基于科学素养的初中物理跨学科实践作业的探索与实践

一、基于科学素养的跨学科实践作业的理论探索

《义务教育物理课程标准（2022年版）》中首次把“跨学科实践”列为五个一级主题（课程内容）之一，凸显了“跨学科实践”在课程标准中的地位。“跨学科实践”主题的内容具有跨学科性和实践性特点，与日常生活、工程实践及社会热点问题密切相关。这部分内容的设计旨在提升学生跨学科运用知识的能力、分析和解决问题的综合能力、动手操作的实践能力，培养学生积极认真的学习态度和乐于实践、敢于创新的精神。

（一）培养学生的科学素养是课程标准的“目标要求”

科学素养是指个体在了解科学知识、掌握科学方法、形成科学思维、具备科学态度和价值观等方面的综合素养。《义务教育物理课程标准（2022年版）》对培养学生的科学素养提出了具体要求：

1.具有初步的科学推理能力；有利用证据对所研究的问题进行分析和解释的意识，能使用简单和直接的证据表达自己的观点，具有初步的科学论证能力；能独立思考，对相关信息、方案和结论提出自己的见解，具有质疑创新的意识。

2.有科学探究的意识，能发现问题、提出问题，能制订简单的科学探究方案，会通过实践操作等方式收集信息，初步具有对科学探究过程和结果作出解释的能力。

3.初步认识科学本质，体会物理学对人类认识深化及社会发展的推动作用；崇尚科学，乐于思考与实践，不迷信权威，敢于提出并坚持基于证据的个人见解，勇于放弃或修正不正确的观点；能关注科学技术对自然环境、人类生活和社会发展的影响，遵守科学伦理，有保护环境、节约资源的意识，能在力所能及的范围内为社会的可持续发展做出贡献，具有实现中华民族伟大复兴的责任感与使命感。

（二）跨学科实践作业的意义

跨学科实践作业是指打破学科界限，将不同学科的知识、方法、技能有机融合到一项或多项实践活动中，通过解决实际问题提升学生的综合素养。对于初中物理教学而言，跨学科实践作业的意义在于：

1．增强学习兴趣：将物理知识与其他学科知识相结合，使学习内容更加生动有趣，以激发学生的学习兴趣。

2．促进知识整合：帮助学生建立知识间的联系，形成系统的知识网络，提高学习效率。

3．培养创新思维：鼓励学生在实践中发现问题、提出假设、设计方案、验证结论，培养创新思维和问题解决能力。

4．提升科学素养：通过实践活动，让学生体验科学探究的过程，培养科学精神、科学态度和科学价值观。

（三）跨学科实践作业设计的原则

1．主题化原则：在深入了解物理学科知识体系的基础上，结合学生的认知水平，确定单元作业主题，实现知识的整合与拓展。

2．开放性原则：丰富作业形式，以多种方式呈现作业，为学生提供多种完成作业的途径。

3．项目化原则：通过设置真实性的项目学习任务，让学生在完成复杂、具有挑战的学习任务中提升问题解决能力。

4．探究性原则：设置具有探究价值的问题，引导学生在探究的过程中培养科学思维。

5．学科性原则：依据新课程标准，将作业设计分为前设计、具体设计、评价再设计三个阶段，确保作业的学科性。

二、跨学科实践作业设计的案例

（一）农村智能温室蔬菜大棚调查

1.设计意图

智能温室系统有许多新型智慧之处，以温室种植茄子为例，选取其有代表性的、涉及各学科专业的知识来设计作业，旨在考查学生的知识综合应用能力，进一步说明“物理来源于生活，物理服务于社会”，引导学生关注日常生活，关注工程实践，符合课程标准关于跨学科实践作业的要求。

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2.前期准备

利用电脑搜集互联网上“智能温室”的相关材料信息，学生6人一组，交流讨论，并回答以下问题。

（1）智能温室有什么优点（写出3个）：________ 、________、________。

（2）智能温室适合种植什么类型的蔬菜（写出2种）： ________ 、________。

（3）根据智能温室的基本组成框架图（见图1），你认为建设智能温室需要哪些学科的技术支持，完成表1（仿照示例，写出2条）

3.作业内容

某科研小组在智能温室大棚中采用无土栽培形式种植茄子。

（1）茄子的营养液配方如下：（单位：毫克/升）硝酸钙354，硫酸钾708，磷酸二氢铵115，硫酸镁246。写出硝酸钙和硫酸钾的化学式： ________ 和________ 。

1升的营养液中可为茄子的生长提供钾元素的质量为 mg。大棚中二氧化碳气肥的来源采用化学法，即碳酸氢钠与硫酸在简易的气体发生装置内产生二氧化碳气体，请写出生成二氧化碳的化学方程式 。

（2）茄子的生长过程中吸收的 和 是不同的，同时进行的 作用是绿色植物吸收光能，把二氧化碳和水合成富能有机物，并释放出 。

（3）茄子的适宜种植温度范围为24～30℃，图2是智能温室内环境温度控制简易示意图，温控开关在环境温度高于30℃时自动断开，环境温度低于24℃时自动接通电路。利用这一特性，请用图2中给出的元件连成一个电加热器自动控制电路。

（4）要求：①电热丝中加热冷水时红绿指示灯都亮；②水温上升到30℃后，电热丝不加热，红指示灯熄灭，绿指示灯亮。

（二）设计家庭节能方案

1.设计意图

以“设计家庭节能方案”为主题，教师结合物理学、地理学、数学、工程测量技术、气象学等多学科知识，制订合理的教学与作业计划。教师通过大概念落实科学知识、科学内容，关注社会热点、日常生活和交叉学科，精选项目学习内容。

2.作业内容

【设计活动任务】

任务1：发现问题——探究当前家庭用电现状及节能的重要性。

任务2：数据收集——收集家庭一个月各电器的耗电情况。

任务3：数据分析——将测量的电器耗电数据以图表形式表现，分析数据间的关系。

任务4：形成方案——设计一份家庭可行性节能方案。

教师根据不同任务群的要求设计不同类型的作业，如调查报告、图表设计、实验测量等，让学生可以根据自己的水平完成作业。

【评价反馈】

教师制订开放性的评价标准量表，从自评、互评和师评三个维度对学习过程进行评价，打通上下反馈渠道，实施分层、分类反馈，注意尊重每一位学生，做到及时反馈、有效反馈、用心反馈。

【跨学科知识点整合】

物理学：电能消耗、能量转化、电路分析等。

地理学：太阳能利用、气候变化与能源需求等。

数学：数据统计分析、比例计算、图表绘制等。

工程测量技术：家庭电器能耗测量、节能设备安装等。

气象学：季节变化对家庭用电的影响等。

3.作业建议

教师角色：教师需引导学生进行科学探究，鼓励学生不断探索，提高分析问题、解决问题的实践本领和科学思维能力。

教学方式：采用多样化的教学方式，如小组合作、实验探究、调查报告等，合理运用信息技术手段。

学习资源：整合多方教育资源，包括教材、网络资源、实验器材等，为学生提供丰富的学习素材。

4.预期成果

学生作品：形成一份具有可操作性的家庭节能方案。

能力提升：提升学生的观察能力、理解能力、分析能力、实验探究能力、协作组织能力以及理论与实践相结合解决问题的能力。

科学素养：增强学生的科学素养，培养创新思维和批判性思维。

（三）实践作业——制作气压计，测量大气压

1.设计意图

教师鼓励学生在实践中学习，在实践中激发学生的学习兴趣，培养学生的集体观念和合作精神。通过数据感知大气压的变化，激发学生的探究欲望，增强学生的体验感、成就感。

2.作业内容

（1）请学习小组各设计一个气压计，可以上网查询相关资料，也可以在教师的指导下完成。

（2）感受不同高度大气压的变化。乘坐电梯上楼，看看你的气压计示数怎样变化，也可以在父母陪伴的登山活动中感受山脚大气压与山顶大气压有什么不同。说一说物理原理。

（3）跨学科体验。用自制气压计感受晴天、雨天气压的变化，了解天气预报的原理，了解地理“等高线”的意义。

3.作业评价

实践作业能激发学生的学习兴趣和热情，本作业打破了学科壁垒，能用物理知识解释地理学科中的相关内容，开阔学生的视野。

三、评价与反思

（一）评价方式

跨学科实践作业的评价方式是多方面的，评价方式的选择要突出评价的育人功能，通过评价激励学生参与到跨学科实践项目中，通过评价培育学生的科学素养。主要有以下几种评价方式：

1．过程性评价：关注学生在跨学科实践作业中的参与度、合作能力、问题解决能力等。

2．成果展示与评价：通过学生提交的实验报告、设计作品等成果，评价其对压强概念的理解程度及跨学科应用能力。

3．同伴评价与自我评价：鼓励学生相互评价作品，同时进行自我反思，提升自我认知和学习动力。

（二）反思与改进

跨学科实践作业实施过程可以围绕以下几方面进行反思与改进。

1．内容整合度：回顾跨学科实践作业的设计过程，检查各学科知识是否有效整合，是否存在知识盲点或重复。

2．难度适宜性：根据学生的实际表现和反馈，调整作业难度，确保既具有挑战性又符合学生的认知水平。

3．资源利用：评估实验材料、工具等资源的利用情况，思考如何更高效地利用现有资源或开发新的教学资源。

4．学生兴趣与参与度：关注学生在跨学科实践作业中的兴趣和参与度，分析影响学生积极性的因素，并采取措施加以改进。

四、总结与提升

（一）素养立意：培育科学素养的出发点与落脚点

跨学科实践以学生科学素养的培育为出发点和落脚点。它强调学科知识的整合发展，关注学科科学概念及跨学科大概念的运用，通过现实问题的跨学科解决，培养学生的理想信念、社会责任感、创新精神与实践能力。这种实践方式有助于打破学科壁垒，让学生在解决实际问题的过程中，综合运用多学科知识，形成跨学科的综合素养。

（二）综合学习：提升知识整合与应用能力

跨学科实践推动学生把当下所学与所处的学校情境、社会情境和未来职业情境加以联结。它提供给学生综合运用不同学科领域的内容和方法解决问题或完成任务的机会，是一种“活动”的学习、“协作”的学习和“反思”的学习。通过跨学科实践，学生能够更全面地理解知识的内在联系，提升知识整合与应用能力，从而更好地适应未来社会的发展需求。

（三）融合创新：拓展认知边界与激发创意

跨学科实践超越传统单一学科方法的束缚，在解决真实问题中借用、移植多学科的方法，拓展认知边界。它尝试用更广阔的思路实现不同学科知识的碰撞，从而产生新的创意，实现知识创新。这种创新能力的培养，对学生未来的个人发展和社会进步具有重要意义。

（四）具身行动：强调亲身体验与具身实践

跨学科实践倡导超越传统心智层面的学习，积极发挥“身体参与”的作用。它强调学生学习的亲身体验与具身实践，让学生在问题解决的基础上，将解决方案与个体想法付诸实践，实现“身心一体”的活动学习。通过具身行动，学生能更深入地理解知识，提升实践能力，有助于培养责任感和担当精神。

（五）适应社会发展需求：培养具备科学素养的高素质人才

跨学科实践有助于培养学生的社会责任感、创新精神与实践能力，这些素养是现代社会对高素质人才的基本要求。通过跨学科实践，学生能够更真切地认识真实世界，有效解决实际问题，激发内在的学习兴趣，促进知识的共享以及高阶思维的发展。

综上所述，跨学科实践在培养学生科学素养上具有重要意义。它不仅能够提升学生的知识整合与应用能力，还能促进学生的全面发展，培养学生的社会责任感、创新精神与实践能力。

（作者单位：福建省松溪县第三中学）

编辑：赵文静