機的改進設想（如圖2）。

根據學生討論確定的改進方向，教師設計了系列驅動性問題及其對應的子任務（如圖3），激發學生的思考，引導學生帶著問題主動投入到下一個階段的項目學習中。在項目實踐中，學生將完成了解電動機的原理、結構和用途，認識凸輪機構及其作用，學習電動機的程序設計，設計并制作電動春米機模型等任務，達成上述表2所設定的素養目標。

（三）問題解決，體會項目改進的復雜性與系統性

子任務1：了解電動機的原理、結構和用途。在驅動性問題的引導下，學生明確了后續學習的方向，進入項目改進的實踐操作階段。例如，針對春米機耗費人力這一問題，學生選擇利用電動機將電能轉化為機械能，代替人力工作。教師指導學生在學校機房通過網絡查閱電動機相關的視頻、圖像資料，并借助桌面實驗器材開展小組實驗，完成“通電導體在磁場中受力”的實驗。實驗結果表明：通電導體在磁場中會受到力的作用，且力的方向與電流方向、磁場方向相關；電動機的核心構造為轉子與定子，其功能是將電能轉化為機械能。例如，將電動機應用于舂米機時，可替代人力為設備提供動力。最終，學生以匯報形式闡述電動機的原理、構造和用途。整個實踐改進過程中，教師實時跟進指導，確保學生能夠分階段解決各子問題。通過信息技術收集與處理信息，以及實驗探究過程，學生的邏輯思維能力得到了鍛煉。

子任務2：認識凸輪機構及其作用。在此任務中，教師播放凸輪機構微課視頻并展示實物，組織學生探討其結構與功能。學生通過觀摩實物，明確凸輪機構是由凸輪、從動件和機架三個基本構件組成的高副機構。其中，凸輪是具有曲線輪廓或凹槽的構件，通常作為主動件，做等速回轉運動或往復直線運動。以電動春米機為例，其動力由電動機提供，動力軸持續轉動帶動軸上凸輪同步轉動。當凸輪的凸起部分作用于春白一端時，該端被下壓，另一端的舂白槌隨之被抬起；當凸輪的凸起部分轉動至脫離舂白一端時，舂白槌因自身重力下落。學生基于上述原理，嘗試設計了由電機帶動凸輪機構實現春米機運轉的模型（如圖4），充分體現了物理與工程技術的融合應用。在解決驅動性問題及完成子任務的過程中，學生運用工程技術知識進行模型設計，建立了凸輪機構與春米機的結構功能聯系。通過該實踐，學生的圖像表征能力得到鍛煉，綜合運用知識解決實際問題的意識和能力明顯增強。

子任務3：學習電動機的程序設計。為實現電動機的正常運轉，需對其運行程序進行精準設定。經過程序編控的電動機可具備正轉、反轉和定時轉動等功能。教師結合項目進程，針對性提出本任務中的系列子問題，引導學生依據電動春米機的實際工作需求（如圖5），深入探討電動機的運行程序并開展編程實踐。學生通過小組討論分析發現，在電動春米機模型中，電動機作為動力源僅需設定為正轉模式，該運行邏輯相對簡易。在學生進行程序實操期間，教師全程跟進指導，協助學生通過USB端口完成計算機與主控板的連接，并將預先編寫好的程序下載至主控板，以此驅動電動機運行。此學習任務通過小組合作探究完成，旨在培養學生的合作學習能力和溝通表達能力，使學生深刻理解科學技術協同創新在解決實際問題中的重要價值，實現“用中學”“創中學”，幫助學生突破電動春米機模型改進過程中的技術難點。

子任務4：設計并制作電動春米機模型。教師圍繞項目目標提出系列子問題，組織學生開展小組討論，引導學生系統梳理各子任務中的知識要點，進而總結出電動春米機的總體設計思路，完成模型設計方案。在學生進行方案設計過程中，教師提供實時指導，并配備相關改進材料，營造利于實踐探索的教學環境。學生在設計方案中，對電動春米機的工作原理、結構組成和制作步驟進行闡述（如圖6）。隨后，學生依據設計方案以小組合作形式開展模型改進工作，最終成功制作電動春米機實物模型（如下頁圖7）。本次項目實踐在學校機房開展，學生可借助網絡資源收集與分析資料，并在此基礎上提出創新設想。這種高度開放的合作學習模式，有效發散了學生的思維，提升了其模型建構能力。通過經歷明確需求、方案設計、實踐制作、優化改進的產品研發流程，學生實現了項目實踐與知識學習的深度融合，建立起核心知識與實際問題解決之間的關聯，充分彰顯了跨學科項目式學習的教育價值。

（四）項目成果展示與項目評價

項目成果展示與評價是對跨學科項目教學活動價值進行判斷、挖掘與提升的過程。從理論層面來看，學習匯報是學生將隱性知識顯性化的過程。通過梳理項目中物理原理應用、跨學科知識整合的實踐路徑，學生能夠系統建構知識網絡，深化對物理概念與工程實踐關系的理解。項目評價則搭建多維互動平臺，教師可以從問題解決表現、價值認同表現、價值實踐表現、產品物化表現等方面，設計合理的考核標準（如表3），采用多元評價方式，關注學生在科學思維、動手能力和跨學科整合中的成長。學生在自評、互評和師評中，既能從同伴視角獲取創造性解決方案，又能在批判性反饋中反思自身不足。

完成電動春米機模型制作后，各小組經組內交流討論，圍繞電動春米機的工作原理、結構設計、運行效果和創新優勢等維度，開展項目成果展示與未來改進展望的匯報。匯報過程中，其他小組依據預設的評價標準，從科學性、創新性、實用性等方面進行量化評分與質性評價，并提出優化建議。此外，本次展示活動特別設置了答辯環節：評價小組針對展示內容提出質疑，展示小組需基于理論分析、實驗數據等客觀證據進行論證，通過邏輯思辨與現場討論，對原有設計觀點進行合理辯護或修正完善，以此深化對物理原理與工程實踐的認知。

過程性評價作為跨學科項目式學習的主要評價形式，是將核心素養轉換為容易觀察的顯性表現的重要途徑。在“制作電動春米機模型”項目式學習中，過程性評價貫穿設計、制作、測試和優化各環節，重點關注學生的科學探究、實踐操作、協作能力和跨學科應用。例如，在設計階段，關注學生能否查閱資料，明確春米機的工作原理并合理規劃模型結構，對設計新穎、考慮周全的小組給予加分，鼓勵其發揮創新思維能力；在制作環節，評價學生的動手能力和協作情況，觀察學生是否能夠熟練使用工具、規范操作，對分工明確、配合默契的團隊給予肯定，若學生出現操作失誤或協作不暢，教師及時指導調整；在調試優化階段，關注學生能否發現問題、分析原因及進行改進，對能通過多次嘗試解決問題、不斷優化模型性能的小組給予高度評價，培養其科學探究精神。通過全面、動態的過程性評價，學生能夠不斷提升綜合能力，完成高質量項目作品。

（五）拓展知識領域，深化素養提升

初中物理跨學科項目式學習的拓展延伸環節，是對前期學習成果的深化與升華。教師可基于歷史溯源、文化傳承、社會倫理等多維視角，設計兼具開放性與綜合性的拓展項目，推動學生實現物理知識與多學科知識的深度融合。在探索拓展問題的過程中，學生需綜合運用多學科知識進行系統分析，根據實際情境靈活調整解決方案，培養科學思維能力，促進跨學科綜合素養的發展。在“制作電動春米機模型”項目的拓展延伸環節，教師精心設計了以下兩個實踐活動，引導學生將物理知識探究延伸至人文社科領域，通過問題辨析與實踐反思，培養批判性思維與跨學科綜合應用能力。

一是探究“冬舂米”民俗，感受傳統科技智慧。

教師要求學生通過互聯網查閱資料，了解“冬春米”這一民間歲時風俗。學生發現，古代農民在冬季利用低溫環境春米，既能延長稻米的儲存時間，又能提升口感。這一習俗既體現了古人對自然規律的巧妙運用，也展現了腳踏碓、水碓等早期機械在農業生產中的應用。通過這一活動，學生深刻地理解物理在傳統生產生活中的實際價值，增強對我國古代科技成就的自豪感。

二是開展“科技發展與民俗傳承的辯證關系”研討會。隨著現代農業機械的普及，傳統春米方式逐漸被電動碾米機取代，僅在少數民俗村落或旅游景點保留。教師組織學生圍繞民俗傳承與科技發展展開研討，鼓勵學生結合物理、歷史、社會學等知識發表見解。部分學生認為，科技發展提高了生產效率，淘汰落后生產方式是大勢所趨；部分學生提出，民俗承載著文化記憶，完全拋棄民俗可能導致文化斷層。經過討論，學生逐漸形成辯證觀點：科技與民俗并非對立，而是可以共生共存。例如，可以通過博物館展示、“非遺”體驗等方式保留傳統春米技藝，同時利用現代科技優化其應用場景。學生既能體會到科技進步對人類生活的深遠影響，也能學會用辯證思維看待社會變遷，實現科學精神與人文素養的協同發展。

綜上所述，跨學科項目式學習通過整合多學科的知識和方法，創新了初中物理課程的育人模式。在初中物理跨學科實踐活動中，學生完成系列項目任務后，以物化成果作為學習成果的可視化呈現，這一過程檢驗了學生的跨學科知識應用與實踐創新能力，促進了學生物理核心素養的發展，達成了項目預設的育人目標，體現了跨學科項目式學習的教育效能。

參考文獻

[1韓思思，楊杰.基于項目的初中物理與工程跨學科實踐：以“制作潛水艇模型”項目為例J].物理教師，2023，44（1）：40-43.

[2]付庭松，王秋，楊雅婷，等.基于STEAM項目式學習的跨學科實踐教學設計：以“平均速度的測量”為例［J].中學物理教學參考，2023，52（32）：11-14.

[3]雷夢婷.基于學科融合的中學地理項目式學習案例設計與實施[D].貴陽：貴州師范大學，2023：14-15.

[4荊鵬，侯恕.初中物理跨學科實踐教學的內涵、價值與路徑[J].物理教師，2022，43（10）：32-36.

（責編韋榕峰）