核心素养背景下跨学科融合教学的思考与设计

邹玉　王昕宇

摘   要：注重学科渗透对于学生核心素养的提升是至关重要的。文章以“冬奥会中的科学奥秘”为例，阐述了在教学中要根据实际情况合理整合教学资源，有效实现学科融合教学，通过创设情境、探讨交流、分组制作、汇报评估等策略，引导学生理解不同学科知识在生活实际中的密切联系，通过学生亲历创造性活动培养其科学思维。

关键词：核心素养;融合教学;温度计;设计;制作

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2022）6-0077-4

初中物理教学要注重对学生科学精神、科学素养的培养。物理学科科学素养主要由“物理观念”“科学思维”“科学探究”和“科学态度与责任”等构成，是学生在学习过程中逐步形成的、带有物理学科特点的、适应个人终身发展和社会发展需要的关键能力和必备品格，是学生科学素养的重要组成部分。

新课程标准中强调要“从生活走向物理，从物理走向社会”，教学要贴近学生生活，符合学生认知特点，激发并保持学生的学习兴趣，让学生通过学习和探索，掌握相应的基础知识和基本技能，并能将其应用于实践。同时，课程标准中强调“注意学科渗透，关心科技发展”，让学生了解自然界事物的相互联系，注意学科间的联系与渗透，关心科学技术的新进展，关注科技发展给社会进步带来的影响，逐步树立正确的世界观。

物理学科与地理学科在专业知识、思维能力上有很多交叉联系，进行“物理+地理”的融合教学，促进学生对相关知识的联系、理解与应用，不仅为教师提供开阔的教学思路、进一步挖掘教学的潜力，而且可以帮助学生建构更完整、更丰富、更系统的知识体系，有利于其终身全面的发展。笔者以“冬奥会中的科学奥秘”为例，谈一谈“物理+地理”的融合教学设计。

1    初识冬奥

【教学片段】

师：为什么北京和张家口能成为冬奥会城市？请结合中国气候类型图、地形图、1月份平均气温分布图、干湿区分布图，从自然地理环境和物理知识的角度分析选址原因。

生A：北京和张家口位于1月0 °C等温线以北，纬度较高，冬季气温低。

生B：0 °C是冰雪的熔点，因为两个城市1月平均气温都低于0 °C，所以冰雪保存时间长。

生C：北京和张家口位于400 mm～800 mm年等降水量线之间，说明由于距离海洋较近，水汽较多，冬季降雪多。

生D：从地形图可以看出，两个城市都有山地的地形条件，可以进行滑雪运动。

师：我国南京、拉萨、乌鲁木齐、哈尔滨四个城市未能成为冬奥会候选城市，请从自然地理环境和物理知识的角度给出相应的解释。

生A：南京位于1月0 °C等温线以南，气温条件不足，冬季降雪少。

生B：乌鲁木齐距离海洋远，降水条件不佳，冬季积雪不稳定。

生C：拉萨位于青藏高原上，海拔高，运动员容易出现高原反应，从而可能影响比赛。

生D：奥组委对举办地的极限低温是有要求的，哈尔滨冬季气温特别低，运动员容易冻伤。

师：你认为还可以从哪些方面判断冬奥会选址的特征？可以从学科知识或人文知识等角度思考。

生A：可以把历届冬奥会地址放在一起比较分析。

生B：可以查阅一下历届冬奥会获奖选手的分布地，通过对比选手分布地进行分析。

生C：我们国家冬奥会的参赛选手大多是北方人。

生D：可以统计冬奥会各国的获奖情况，排名前列的国家多分布在高纬度高海拔的地区。

【教后反思】

生活与课堂本就紧密相连，今年冬奥会刚刚告一段落，可以深入思考并挖掘物理、地理学科与冬奥会之间的关联，充分利用冬奥会的宝贵教育教学资源增色课堂。“初识冬奥”的环节中，精选其中与物理学科相关联的“物态变化”内容、与地理学科相关联的“自然地理要素”内容，点拨学生结合已有经验和基础，综合利用物理和地理学科的原理解读冬奥会选址背后的原因。

在分析、讨论、交流、解决问题的过程中，学生不断地提取并整合相关联的知识，找到“1月0 °C等温线”与“冰雪熔点”的关系，思考“北京和张家口冬季气温特点与积雪量丰富”的联系，运用物理和地理学科知识从不同角度相互补充说明，从而能够融会贯通地解决生活中的实际问题，促进物理和地理学科素养的共同发展，提升综合素质和适应社会的能力。

同时，引导学生在启发思维、学习知识、掌握并应用方法的同时，深入了解冰雪运动、激发其爱国情怀，实现情感、态度与价值观的培养。

2    助力冬奥

由于冬奥会所有的项目均在冰雪上进行，对气温的要求十分苛刻，气溫过低或过高都容易影响运动员的水平，因此比赛期间气象监测保障工作十分重要。因此，教师请学生分小组尝试设计与制作温度计，助力冬奥（该项任务教师提前一周布置给学生，上课时各小组代表上台汇报并展示，其余小组聆听并点评）。

【小组任务】

制作器材：

玻璃瓶（小烧瓶或塑料瓶）、软木塞（橡皮塞或橡皮）、玻璃管（塑料管或吸管）、红墨水（煤油），条件允许的话可以适当增加其他器材。

制作要求：

（1）设计与制作常用液体温度计并标上刻度;

（2）思考：如果温度计不够灵敏，如何改进？

（3）思考：如何设计报警温度计？如彩色显卡式刻度盘。

（4）思考：如何设计自动报警温度计？

【小组展示】

学生已经学过有关声现象、物态变化、光学知识。每一个小组都设计、制作了常规的液体温度计，并标注刻度或彩色图标，如图1所示，在此不过多描述。下面主要呈现一些学生“脑洞大开”的自动报警温度计的设计与制作。

方案1：如图2所示，选用医学小吊瓶和塑料滴管，将塑料滴管与吊瓶瓶盖的一部分剪去，再将滴管向下插入吊瓶内，用胶水密封连接处。在瓶盖上挖出一个小孔，将一根导线的一端插入小孔，再用胶水密封导线与小孔连接处。滴管末端开一个小孔，另一根导线一端插入到滴管内一定深度。外部电路连接有电池组、开关、小灯泡和蜂鸣器的电路板。当温度升高时，塑料管里的液柱会升高，达到上方的导线处，小灯泡会亮，同时蜂鸣器发出声音，即为报警。

学生反思：电路接通后，因为水中并不含有大量的电解质，所以导电性不是太好。我们在水中加入适量的盐或碱，形成盐或碱的水溶液，可以增强其导电效果。但考虑现场温度均在0 ℃以下，盐水也可能会结冰，导致温度计无法使用，可以把测温液体更换为水银或其他凝固点较低且导电性较好的液体。

方案2：如图3所示，在温度计玻璃管上端放置一个小钢珠，同时在玻璃管口倾斜放置一个导轨，导轨的下端附近悬挂一个铜铃。当温度升高时，玻璃管内的液柱上升，当温度升高至报警温度时，液柱正好升高至小钢珠位置并推动小钢珠，使小钢珠沿轨道下滑并撞击铜铃发出声音，从而达到报警的效果。

学生反思：温度升高，玻璃管内液柱确实会上升，但是液柱的升高应该非常缓慢，而且到达小钢珠位置后容易溢出，不一定能推动小钢珠沿轨道下滑。进而，该小组将此方案改进为下面的方案3。

方案3：取消方案2中的小钢珠和轨道，再加一个滑轮和两个与玻璃管口径吻合的铁块，安装如图4所示。当温度升高时，玻璃管中液柱随之升高，并推动铁块上升，而左侧的铁块会下降，当温度达到报警温度时，左侧铁块正好撞击铜铃发出声音，达到报警效果。

学生反思：要求铁块与玻璃管非常的吻合，不能留有缝隙使液体溢出。同时，测温液体对铁块产生的浮力不一定能让铁块往上移动。如果温度是缓慢升高，铁块可以缓慢移动，左侧的铁块撞击铜铃的幅度可能很小，以致铜铃发出很微弱的声音，使得报警效果不明显。

方案4：如图5所示，将温度计上方的玻璃管选用L形玻璃管，并且选一些直径与玻璃管内径刚好吻合的钢珠。在玻璃管的内侧涂抹一些润滑油，并用钢珠封闭一些空气在钢珠与测温液体之间的玻璃管内。当温度升高时，测温液体受热膨胀向上挤压气体，从而使空气向左推动小钢珠，当温度达到报警温度时，刚好使得小钢珠从玻璃管中掉落至金属容器中，从而撞击容器发出声音，达到报警的效果。

学生反思：在生活中难找到直径与玻璃管内径十分吻合而又不漏气的小钢珠。同时，如果测温液体热胀冷缩现象不够明显，封闭的一部分空气也难以推动小钢珠向左移动，操作起来难度较大。

方案5：准备泡沫、气筒、哨子、夹子、玻璃瓶、玻璃管，安装如图6所示。将泡沫粘在气筒底部，用夹子固定气筒，当温度升高时，测温液体膨胀，液柱上升，从而推动气筒向上运动，泡沫带动气筒吹响哨子从而报警。

学生反思：温度升高时，测温液体受热膨胀，液柱肯定会升高，但若要推动泡沫带动气筒吹响哨子，需要的力还是比较大的，同时吹响哨子需要短时间内施加力或持续施加较大的力，实际中难以实现。

方案6：如图7所示，在温度计两端装入金属丝，温度升高，液柱上升，当温度上升到上端金属丝所指温度时，左侧电路闭合，电磁铁线圈就有电流通过，电磁铁产生磁性吸引衔铁，使触点开关闭合，右侧电路闭合，电铃响，发出报警信号。

学生反思：如图8所示，连接声音报警电路，将导线一侧插入加入食盐的玻璃瓶中，将玻璃瓶放入热水中，随着液柱升高，与另一导线接触，此时闭合开关，电铃不响。说明即使加入盐水，导电性依然无法同导线相比，因此没有实现温度计声报警，但如果玻璃瓶中装入水银，导电性能加强，则闭合开关后，电铃响而实现声报警。或者将灯泡、电铃及温度计连入同一闭合电路中，只要导电性好，可实现声光报警。

【教后反思】

学生的知识基础主要是掌握物态变化的相关知识，对浮力、电路、杠杆、电磁转换等相应知识完全是生活经验的积累或阅读科普知识获得，但学生的设计着实让老师大开眼界。

首先，本次学生活动中，教师仅仅是对学生提出制作的总体要求，并未參与到学生的具体制作过程之中，直到上课学生展示时，教师才真正欣赏到学生的成果;其次，通过学生的现场汇报可知，他们切实经历了“设计方案—自选材料—动手制作—测试效果—反思原因—调整方案—优化设计—完善制作”等的一系列过程。经历设计与制作的过程，学生切实感受到每一项制作与创造并非都是一步完成，要经历反复改进、完善及优化的过程，同时也让学生感受到系统学习物理知识的重要性以及自己知识的不足。通过动手参与、亲历制作，学生获得的不仅仅是知识的巩固与完善，更多的是思维与能力的提升。

3    教学总结

跨学科融合教学，让学生切实感受到学科之间知识的内在联系。科学探究不仅仅是在课堂上进行一次演示实验，或是学生到讲台进行一次简单的操作，更重要的是让学生经历设计、探究、制作、评估、优化的过程，知道如何完善习得的知识，如何将知识应用于生活实际，正所谓从生活走向物理，从物理走向社会。学生在经历了开发与设计、制作与创造、展示与汇报、交流与合作等一系列环节，很大程度上激发了他们学习与探索的欲望和积极性，同时对已有知识的理解会更加深刻，对思维能力的提升会更加有效，对科学方法的掌握会更加切实。因此，教师应注重科学探究式教学，创造学科融合教学的机会，重视学生的动手设计与制作，利用手边的物品“变废为宝”，充分发挥学生的能动性，让学生从探索中掌握知识，从实践中提升能力。

总之，教师要把教学内容与学生已有的知识和经验有机结合起来，合理创造学科融合教学情境，加强教学资源的合理整合、注重实验的开发与设计、充分调动学生的学习兴趣和积极性，让学生经历合作、设计、制作、评估、优化的过程，在掌握知识的同时不断提升思维与能力水平，力争做到让学生将知识有效应用于探究，在创造中提升学生的科学素养。

参考文献：

[1]邹玉.核心素养下物理概念教学的实验设计——关于“杠杆力臂教学”的思考与设计[J].中学物理教学参考，2020，49（7）：24-27.

[2]中华人民共和国教育部.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，2022：2-5.

（栏目编辑    李富强）