初中物理跨学科实践教学策略研究

［摘 要］文章依据《义务教育物理课程标准（2022年版）》，以“制作螺旋桨飞机”为具体案例，精心设计了包含活动规划、问题解决、展示评价三个阶段的跨学科实践教学活动，旨在为初中物理跨学科实践教学的有效实施提供参考。

［关键词］初中物理；跨学科实践教学；螺旋桨飞机

［中图分类号］ G633.7 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-6058（2024）26-0042-03

《义务教育物理课程标准（2022年版）》在课程内容的设置上新增了“跨学科实践”一级主题，它作为物理课程内容的重要组成部分，课时数至少占总课时的10%，这充分显示了该部分内容与其他一级主题享有同等的地位［1］。“跨学科实践”是新课标的新增内容，目前仍处于“摸着石头过河”的探索阶段。本文解读跨学科实践的内涵，并以“制作螺旋桨飞机”为例，设计包含活动规划、问题解决、展示评价三个阶段的跨学科实践教学活动，以期为初中物理跨学科实践教学的有效实施提供参考。

一、跨学科实践的内涵

跨学科实践包含“跨学科”与“实践”两个部分，笔者通过对“跨学科”与“实践”这两个核心概念进行分析，以求能够较准确地理解跨学科实践的内涵。

（一）跨学科

“跨学科”一词最早由美国哥伦比亚大学心理学家伍德沃斯提出，一般指在遇到单一学科难以解决的问题时需要整合两个或两个以上的学科知识来解决，进而创造出新知识［2］。物理学中的“跨学科”通常是指以物理学科为中心，在物理学科中选择一个中心课题，然后围绕这个中心课题，运用不同学科的知识，对课题进行教学设计并实施。

（二）实践

哲学家认为，“实践”是人类同现实世界进行的有目的的、复杂的相互作用过程［3］。在物理学中，“实践”通常是指人们在研究自然规律和建构模型时所进行的活动。而实践性是“跨学科实践”的首要特征。

（三）跨学科实践

“跨学科实践”是指围绕学科知识，选取合适的主题，综合运用相关学科的知识，设计和开展系统性、综合性、开放性的学习实践活动。它不只是跨越学科之间的界限，还应将本学科知识融入日常生活、工程实践和社会发展中，并围绕生活中有价值的真实问题，开展与学科相关的实践活动。

二、初中物理跨学科实践教学的策略——以“制作螺旋桨飞机”为例

根据国家物理课程标准修订组核心成员黄恕伯老师提出的初中物理跨学科实践教学的四个特点：跨学科实践活动要有课标内容要求的引领、跨学科实践内容应是有价值的真实问题、跨学科实践过程中学生要有明确的驱动任务、跨学科实践活动应最终产生可物化的实践成果，初中物理跨学科实践教学可按照如图1所示的基本流程进行。

（一）活动规划——挑选具备真实情境的课题

“制作螺旋桨飞机”跨学科实践活动以苏科版教材八年级下册第八章、第九章和第十章力学与压强相关内容为学科知识基础，融合了初中物理和工程技术的跨学科探索，旨在将现实素材转化为实践性、开放性和综合性的跨学科实践活动。“制作螺旋桨飞机”跨学科实践教学的“活动规划”内容主要包括：（1）创设情境使学生产生跨学科实践活动需求，以实践活动需求驱动物理学习；（2）设计驱动性问题，引导学生自主制定科学合理的工程制作标准；（3）将活动过程进行分解，明确相应的具体任务。

1.创设情境，以实践活动需求驱动物理学习

教师首先向学生展示螺旋桨飞机的图片，然后播放一段抗战时期我国飞行员与日军战斗的纪录片片段，最后提出以下问题：

问题1：大家观看完我国飞行员与日军战斗的视频后，有什么感受？

问题2：你们是否想拥有一架这样的螺旋桨战斗机？

设计意图：通过播放抗战时期我国飞行员与日军战斗的视频进行情境创设，激发学生的好奇心，唤醒其内在探究学习的驱动力，并使其产生制作螺旋桨战斗机模型的需求。

2.交流讨论，制定工程制作标准

教师在学生制作飞机模型前组织学生讨论交流，确定飞机模型的最终成果验收标准（见表1）。

设计意图：让学生交流讨论，确定螺旋桨飞机的最终成果验收标准，明确活动的目标。

3.分解活动，体会工程的系统性和复杂性

因为工程实践活动比较复杂，通常无法一步完成，所以需要将活动分解成多个子项目。活动分解可根据制作过程需要的步骤和运用的物理知识来进行。“制作螺旋桨飞机”跨学科实践活动可分解成三个项目完成，即分析飞机上升的原理、绘制飞机模型图纸、制作与完善飞机模型。

设计意图：通过对实践活动进行分解，使学生体会到工程的系统性和复杂性，从而培养学生设计图纸和解决问题的能力。

（二）问题解决——设计跨学科实践方案

通过活动规划，学生明确了跨学科实践学习任务，从而开始解决问题。本环节依据分析飞机上升的原理、绘制飞机模型图纸、制作与完善飞机模型三个步骤来确定相应的跨学科实践任务。

实践任务１：分析飞机上升的原理

基于“制作能飞行的螺旋桨飞机模型”这一目的，为了帮助学生找到飞机设计的知识基础与原理依据，教师设计以下问题引导学生思考。

问题1：从受力角度分析，飞机要上升即向上运动，需满足什么条件？

问题2：哪个物体对飞机施加一个向上的升力？

问题3：空气对飞机施加一个向上的升力需要满足什么条件？

问题4：怎样使飞机在地面上向前运动？

问题5：要使飞机能更容易起飞，飞机的制作材料有什么要求？

问题6：飞机制作过程中运用了哪些物理知识？

设计意图：通过设计问题链，引导学生深入思考和讨论，最终得出飞机能起飞的条件：所受的向上的力大于或等于向下的力。为实现这一条件，可将飞机设计成流线型，以使飞机受到一个向上的大气压力差。基于“力的作用是相互的”这一物理原理设计螺旋桨，通过螺旋桨对空气施加一个向后的推力，从而使空气对飞机产生一个向前的反作用力，推动飞机向前运动。这样的教学，使学生不仅明确了螺旋桨制作的物理原理，还让他们明确了制作飞机模型所需的材料，包括泡沫、裁纸刀、螺旋桨、小电动机、电池、车轮等。

实践任务２：绘制飞机模型图纸

“制作螺旋桨飞机”这一实践任务要求学生画出螺旋桨飞机模型的简易图纸。对此，教师可引导学生仿照现实的螺旋桨飞机，画出符合活动需求的简易版螺旋桨飞机设计图（如图2）。

设计意图：通过画飞机模型的简易图纸，让学生深刻认识到力与运动、力的相互作用、大气压等物理知识在工程实践中有重要的应用，同时在绘制飞机模型图纸的过程中，锻炼运用图像来表达设计思路的能力。

实践任务３：制作与完善飞机模型

学生首先根据绘制的图纸制作飞机模型，确保所制作的模型能够符合产品的最终验收标准；随后对飞机模型进行试飞，以检验其性能。根据试飞的效果，学生对照工程验收标准，对飞机模型进行修改和完善。在制作和试飞的过程中，教师可以适时引导学生思考以下问题：

问题1：你有哪些不同的方法可以使飞机更容易飞起来？

问题2：这些方法背后蕴含了哪些物理知识？

设计意图：通过制作与完善飞机模型的实践活动，让学生深化对力与运动、密度与质量等物理知识的理解，锻炼学生使用工具制作实物模型的能力，同时使学生真实地感受到物理知识在生活生产和工程实践中的应用价值。

（三）展示评价——培养物理学科素养

本环节要求学生以实践小组为单位进行汇报。汇报时，各小组要从飞机的制作原理、结构设计以及所采用的改进方法等多个角度，详细介绍自己小组的制作过程和最终产品。如图3所示，即为某组同学制作的螺旋桨飞机模型。

设计意图：让学生在汇报和展示自己制作的产品的过程中，对跨学科实践过程进行全面梳理，加深对力学知识的理解，进而培养学生的交流与论证能力和物理学科素养。

三、关于跨学科实践教学的思考

为了有效实施跨学科实践教学，培养学生的解决问题能力和动手操作能力，教师在设计活动时需关注以下几点：

（一）要突出“跨”与“实践”的特点

跨学科实践的核心在于“跨”，这要求教师综合考量学生的学科知识结构和掌握情况。在设计活动时，须围绕跨学科实践主题整合各学科知识，并精选学生感兴趣且源自日常生活、工程实践和社会发展的课题。具体而言，“跨”意味着超越物理学科的界限，将物理学与日常生活、工程实践、社会发展等进行深度融合，设计并开展系统性、综合性、开放性的实践学习活动。

跨学科实践的另一显著特征是实践性，要求选取的主题和设计的教学活动具有可实践性和可探究性。设计的驱动任应能促使学生主动实践。教师应在学生的“最近发展区”设置难度适中、在指导下能完成的实践任务，以确保学生通过实践活动能获得具体成果。

（二）以物理知识为主线

尽管强调“跨学科实践”，但教学活动仍需以物理知识为主线，以日常生活实例、工程实践案例、社会发展趋势以及和其他学科知识为辅线。在教学设计与实施过程中，应始终凸显物理学科的主体性，让学生在实践中跨越物理学科与现实世界及其他学科之间的界限，综合运用所学知识解决实际问题。

中学物理的跨学科实践过程应当始终立足于物理学科，要求学生将物理知识和方法应用于实际问题的解决。物理跨学科实践活动通常是解决真实有价值的问题。在解决问题的过程中，教师应引导学生立足于物理学科，从物理学的视角去思考问题，并利用科学的思维方法去解决问题。同时，教师还应鼓励学生跨越物理学科的界限，应用其他学科的知识来共同解决问题。

（三）选择有价值的真实问题

初中生的抽象思维能力还处在发展阶段，相对较弱。选择生活中真实有价值的问题，能给学生带来亲切感，让他们感受到物理就在身边。这种亲切感不仅可以减少学生的畏难心理，还能很好地激发与调动学生的学习兴趣与积极性。因此，跨学科实践教学应当围绕生活中有价值的真实问题来展开。这样，学生可以充分体会到自己所学的物理知识最终能够落实到实际生活中去解决问题。

本研究依据《义务教育物理课程标准（2022年版）》，设计出包含活动规划、问题解决、展示评价三个阶段的跨学科实践教学活动框架，并给出相应的实施路径。基于初中物理和工程实践的跨学科融合，开发出了“制作螺旋桨飞机”案例，该案例实现了物理学与工程学的跨学科实践，并且注重培养学生应用物理知识解决问题的能力。“跨学科实践”是《义务教育物理课程标准（2022年版）》新增的一级主题内容，它代表了一种新的学习方式。在教学实践中，教师需要不断研究如何选择合适的跨学科实践课题，并探索如何设计更科学的教学过程，以进一步完善跨学科实践教学策略。

［ 参 考 文 献 ］

［1］ 李春密，张霄.义务教育物理课程标准（2022年版）的变化分析［J］.物理教师，2022（6）：35-44．

［2］ 李万龙.基于省级课程基地，实施跨学科融合教育［J］.江苏教育研究，2017（2/3）：24-27．

［3］ 中共中央马克思恩格斯列宁斯大林著作编译局.马克思恩格斯选集：第3卷［M］.北京：人民出版社，1995．

（责任编辑 黄春香）