基于学科融合的初中物理作业的研究与设计

余萍

【摘要】在初中阶段的学科作业设计过程中，作业设计基本以分科作业设计为主，这在一定程度上阻碍了初中学生对于整体性知识、知识型社会的正确认知，使得学生在课堂中学习到的知识处于相互割裂的状态，难以形成知识层面的交流和碰撞.本文从初中物理学科跨学科作业设计入手，简要论述物理学科融合其他学科知识设计作业的实践路径，旨在借助学科知识点间的联系性特点，帮助学生形成网络化的知识结构，以期为初中物理教师提供经验借鉴和帮助.

【关键词】学科融合；初中物理；作业设计

随着素质教育理念以及新课程改革的不断深化，跨学科教育已成为培养全面发展人才的重要手段.初中物理作为基础教育的重要学科，其作业设计融入跨学科理念有助于提高学生的综合应用能力.《義务教育初中物理课程标准（2022年修订版）》中明确指出，跨学科作业设计是初中物理教学中的重要环节，旨在通过引导学生将物理知识与其他学科领域的知识进行融合，培养学生的跨学科思维能力和解决问题的能力；跨学科作业设计有助于拓宽学生的视野，增强学生对物理学科的兴趣，并提高学生的学习成效，这就为跨学科作业设计提供了方向指引.

1 初中物理跨学科作业设计的基本原则

1.1 科学性原则

科学性原则是初中物理作业跨学科融合设计的首要原则.确保内容准确是作业设计的基础要求.这意味着在设计作业时，应严格基于物理学科的核心概念和原理，确保所涉及的知识点的准确性，以免误导学生.准确性不仅体现在知识点的选择和应用上，还包括问题表述、数据呈现等方面，都要经过仔细推敲和核实.同时，作业设计应注重培养学生的物理思维.物理思维是一种基于观察、实验和推理的科学思维方式，有助于学生深入理解物理现象和规律，提高分析和解决问题的能力.因此，在跨学科融合的作业设计中，虽然涉及其他学科的内容，但应以物理思维为主导，引导学生运用物理学的观点和方法思考问题，从而加深对物理学科知识的理解和掌握.

1.2 渗透性原则

渗透性原则在初中物理作业跨学科融合设计中扮演着重要角色.为了实现自然融合，在作业中融入其他学科的内容时，确保这种融合是顺水推舟、不露痕迹的.学生在完成作业时，能够自然而然地体验不同学科之间的联系和相互渗透.为此，教师需要深入挖掘不同学科间的内在关联，找到它们之间的逻辑和内容上的契合点.通过巧妙地设计作业任务和情境，使学生能够在完成物理作业的过程中，自然而然地应用其他学科的知识和思维方法.同时，教师要避免生硬叠加不同学科的知识点.简单的知识点叠加只会使得作业显得杂乱无章，无法达到跨学科融合的真正效果，教师需要思考如何将这些知识点有机结合，形成一个有逻辑、有内在联系的整体.通过合理地设计，使得学生在完成作业的过程中，不仅能够巩固物理学科知识，还能够加深对其他学科的理解和认识.

1.3 开放性原则

开放性原则是初中物理作业跨学科融合设计中的关键原则之一.鼓励学生在完成作业时从多个学科角度思考问题，超越物理学的范畴，以激发学生的综合思维能力.通过引导学生思考问题的多个层面和维度，可以帮助学生更全面地理解和应用所学知识.同时，开放性原则还体现在答案的多样性上.对于某些问题，教师可以设计多种解决方法，让学生意识到问题的解决不仅局限于一种方式.这种设计方式可以激发学生的创造力和求异思维，鼓励学生寻找不同的解决方案，并从中选择最适合的方法.

2 基于学科融合理念设计初中物理作业的思路

2.1 融合学科知识设计物理作业

融合学科知识设计物理作业是一种创新的教学方法，通过结合物理与其他学科的知识点，设计出综合性的问题，以促进学生的跨学科学习和理解.在这种作业设计中，教师可以选取与物理学相关的知识点，与其他学科领域进行有机融合.

例如 将物理与化学、数学、生物或者地理、历史等学科进行结合，设计涉及多个学科领域的问题.这种综合性的作业设计有助于激发学生对知识的探索欲望，并培养学生的跨学科思维能力.通过解决这类问题，学生不仅需要运用物理学的概念和原理，还需要结合其他学科的知识，形成更加全面、深入的理解.

2.2 融合实际问题设计物理作业

融合实际问题设计物理作业是一种有效的教学策略，能帮助学生将物理知识与其他学科的实际应用场景结合起来，提高学生对知识的理解和应用能力.

例如 将物理中的光学知识与生物中的眼睛结构相结合，设计综合性的物理作业.在这个作业中，学生需要运用光学的原理，去解释生物眼睛的结构与功能.通过研究光线在眼睛中的折射、反射和聚焦等现象，深入理解视觉的形成过程.

又如，将杠杆知识和人体结构相结合，尝试解释人体结构中应用的杠杆原理，如手臂的骨骼和肌肉结构形成杠杆系统.肘关节作为支点，手臂骨骼作为杠杆，肌肉产生的力量则作为动力.当手臂举起重物时，肌肉产生的力量通过骨骼杠杆作用在物体上，使物体被举起.这一过程符合杠杆原理，即动力×动力臂=阻力×阻力臂，以此来激发学生对自然科学的探索热情.

3 基于学科融合的初中物理作业设计实践策略

3.1 融合语文学科知识，实现交叉渗透

语文学科作为初中阶段学生学习的重要人文性学科之一，是语言文化学习的重要组成部分，教师在设计初中物理作业时，借助语文学科工具性和人文性的特点，能够有效拓展物理作业设计的广度和深度.语文学科中的文学描写、寓言故事等元素，不仅富含丰富的想象力与情感，还常常蕴含着自然科学的奥秘.

例如 “日出江花红胜火”这句古诗词，就蕴含着丰富的物理学科知识.通过融入语文中“日出江花红胜火”这样的文学描写，教师可以为学生设计一道探讨光的折射与散射的物理作业.这样的描述生动形象地展现了太阳初升，光芒洒在江面上的美景.学生可以从这描述中感受到光线的变化，进而深入研究光线在不同介质中的折射与散射现象.

又如，教师可以结合人教版八年级上册三单元“三峡”中“空谷传响，哀转久绝”，为学生设计解释这一声学现象的开放性作业等等.这种设计方式不仅使得物理作业变得生动有趣，还能帮助学生建立起科学与人文之间的联系，让学生意识到自然科学与人文科学是相辅相成、相互渗透的.

与语文学科知识融合设计的物理作业示例如下：

（1）《浣溪沙·五两竿头风欲平》中描写道“看山恰似走来迎”中，诗人认为山是运动的，是以哪种物体为参照物？

（2）《沁园春·雪》中描写的“千里冰封，万里雪飘”都涉及哪些物态变化？

（3）结合人教版八年级上册第五单元《中国石拱桥》内容，调查并总结物理学应用在工程建筑领域的案例，体会物理学对工程技术发展的促进作用.

3.2 融合数学学科知识，发展学生问题求解能力

数学学科知识是发展学生运算能力、统计能力、数据分析能力以及空间意识等核心素养的重要媒介，数据分析和统计概况等能力同样也是学生学习物理知识的重要抓手.因此，数学知识和物理知识存在知识、学习思想以及解决问题方法上的高度契合点.在学生面对未接触过的问题时，可以尝试应用数学建模意识和能力，为已有知识储备和位置问题搭建连接桥梁，进而解决实际问题.

例如 在物理作业设计时教师可以让学生利用数学模型描述物体的运动轨迹.这类问题要求学生首先理解物体的运动规律，如匀速直线运动、抛物线运动等，随后通过函数来表达这些规律.学生需要运用物理概念来确定物体运动的初始条件，如位置、速度、加速度等，并结合数学知识建立相应的函数模型.通过解数学模型，学生可以预测物体在不同时刻的位置和速度，从而深入理解物体运动的本质.这种融合数学学科知识的物理作业设计，不仅能够巩固学生的物理知识，还能提高学生的数学运算和问题求解能力.

与数学学科知识融合设计的物理作业示例：

福建中考真題变式：实践小组设计了由厢体、承重板和动滑轮组成的提升重物的装置，厢体放置在水平承重板上，承重板的上表面装有压力传感器，装置由电动机提供动力，该装置设计有超载限制系统，限制系统中的控制电路电源电压恒为12V，定值电阻R阻值为200Ω，压力传感器中的力敏电阻R阻值随压力F变化的部分数据如表1所示.当控制电路的电流大于0.03A时，电磁铁将衔铁吸下，B、C两个触点断开，电动机停止工作.已知厢体重150N，承重板和滑板共重100N，忽略绳重、摩擦和电磁铁线圈电阻，求电流随压力F变化的关系式.

3.3 历史、地理学科融合，促进学生综合发展

历史、地理学科与物理的融合，为学生提供了一个更广阔、更丰富的学习平台，促进了学生的综合发展.

例如 《天工开物》是我国古代一部综合性的科技著作，其中包含了丰富的物理知识和技术应用.这本书涉及农业、手工业、矿业、冶金、纺织、制造等多个领域的生产工艺和技术原理，其中不乏对物理现象和原理的描述和解释.如书中介绍了水车的构造和运作原理.水车利用水流的动力，通过轮轴和齿轮的传动，将水能转化为机械能，从而驱动农田的灌溉系统.这种机械原理的应用，体现了古人对能量转化和传动的理解.又如，书中讨论了冶炼金属过程中的热学现象.在冶炼过程中，通过控制火候和加热时间，可以改变金属的物理和化学性质.这种对热学原理的应用，体现了古人对温度、热量和物质性质之间关系的理解.

与历史、地理学科知识融合设计的物理作业示例如下：

（1）福岛核事故导致大量的放射性废水产生，放射性废水中含有大量的放射性同位素，这些同位素会通过衰变释放出能量.请解释放射性同位素衰变的物理过程，并说明其对环境和生物体的影响.在处理放射性废水时，常见的方法是使用吸附剂去除放射性物质.请设计简单的实验，研究不同吸附剂对放射性物质的吸附效果，并解释吸附过程的物理原理.核废料的安全埋藏是确保长期辐射安全的关键.请调研现有的核废料埋藏技术，并解释其中涉及的物理原理和工程挑战；设计一种理想的核废料埋藏方案，综合考虑地质条件、放射性衰变、热管理等因素，以确保废料的安全性和长期稳定性，并说明设计思路和原理.

（2）龙骨水车是一种古老的水力机械，利用水流的动力来驱动轮轴旋转，进而实现泵水、灌溉等功能.请简述龙骨水车的工作原理，并分析其中涉及的物理现象，如水流动力、轮轴旋转等.龙骨水车的效率与哪些因素有关？如何利用物理原理来提高龙骨水车的效率？请设计简单实验，研究不同水流速度下龙骨水车的旋转速度，并分析实验结果，给出优化龙骨水车设计的建议.

4 结语

综上所述，跨学科融合不仅是初中物理作业设计的创新路径，培育学生核心素养，实现五育并举教育理念的重要途径，更是响应二十大科技育人理念的重要抓手.物理学科不仅能和语文、数学、地理、历史等学科开展跨学科作业设计，也能和化学、生物、体育等学科开展跨学科作业设计，这需要物理教师在作业设计实践中，进一步探索和深化跨学科作业设计的实践路径，以期提升学生的核心素养，实现五育并举，响应科技育人的新时代教育理念，为培养全面发展的人才贡献优势力量.

【本文系福建省福清市教育科学研究“十四五规划”课题《基于“双减”背景下的初中物理作业设计的策略研究》（编号：FQ2022ZX21）的研究成果】

参考文献：

[1]夏凡.“双减”背景下农村初中物理作业优化提升的实施策略[J].数理化解题研究，2023（17）：92-94.

[2]于杰.“双减”背景下初中物理作业设计实践研究[D].呼和浩特：内蒙古师范大学，2023.

[3]闫荟.“双减”背景下初中物理的课后作业设计研究[D].青岛：青岛大学，2023.

[4]项敏.基于学科融合的初中物理作业的研究与设计[D].天津：天津师范大学，2020.