“双减”政策下初中物理跨学科主题校本作业的设计——以“物态变化”章节为例

文| 游晓斌

随着“双减”政策的全面落实和新的课程标准的实施，学科之间的界限被打破，跨学科教育成为当前教育改革的重要方向之一。物理作为一门基础学科，其内容与其他学科有着密切的联系。以“物态变化”章节为例，探索一种有效的跨学科主题校本作业设计方法，旨在为学生创造一个综合运用物理知识和其他学科知识间相互沟通的桥梁。

一、结合数学函数图象知识，设计模型构建性作业

利用初中函数知识，可以将物态变化与函数的概念和性质相结合，使学生更全面、深入地理解物态变化的过程和原理，提升学生的综合能力和跨学科思维能力。函数图象可以展示不同物质在不同温度下的状态转变情况。函数图象可以直观地呈现物质温度、状态随时间的变化而产生的变化，使学生更好地理解能量变化、温度变化引发的物态变化的有序性。在“温度”一节的教学中可以利用初中数学函数的相关知识设计一道作业。

题目：

温度与时间的函数关系

问题描述：

我们知道，温度是物理学中一个重要的概念。常见温度的单位为摄氏度（℃）。假设我们有一组温度数据和对应的时间数据（见表1），现在请你根据所给的数据分析温度的变化规律，并使用数学函数图象来描述温度随时间的变化关系。

表1 时间/温度变化表

请你完成以下任务：

1.利用给定的数据绘制时间与温度的散点图，并在图上标注坐标轴和点的坐标。

2.根据所给的数据，用函数表达式来表达温度随时间变化的规律。

3.根据所建立的函数模型，预测当时间为60 分钟时，温度应该是多少摄氏度。

第一个题目的散点图如图1 所示

图1

根据初中数学知识以及上述函数图象可以判断，该函数为一元一次函数，带入上述数值可以发现函数式为y=0.2x+20。因此，当时间为60 分钟时，带入可以发现温度为32℃。

二、借助初中地理气候知识，设计综合运用性作业

初中地理中的“天气与气候”知识和初中物理中的“物态变化”知识之间存在着密切的联系。物态变化是指物质由一种状态转变为另一种状态的过程，如固体→液体→气体等。天气现象是指大气中温度、湿度、风速、降水等参数的变化。这些天气现象中包括了整个物态变化过程，如冰雹、雨水、霜、雪分别通过凝固、液化、凝华等物态变化过程而形成。因此，学生通过学习物态变化的过程，可以更好地理解天气现象的形成。“物态变化”一章中涉及了气体的状态转变，如液体蒸发为气体、气体液化为液体等。而地理的天气与气候主要研究的就是气候的变化和气候因素的影响。了解物理中的固、液、气状态转变，可以帮助学生深度理解空气中水蒸气的生成和变化，以及影响天气和气候的气体成分和气体状态的变化。同时，学生通过学习物态变化中的能量变化，可以更好地理解和解释天气现象中的能量变化和它们之间的关系。据此可设计如下作业。

题目：

结合地理气候变化和水循环的分析，深入理解自然界的物态变化。

问题描述：

物态变化是自然界中常见的现象，如水的蒸发、冰的融化等。通过本次作业，我们将探究自然界中物态变化的深层原因，以加深对物态变化的理解。

请你完成以下任务：

1.根据自己的观察和经验，列举至少5 个天气变化中不同的物态变化现象。可以包括固体、液体和气体之间的相变，也可以包括其他类型的物态变化。

2.选择其中一个物态变化现象（如以水的蒸发为例），详细描述这个过程中物态的变化，并从微观粒子层面解释该现象的发生。

3.结合气候和天气的知识，探究自然界中物态变化背后的深层原因。可以涉及地形、温度、湿度等因素的影响，并解释这些因素是如何导致物质的相变的。

4.选择一个你感兴趣的物态变化现象，并设计一个实验来观察和研究这个现象。详细描述实验的步骤、材料和测量方法，并解释实验结果对于理解物态变化的意义。

三、基于语文传统文化视角，设计传统教育类作业

与“物态变化”相关的传统文化知识涉及面较广，包括古诗词、传统节日、农耕谚语等。这些文化元素反映了人们对自然界物态变化的观察、理解和感悟，展示了人与自然的紧密联系。古诗词中常常描绘自然界的物态变化。例如，唐代诗人白居易《暮江吟》中的“可怜九月初三夜，露似珍珠月似弓”，描绘了在农历九月初三时天气转凉，水蒸气遇冷通过“液化”这一物态变化变为液体的现象。这句诗一方面表现了作者深刻的观察力和对生活的体验，另一方面从文艺审美的角度展示了物态变化的规律。农耕谚语中有“冬天麦盖三层被，来年枕着馒头睡”一说，说明冬天下大雪，等到开春时天气转暖，雪通过“融化”这一物态变化方式转化为水，可以对小麦起到灌溉作用，从而增加小麦产量。这些传统文化元素不仅丰富了我们对自然界的认识，也彰显了人们对自然的敬畏与崇拜。据此可设计如下作业。

题目：

物态变化中的传统文化审美培养

问题描述：

物态变化是自然界中的一种美妙现象，它在传统文化中也有着特别的位置。通过本次作业，我们将结合传统文化中的审美元素，提升对物态变化的审美认知，体会物态变化中的诗意之美。

请完成以下任务：

1.查阅古代诗词或农耕谚语等，选择一篇或一条与自然界物态变化相关的诗词或谚语，如可以选取涉及水的蒸发、冰的融化、云的凝结等主题的古诗词等，解读其中对物态变化的描绘或体现其意境的一句，理解其中蕴含的审美价值和实践价值。

2.基于选择的古代诗词或农耕谚语等，通过图像或绘画表达其体现的物态变化，并突出其中的审美特点。可使用绘画或图像编辑软件完成。

3.为设计的视觉作品写一段说明文字，解释所选择的诗词或农耕谚语中体现的物态变化元素和过程。

4.分享你的视觉作品和说明文字，和同学们交流，让他们欣赏你的作品，并听取他们对诗意的理解和感受。可以通过线上或线下展示作品。

四、基于生物学科蒸腾现象，设计实验探究性作业

温度是影响蒸发速率的重要因素。温度越高，水分子的动能越大，蒸发速率也就越快。这可以通过生物学中植物蒸腾的过程来加以说明：温度条件、叶片面积、环境湿度（季节变化）等都会影响植物体的蒸腾速率。温度直接影响植物体内水分子的动能，温度越高，蒸腾现象越强烈，从植物叶片表面蒸发出去的水分子也会更多。同时，物体表面积也是影响蒸发速率的因素之一，表面积越大，蒸发速度也就越高。这可以通过生物学中植物叶片的形态来加以说明：叶片表面积大的植物，其蒸腾速率也会相对较高。湿度也是影响蒸发速率的因素之一。这可以结合生物学中植物蒸腾的过程及植物落叶来加以说明：植物蒸腾时，大气中的湿度越低，植物叶片上的水分子蒸发就越快，如秋季植物落叶也有降低蒸腾速率的作用。据此可以设计一道有关影响蒸发快慢因素的探究性实验作业，提升学生对跨学科科学探究融合的研究。

实验题目：

结合生物学中蒸腾现象知识及科学探究方法，探究蒸发速率的影响因素。

实验目的：

通过实验证明不同因素对蒸发速率的影响，并总结出蒸发速率与这些因素之间的关系。

实验材料和设备：

多个相同大小的透明容器（如小杯子或碗）、不同温度的水、滴管、玻片、实验室温度计、尺子或标尺、计时器或手表、湿度计（可选）。

实验要求：

以学习小组为单位，共同完成实验设计、实验操作、数据记录及结果分析。

实验步骤范例：（见文末图2）

图2

实验记录与分析：

在实验过程中，确保正确记录每个容器中水的蒸发情况，记录时间和温度变化（如果进行了湿度实验，同时记录湿度变化情况）。

实验结束后，将数据整理出来，并进行分析与总结。可以绘制图表或制作实验报告，以展示蒸发速率与温度、表面积以及湿度之间的关系。学科知识迁移和科学探究方法融合的实验可以帮助学生通过亲自操作和观察来理解蒸发速率受温度、表面积和湿度等因素的影响。同时，参与实验的过程还能培养学生的团队协作、实验技能、科学思维及数据分析能力。

研究发现，初中物理与许多学科之间有着密切的联系，设计跨学科作业，能够拓展学生的知识、眼界，提升学生对知识的综合应用能力。今后的研究可以进一步扩展校本作业设计的领域，探索更多跨学科主题的设计，以促进学生的全面发展和综合能力的提升。