基于项目化学习的物理跨学科实践活动

张小海 李玉芳

【摘 要】项目化学习是一种综合性教学活动，强调真实情境，注重学生的实际动手能力和团结合作精神。以物理学科为核心，将跨学科实践活动用项目化学习的方式展开，达成用跨学科思维分析和解决问题的目标。以“物理+音乐”跨学科实践活动为例，阐述自制乐器项目的实施过程，通过问题驱动学生经历较为完整的实践活动，促进学生核心素养的发展。

【关键词】初中物理；音乐；项目化学习；跨学科

【中图分类号】G633.7  【文献标志码】A  【文章编号】1005-6009（2022）75-0013-04

【作者简介】1.张小海，南京师范大学附属中学树人学校（南京，210011）教师，一级教师；2.李玉芳，南京师范大学附属中学树人学校（南京，210011）教师，高级教师。

《义务教育物理课程标准（2022年版）》中的一级主题增加了“实验探究”和“跨学科实践”，要求教师走出物理的边界，设立以跨学科为主题的项目化学习活动，在学生参与适当科学实践的同时完成跨学科概念的拓展。

项目式学习的一般特点是主题明确，情境真实而具体，内容上体现综合性，学习方式多样化且强调协作等，体现了以学习者为中心的教育理念。笔者尝试进行物理与音乐的跨学科教学活动，在项目化学习中让学生从物理原理理解音乐现象，从乐器制作中深刻理解物理知识，从而提高学生问题解决能力、动手操作能力和跨学科思维能力。

一、基于项目化学习的跨学科综合实践活动的意义

综合实践活动是设立以跨学科为主题的项目化学习活动的一种重要方式，根据物理与所跨学科的切合点设计并编制物理实践活动，引导学生用物理知识解决所跨学科的认知和实践问题，达成学科知识融合和学生思维能力提升的综合性目标，实现学以致用、学思结合、知行合一的目的。

由于物理学与日常生活、工程实践、社会发展等都有着密不可分的联系，因此，教师在设计项目化学习活动时，应联系学生的生活，贴近学生的既有经验，选择或创设合理的真实情境。同时，在此过程中，教师应以学生的探究性学习为主线，抓住探究学习的关键程序和能力，强调过程中的质疑和反思、交流和讨论、探索和创造。经此过程，学生能有效建立跨学科思维模式，进行深度学习。

二、“自制乐器”的跨学科教学实践

初中物理“声现象”一章中讲到声音的产生和乐音的特性，这与音乐学科有很多联系。笔者设计了“利用身边材料自制乐器”这一跨学科实践活动，将物理和音乐两门学科融合起来。

（一）创设真实而具体的情境

八年级音乐课中有“键盘上的舞蹈欣赏”和“七彩管弦”等内容，很多学生在欣赏音乐的同时，会被复杂、抽象的乐理知识所困扰，但对能发声的乐器产生了浓厚的兴趣。笔者考虑到学生已经在物理课堂中学习过“声现象”的相关知识，如果把物理和音乐融合起来，让学生把相关知识应用到实际中去，应该会促进学生对两个学科知识的理解。

笔者通过音乐老师了解到，很多学生把握不准所学乐器的音准，这和他们对乐器的構造和发声方式等不是很了解有关。笔者和音乐老师便商定了让学生在寒假期间利用身边材料制作简易乐器这一跨学科实践活动。学生大多都知道声音是由物体振动产生的，但乐音的特性不同，带给人的音感也不一样。而如何利用身边材料制作出想要的声音，这就对学生提出了更高的要求。他们需要了解对应乐器的发声方式，筛选不同的材料，制作出合适的结构等，在参与制作的过程中，学生也就自然而然地把学科知识运用到其中。

（二）分析实际问题，设计解决方案

由于乐器种类繁多，学生在制作过程中有着各种想法。笔者从“八音盒”这一乐器的制作过程入手，总结出学生在制作过程中遇到的实际问题主要有三方面：材料选择、结构制作和音乐演奏。笔者由此出发，引导学生利用物理知识解决实际问题，锻炼学生的思维能力和动手能力。

1.材料选择

师：你们组想要自制八音盒，那你们知道八音盒的发声体是什么吗？

生：是里面的簧片。

师：那选择什么材料制作比较好呢？

生：目前准备的材料有硬纸板、塑料板、铝片、铁片等。

师：请你们做实验对比一下，找出这几种材料的优缺点。

（学生将几种材料制作成厚度、宽窄相同的单簧片，伸出桌边相同长度，并用同样大小的力拨动，记录声音的特点。）

生：硬纸板和塑料板制作的单簧片硬度较大，方便弹奏，但声音低沉、音质较差；铝片制作的单簧片硬度较小，容易发生形变，不利于长时间弹奏；铁片制作的单簧片声音清脆，但硬度很大，较难加工。

师：那你们最终确定用什么材料呢？

生：综合来看，我们还是选择铁片，可以请家长帮助加工。

设计意图：学生通过自主探究来选择簧片制作材料，既能深刻地认识到音调的高低受发声体的材料、长短、横截面积和松紧的影响，还能体会到工艺发展的艰辛与不易。同时，学生在探究的过程中，运用了控制变量的思想，发展了思维能力，并通过对比观察，选择出更合适的制作材料，为综合实践活动的顺利开展提供了有力依据。

2.结构制作

师：我们都知道，声音是怎样产生的呀？

生：声音是由物体振动产生的。

师：那怎样让你们用铁片制作的簧片振动发声比较好呢？

生：我们可以用手拨动或者用小锤敲击。

师：那我们来动手实验下，对比两种方式的具体发声效果。

（学生分别采取两种方式来弹奏制作好的簧片。）

生：用手拨动比较方便，相邻簧片间距太小，小锤难以准确敲击到对应簧片。但是，两种弹奏方式都无法准确控制声音的响度，容易影响乐曲演奏的整体感和舒适感。

师：那你们还能想到别的方式来弹奏簧片吗？

生：可以制作一个带有固定凸起块的滚轴，滚轴滚动时，自动拨动簧片。只要滚轴上的凸起块相同，滚轴到簧片的距离相等，弹奏簧片产生的声音的响度就能保持一致。

师：我们该如何让滚轴滚动起来呢？

生：我可以用乐高组装出一个摇柄，固定在滚轴上，摇柄离滚轴中心远一点，拨动簧片时就能更省力。

设计意图：由于对八音盒的构造没有深入了解，学生对发声的方式还停留在简单的敲击方面，后来通过查阅资料才认识到引起物体振动发声的方式很多。学生通过摇柄的制作，也学习到了轮轴的知识，这样既拓宽了学生的视野，也让他们了解到工艺制作的复杂多变，体会到“从物理走向社会”的真谛。

3.音乐演奏

师：请同学们用制作好的八音盒演奏一段乐曲。

（学生展示）

师：多么动听的声音啊！不过八音盒的声音比较小，有什么办法解决一下呢？

生1：可以将滚轴上的凸起块制作得大一些，这样簧片振动的幅度变大，声音的响度也会变大。

生2：可以再安装一个共鸣箱，使声音叠加起来，增强原声。

…………

设计意图：学生通过演奏自己制作的乐器，可以树立物理学习的自信心，培养探索钻研知识的兴趣。在实际演奏中，学生根据所听乐曲的效果，可以进一步了解乐器制作过程中存在的问题和改进的方向。以问题为驱动，激发学生的探索兴趣，锻炼学生利用跨学科思维解决问题的能力。通过不断的动脑思考、动手实践，学生进一步把学科知识融合起来。

（三）成果展示总结，思维拓展成长

师：请各小组展示所制作的乐器，并演奏一段乐曲。

（各小组演奏）

师：每个小组制作的乐器都很棒啊！那么，现在请大家来分享一下，你在自制乐器的过程中有着怎样的想法，制作完成后又有什么收获呢？

吉他组：没制作之前，我们觉得制作吉他很简单，后来才发现，平时弹奏的吉他竟然蕴藏着这么多的物理知识，每一个小误差都可能导致音质的变化，所以我们在吉他弦的材料选择和安装上花费了很多时间，从橡皮筋到鱼线再到钢丝等，我们做了很多尝试；在绷紧弦的过程中，螺丝钉经常被拉歪，我们又不断用其他物品进行固定，这些都让我们的动手能力变强，也让我们在一次次的失败中不断锤炼心态，持之以恒。

八音盒组：在簧片的制作过程中，我们请家长帮忙加工；在滚轴和齿轮的制作过程中，我们尝试了3D打印；在摇柄和盒体的制作过程中，我们用乐高进行了组装。我们发现，物理不只是书本上的知识，还可以往外延伸很多，这让我们对物理的学习更有兴趣了！

…………

师：请各位同学和听课老师将你认为乐器制作最优秀的一组写在投票纸上进行投票，参与乐器制作的同学不得给本組投票，我们来看看哪组制作的乐器更受大家的喜爱和认可。

设计意图：参与乐器制作的学生通过讲解选择制作该乐器的缘由、团队成员的分工、材料的选择和制作、遇到的问题和解决方法、最终的收获和成长等，进一步回顾和思考自己在项目学习过程中的得与失，也让其他同学和老师了解到每组成员的参与度、完成度等，每个听课成员都能根据自己所了解的信息进行较为准确的评价。这种个人与他人评价相结合、过程与结果评价相结合、理论和实际操作相结合的综合性评价机制，可以帮助学生总结知识、提升认知，让学生的学科思维得到进一步优化，核心素养得到锻炼，学习兴趣再次激发，达成深度学习的目的。

三、初中物理跨学科综合实践活动的思考

通过物理与音乐的跨学科实践的初步尝试，我们可以发现此类型项目活动的安排和执行并不容易。笔者认为目前存在的问题主要有以下几方面。

一是如何进行有效设计。本活动的设计初衷是运用物理知识来解决音乐学科学习中存在的问题，那又该如何用音乐知识来解决物理学科学习中存在的问题呢？以此类推，又该如何设计活动让学生从多个学科角度思考，从而解决问题？这需要物理教师更深入地了解其他学科的特点，更有针对性地去设计跨学科实践活动的学习项目。

二是如何提高学生的参与度。实践活动的设计要考虑学生的操作时间和空间问题，不能超出学生现有的条件，否则项目活动无法顺利完成；学生的分工也要安排好，确保每个人都能发挥自己的特点，有所展示和收获。

三是如何进行有效评价。综合实践活动没有标准答案，界定学生对知识的理解和掌握的角度需要从制作过程和成果展示上入手，而如何知悉学生的制作过程，需要教师全程参与。学生的每一个想法和行动都是他在尝试用所学知识去解决问题，所以关键过程的记录必不可少。

在初中物理跨学科综合实践活动中，笔者力求从理论和实践两个方面同时着手，开展切实可行的活动设计和评价，从中培养学生的跨学科思维和动手能力，丰富活动形式，提高教学质量，为落实物理学科核心素养提供新的途径。

【参考文献】

［1］教育部.义务教育物理课程标准（2022年版）［S］.北京：北京师范大学出版社，2022.

［2］陆军. 高中物理实验作业编制与实施的策略研究［J］. 物理教学探讨，2021，39（8）：11-14.

［3］陈刚.基于项目学习的初中物理综合实践活动的案例分析——以“自制简易望远镜”为例［J］.物理教师，2022，43（5）：43-47.