初中物理跨学科实践任务驱动教学研究

摘" 要：《义务教育课程方案（2022年版）》明确指出，中学物理教学过程要开展一定课时的跨学科实践活动。本文以“制作一台小型风力发电机”为例，展示开展初中物理跨学科实践任务驱动教学的过程，从主题确定、跨学科实施、评价等方面，通过任务驱动初中物理跨学科实践教学，以此来促进学生的思维发展，培养学生的物理核心素养。

关键词：初中物理；跨学科实践；任务驱动

*基金项目：本文系江苏省宿迁市“十四五”规划2023年度重点课题“初中物理跨学科实践任务驱动教学研究”（课题编号：SQ2023GHZD014）的阶段性研究成果。

跨学科实践是当今教育研究的热点之一。初中物理跨学科实践是促进物理学科核心素养落地的有效途径，也是落实“双减”政策的重要途径。《义务教育课程方案（2022年版）》指出，

各门课程用不少于10%的课时设计跨学科主题学习。［1］教师每学期的物理教学中至少应拿出一定的课时来设计、开展跨学科主题学习。在实施初中物理教学的过程中，教师“教”的方式、学生“学”的方式和教学评价方式都要有相应转变。教师应将初中物理跨学科实践中的教学观念、教学方式和教学手段等教育教学经验，迁移到其他主题学习内容中，以撬动余下的90%课时的教学，实现初中物理课程改革的目标。［2］

任务驱动式教学是一种建立在建构主义学习理论基础上的教学方法。在实施教学活动前，教师根据学生生理、心理特点，有目的地设置一定的任务单，以“教师为主导、学生为主体”有计划、有组织地通过任务的驱动，将被动式学习转变为以“解决问题、完成任务为主”的探究式、合作性学习，使学生处于积极的学习状态之中。在任务驱动式教学过程中，每一位学生都能根据自己对任务单的理解，运用已有的物理知识和自己特有的经验提出方案、解决问题。

1" 确定真实情境主题，合理规划学习目标

在初中物理教学过程中，教师可以围绕学生在现实生活中熟悉的、关注度较高的、有价值的问题，先引导学生从多个学科的角度观察、思考、分析和研究，挖掘和选择有教育价值和教育意义的素材；再将这些问题转化成有研究价值、综合性、开放性和实践性的跨学科实践的主题。在《义务教育物理课程标准（2022年版）》（以下简称《课程标准》）的初中物理跨学科实践一级主题下的“物理学与社会发展”中明确要求：初中物理跨学科实践可以结合实例，尝试分析能源的开发与利用对社会发展的影响。［3］例如，针对全球能源危机、环境污染等问题，教师可以结合这一现实热点问题设计主题为“制作一台小型风力发电机”的跨学科实践活动。教师在设计跨学科实践活动过程中可以从物理核心素养的四个维度设计预期目标（见表1）。在设计过程中，教师要明确跨学科实践教学过程中的教学目标、教学方法、研究内容涉及的学科，活动过程的组成部分，选用的材料，以及开展的活动和实施方式，做到有的放矢，从而保证活动的高质量。

科学思维通过多种渠道收集与处理有关风力发电机的信息，运用归纳、演绎等思想方法阐述自己观点的合理性。比较、分析不同风力系统与发电系统连接方式的优缺点，选择并优化设计方案

科学态度与责任通过制作风力发电机的实践过程，养成科学求真的科学态度，助力反思和提升自我管理能力；乐于探索发电机模型制作过程，善于小组合作、团结互助，共同解决物理、技术和工程问题，初步形成质疑和创新的品格。增强节约能源和保护环境的意识

2" 突出问题解决过程，制订跨学科实践方案

虽然跨学科实践活动涉及新知识的建构，但主要还是对所学知识进行应用。教师常以真实问题的解决过程为线索设计系列活动方案。由于研究的问题相对复杂，为了降低研究难度，教师可以在进行跨学科活动实践过程中将复杂的任务分成若干个子任务，即分成任务群来解决问题。教师可以引导学习小组通过查阅资料、调查研究、仔细观察、设计子方案、探究实验、小组互帮互助等方式来设计简单可行的跨学科实践活动方案。在整个活动过程中，教师是物理学习任务群的设计师，要深入理解学习任务群的理念，根据《课程标准》内容对教材进行二次开发。教师应将对物理学习与能力的培养置于学习任务群中去考虑，进行合理的目标提炼、板块建构、内容整合、任务设计，形成大单元意识，建构符合学生学习实际的学习任务群。［4］本文以“制作一台小型风力发电机”跨学科实践活动为例，设计相关问题和驱动性任务。

研究的问题：如何设计制作一台风力发电机使二极管发光？请各小组通过讨论、查阅资料等方式，然后做一做，对比后确定出发电效率最高、稳定性最强的风力发电机。

2.1" 基于明确教学目标的任务群分析

在教学前，教师要根据教学内容和学生的特点明确知识、能力和素养三方面的教学目标。

任务1：知识目标。学生课前通过查阅资料了解风力发电机的基本工作原理；了解风力发电机的分类；掌握小型水平轴风力发电机的各组成部分及作用。

任务2：能力目标。通过查阅资料，小组合作进行讨论、交流，能够根据风力发电机的技术要求，选择小型风力发电机结构型号，并能够列出小型风力发电机的零部件清单。学生在进行风力发电机的装配工作之前，可以到企业调查或查阅安装工艺书，并识读零部件清单及装配图。

任务3：素养目标。在学习过程中，学生能够形成学科观念，培养自身的团结协作和创新精神，养成劳动意识和卫生习惯意识。

2.2" 基于整体结构安排设计的学习任务群分析

风力发电机整体结构的设计过程可以促使指向核心素养的学习任务群落到实处。在学习过程中，师生不能将简要复述风力发电机的整体结构当作一种能力来训练，而是应把它设计成学习任务群来完成。

任务1：设计制作风力系统。在设计过程中要结合实际情况选择水平轴风力发电机（见图1），水平轴风力发电机的风轮轴基本上平行于风向，风轮旋转平面与风向垂直。学生需结合数学、地理和材料学等学科知识探究影响风力系统效能的因素；根据实际情况确定叶片的数量、形状、大小和材料，最终设计制作风力系统方案。

任务2：设计制作发电系统。学生通过查阅资料和小组合作学习，了解风力发电系统的构造和工作原理；根据制作的转子、定子、整流器、回转体等部件和人员分工等实际情况设计制作发电系统方案。

任务3：安装调试风力发电机。根据任务1、2提供的方案，学生需探究风力系统和发电系统的连接方式，设计整个风力发电机制作方案，结合工程、美术、化学和技术知识安装调试发电机，使其为二极管供电。

2.3" 基于操作指导设计的合作任务群分析

在风力发电机的制作过程中，小组的合作学习非常重要。每人需先完成一个子项目的学习任务，再合作完成具有内在联系的任务，具体如下。

任务1：小组划分，明确分工。明确小组中各成员的职责，组长的主要职责是负责小组活动的组织、协调和统筹规划，协助教师完成对小组考核评价工作；副组长的主要职责是对完成的作业进行监督、督促成员之间互评等工作；其他成员的主要职责是完成个人作业实施和自我评价工作。

任务2：资料查询，小组讨论。师生根据学习任务，筛选资料。教师引导学生搜索关键词，查阅与主题相关联的资料，助力小组合作学习，并顺利完成相关方案。

任务3：计划决策，实施准备。小组在完成资料搜索后，准备各个项目的材料，包括工作计划表、小组分工表、各项参数表等。

任务4：方案实施、过程考核。小组人员根据分工，明确各自职责，进行小型风力发电机的制作。小组人员的职责划分如图2所示。

任务5：总结汇报、教师点评。各小组整理资料，由组长对本组学习情况和成果制作进行简要汇报；教师根据各小组学习情况以及成果的质量、性能、效率和稳定性等方面进行打分、点评。

2.4" 基于跨学科整合设计的学习任务群分析

在初中物理跨学科实践的学习过程中，学生不仅能学习物理知识，还能发展自身的核心素养。风力发电技术是一项高新技术，涉及气象学、空气动力学、结构学、计算机技术、电子控制技术、材料学、化学、机电工程和环境科学等十几个学科或专业。以“风轮”为例的跨学科任务群设计如下。

任务1：风轮材料选择。由于风力发电机长期在室外工作，教师可以设计相关问题，要求各小组根据设备要求和相关学科知识讨论设计风轮的材料应该如何选择。

任务2：确定风轮尺寸。教师让学生查阅资料，确定使用的风轮尺寸大小与哪些因素有关，以避免在制作风力发电机的过程中出现“小马拉大车”的现象。

任务3：确定风轮叶片数量。风轮除了有三叶片的外，还有单叶片、双叶片的，也有四叶片、五叶片、六叶片的。学生可以查阅动力学、结构学等相关资料确定叶片数量。

任务4：确定风轮安装方法。为了使风力发电效能最大化，需要科学地安装风轮。学生可以联系动力学、环境科学等学科知识确定风轮安装的科学方法。

3" 跨学科实践的任务驱动教学过程中教师“导”与学生“学”的关系

在初中物理跨学科实践活动实施过程中，要处理好教师“导”和学生“学”的关系，教师既要有合理的指导，确保实践活动循序渐进地开展，又要给学生更多自主实践、独立思考的空间。［5］

任务1：活动准备环节。教师在确定活动主题后，要明确学习目标。教师适时布置预习任务，让学生通过查阅相关资料和小组讨论了解活动流程和要求。教师再根据学生前期的预习情况，指导学生设计自己小组的活动方案。

任务2：活动实施环节。一方面，教师要注重活动的组织，指导学生开展活动并主动完成活动任务；另一方面，要注重方法指导，当学生在学习过程中遇到困难时，教师可以利用跨学科的方法对学生进行引导，同时教师还可以编制一些调查问卷，通过调查数据、整理分析等方法对学生进行指导。另外教师还需引导学生做好过程性记录。

任务3：活动总结环节。学生对小组学习成果进行分析、梳理和提炼，形成有价值的研究成果，并根据研究成果的特点，组织开展专题讲座、研究报告和展览会等多种形式的交流活动。活动结束后，学生还应该对整个活动过程进行反思。

4" 基于跨学科实践特点，设计表现性评价

基于跨学科实践综合性、开放性和实践性的特点，跨学科学习的评价应以表现性评价为主，并运用多种评价方式作为补充，评价学生参与任务过程的表现，发挥评价对学生发展的导向性作用。“制作一台小型风力发电机”的任务驱动性评价分为自评、互评、师评和改进四个方面。

任务1：明确目的。教师明确制作小型风力发电机这一跨学科活动过程的内容；从整个设计流程和任务完成的情况两个方面进行评价。

任务2：设计方案。方案设计在整个活动过程中尤为重要，教师主要从以下三个方面进行评价：一是是否能考虑各种因素对方案的影响，二是是否能根据要求规划绘制模型图，三是是否能发现并解决任务中遇到的困难。

任务3：实施方案。学生是方案实施的主体，在实施过程中，教师可以从下面三项对学生进行评价：首先，小组成员是否有明确的分工和合作计划；其次，每个任务是否能按照计划集体完成；最后，小组成员能否依靠集体智慧，对方案进行优化和改进。

任务4：作品展示。活动最终要形成成果，成果的质量和效能是衡量活动效果的标准。可以从三个方面进行评价。一是要看形成的成果，即风力发电机能否使LED灯发光；二是要看发电机的结构是否结实牢固，外观设计是否简洁美观；三是要看制成的发电机是否有创意。

任务5：交流反思。在后期交流反思过程中，教师仍可以从三个方面对学生进行评价：第一，是否能够利用图片、视频等方式分享风力发电机制作过程；第二，能否清晰地表达风力发电机制作的原理；第三，能否基于风力发电机的研究提出更深层次问题。

跨学科学习要避免出现“唯我独尊”“简单凑合”等问题。所谓“唯我独尊”，即在进行跨学科学习时，依然没有跨越、融合、交叉、拓展的意识，还是停留在学科本位上，并未参考其他学科所提供的信息资讯，学习提升的路径狭窄、方式单一。所谓“简单凑合”，即误以为在物理学习中融入了信息技术、进行了科学实验等活动，就是跨学科学习。［6］因此，在实施初中物理跨学科学习过程中，教师要注重学科间的整合，而不是简单的学科拼凑或学科叠加。

总之，教师要成为物理学习任务群的组织者和指导者，要将学科教学内容融入目标具体的动态实践中，让学生在“做中学”，在实践过程中提升核心素养。

参考文献

［1］中华人民共和国教育部.义务教育课程方案（2022年版）［M］.北京：北京师范大学出版社，2022：11.

［2］［5］何季军.初中物理跨学科实践教学策略与思考［J］.物理教师，2023，44（2）：43-45.

［3］中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准（2022年版）［M］.北京：北京师范大学出版社，2022：35.

［4］徐洪权，朱瑛.对学习任务群的认识与实践路径的思考［J］.小学教学参考，2022（34）：14-17.

［6］朱瑛.语文学习任务群设计的四种形态［J］.小学教学（语文版），2023（3）：16-18.