初中物理跨学科教学探索

摘" 要：自《义务教育物理课程标准（2022年版）》颁布以来，跨学科教学已经成为亟待研究和实践的重要课题。本文以“看得见的温度”教学主题为例，给出了跨学科教学活动的实施路径，在融入STEAM教育理念的基础上，设计了科普宣传、调查报告、手工制作、创客设计四个教学模块，为跨学科教学的实施提供了参考案例。

关键词：课程标准；初中物理；跨学科教学

新时代背景下，科技进步和社会生产愈发依赖于多学科融合。通过跨学科教学来培养学生运用多学科知识解决实际问题的能力已成为教育领域的共识。《义务教育物理课程标准（2022年版）》（以下简称《课程标准》）在课程内容模块，将跨学科教学设置为一级主题，确立了该模块在未来教学中的重要地位。［1］国际上，芬兰的现象学习、北爱尔兰的结构化主题学习、美国的PBL项目式学习以及风靡全球的STEAM教育等教学模式，已经具有了跨学科教学的特征。近年来，我国的教育工作者们也开展了积极探索，为《课程标准》的顺利实施积累了经验并提供了教学资源。

1" 教学设计与实施

跨学科教学在本质上是创设真实问题情境，从不同学科视角对学生的知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观进行重构，帮助学生建立不同学科的知识脉络，形成一个立体、鲜活的知识体系。在选取跨学科教学主题内容时，教师既要立足物理课程，又要跨出物理课程。跨学科教学强调知识点在不同学科中的特异性表现，同时还要促进不同学科知识点的有机融合。

1.1" 教学分析

开展跨学科教学活动，要立足物理学科知识，注重从多学科视角解决真实问题。教学目标的确立要依据《课程标准》，基于教材内容，关注学生身心发展和认知能力，以确保能够促进学生核心素养的发展，并具有可行性、可操作性、可评价性。

1.2" 方案设计

为了实现预设的教学目标，教师需要制定翔实的教学活动计划。制定的跨学科教学模块要符合学生的认知发展规律，内容由浅入深、从简单到复杂，分层次逐步展开、节奏性递进。布置的任务不能过多占用学生的课外时间。跨学科教学活动的难易程度应符合学生的认知能力。

1.3" 课程实施

根据教学模块的特征，教师要采用适宜的教学方式，及时了解学生的学习进展。根据学生的知识基础，教师应给予合适的指导。教师应确保教学活动紧密围绕教学目标，发挥支架作用，帮助学生克服认知困难。教学环节设置的问题要有启发性，活动要突出学生的主体地位，为学生预留充足的探究和实践时间、提供必要的活动空间和学习资源。

教师应从学生的认知水平出发，耐心解答学生的问题，营造学生的“自主”课堂。

1.4" 总结评价

跨学科教学要重视活动成果的展示和交流，教师应组织学生开展交流研讨活动。教师可以安排学生通过宣传海报、PPT讲解、撰写报告、设计作品、制作模型等多种方式呈现学习成果。根据成果的形式，教师还可以指导学生申报发明专利，撰写科普论文或参加相关学科竞赛，通过评价为学生提供成长依据，激发学生的学习兴趣与潜力。评价贯穿跨学科教学的全过程，评价的主体、内容、方法应更加多元化，评价的框架应更加系统化和综合化。

2" 教学案例：“看得见的温度”

本文以“看得见的温度”为教学主题，设计了四个项目式教学模块，并实施了跨学科教学。

教师在教学设计与实施的过程中，应采用问题驱动的学习方法，以项目化理念为指导，发挥调查研究、手工制作、实验探究对学生认知的积极促进作用。教师通过跨学科实践，向学生揭示物理概念、物理规律在生活及工程中的重要作用。

本案例通过使用软件处理、分析、模拟等方法来探究物理问题，以可视化的方式展示其过程，进而形成令人信服的结论。具体而言，如使用phyphox或Tracker等软件来探究物理问题并展示物理过程，能让学生感受到物理原理的巨大应用价值。在教学过程中，教师既要对物理知识进行深度挖掘，还要重视物理与其他学科知识的广泛联系。［2］

2.1" 模块一：科普宣传

当前中学物理教材以基础性知识为主，虽然会涉及科学前沿、社会与生活，但常常受篇幅的限制。科普宣传是进行跨学科实践教学的有效方式之一，它可以有效地补充教材中缺乏的科普知识。在教师或专家指导下，学生可以通过查阅网络资源、阅读学术著作等方式，对主题素材进行加工、提炼，并通过开展讲座、制作宣传海报等形式，在班级或校内开展科普宣传活动。学生围绕具体的物理知识，阐述其在日常生活、工程技术领域的应用，以较低的时间成本获得相关知识，从而激发自身对物理的热爱。教师在指导过程中应注意把握科普内容的科学性、趣味性和适宜性。

本模块的任务是探究“中国古代气候变化与社会变迁”，这一主题涉及地理、历史、艺术等多个学科的知识。教师可以在课前安排学生通过查阅历史资料、学术论文、观看纪录片等方式，梳理气候变化（主要是气温变化）与古代社会变迁之间的联系，并制作宣传海报在班级张贴，或制作多媒体课件在课堂上进行讲解。中国古代社会以农业为基础，由于生产力欠发达，社会受气候变化的影响尤为强烈。历史上，王朝的兴衰成败与气温的冷暖变化存在着一定的对应关系。历史资料表明，地球平均温度即使发生1～2℃的微小变化，也足以影响人类的生产活动，甚至能够改变历史的进程。太阳黑子的爆发周期、地球公转轨道和地轴的周期性变化是决定地球大气温度的重要因素。以“温度”为纽带，地理、历史、气候等相关知识在这千年为经、光年为纬的时空中交汇。时至今日，全球气候变化和极端天气仍然是人类社会需要面对的共同挑战，而跨学科研究则是应对气候变化的有效途径。教师采用科普报告方式进行教学，可以让学生最大限度地整合各类知识资源。该方式具有不受硬件资源约束的优点，同时可以培养学生关心社会发展的情怀。

2.2" 模块二：调研报告

调研报告是通过实地考察、交流访谈、问卷调查以及数据查询等方式，对具体领域或社会问题进行深度分析，并给出解决方案。开展调查研究是撰写高质量调研报告的先决条件，而撰写调研报告则可以加深学生对不同学科知识的理解，是课堂教学的有效延伸和必要补充。此外，调研活动还可以增强学生对社会的认识和了解，培养他们的社会责任感。在开展调研活动时，教师应协助学生制定活动细则，并注意方案实施的可行性、安全性等问题。在必要时，教师和家长应共同参与，以确保活动顺利进行。

本模块的任务是认识“城市热岛效应”，这一现象涉及城市规划、大气科学等领域的知识。宋朝诗人陆游在《秋怀》中写道：“园丁傍架摘黄瓜，村女沿篱采碧花。城市尚余三伏热，秋光先到野人家。”诗中后两句说明近千年前古人就观察到了城市热岛效应。城市中心区域的温度显著高于郊区或周边农村的温度，这种现象被称为热岛效应。在现代社会，热岛效应不仅会增加制冷能耗，还会对城市居民，特别是老年人的健康构成风险。为缓解热岛效应，人们进行了诸多研究，发现绿色植被通过蒸腾、遮阳以及高反照率能够降低环境温度。此外，合理的城市规划可以使冷风气流穿透城市内部街区，从而缓解热岛效应。近年来，科学家还提出了“辐射制冷”的新技术，有望在未来为城市降温。教师可以通过查阅气象局公开数据或科研论文，统计所在城市各区域的气温情况，并引导学生从建筑分布、绿色植被及水体分布等多个角度讨论影响城市气温的因素，分析市区与郊区温度差异的形成原因。在调研过程中，学生学会查阅行业数据，并能够使用专业工具（如地图软件等）分析城市地表特征。通过调研任务的实施，学生能够理解“温度”不仅仅是教材中抽象的物理概念，而且与我们的生活息息相关。知识不应该局限于单一学科，而是要进行跨学科整合，形成广泛联系。学习不仅是为了考试，更是为了解决实际问题，改善人们的生活。

2.3" 模块三：手工制作

手工制作是一种实践活动，学生利用使用常见工具和材料，发挥想象力和创造力，进行手工创作，以解决实际生活中遇到的问题。在物理教学中，手工制作过程包括收集生活中常见的材料和物品，进行创意设计，并制作出具有特定功能的结构或模型，以此来揭示相关的科学原理或物理规律。例如使用纸板、亚克力板、彩泥等材料制作保温建筑模型，可以帮助学生加深对热传导规律的理解。通过手工制作，学生不仅能够表达自己的设计思想，还能培养自身的审美情趣，增长知识和经验。

本模块的任务是“自制温度计”，这是一项涉及手工制作的实践活动。教师需在课前准备好实验材料，包括带乳胶塞的玻璃瓶、透明吸管、红色墨水、酒精、塑料杯、冷水、热水，以及温度计等。实验前，教师引导学生探讨酒精温度计的工作原理。学生经过讨论、设计、制作、修改等环节，最终确定如下自制温度计的步骤：首先，将酒精用红色墨水染色后装入玻璃瓶；然后，盖上乳胶塞，插入透明吸管；最后，将玻璃瓶分别放入冷水和热水中，观察和对比酒精液面的变化。

在探索制作温度计的过程中，学生可能产生两个猜想：一是认为瓶中留存的空气受热膨胀产生压力，推动液面升高；二是认为玻璃瓶受热膨胀导致内部体积缩小，从而使液面升高。为验证上述两个猜想，学生对作品进行改进，使玻璃瓶内部不留间隙地充满红色墨水，放入热水后发现红色液面持续升高，从而排除了空气膨胀产生压力的猜想。为了验证第二个猜想，学生需要阐明热膨胀时玻璃瓶内部体积是增大，不是缩小。

通过查阅红色酒精（用酒精近似代替）和玻璃的热膨胀系数，学生发现前者的数值是后者的数千倍，因此玻璃瓶膨胀带来的影响可以忽略不计。至此，学生充分相信自制温度计液面的升高是由于酒精受热膨胀引起的。最终作品效果如图1所示，放入左边冷水杯中的酒精液面没有变化，温度计显示温度为28.0℃；放入右边热水杯中的酒精液面快速上升，最后稳定在固定的高度，温度计显示温度为46.0℃。手工制作活动不仅可以培养学生的动手操作能力，还有利于知识的建构。通过探究性实验，教师能够培养学生严谨的思辨能力。

2.4" 模块四：创客设计

创客设计是一种使用数字化工具把创意变成现实作品的新型教育模式，它旨在培养学生的跨学科问题解决能力，并强调团队协作精神。与手工制作相比，创客设计的显著特点在于其对信息技术和数字化工具的运用。3D打印、可编程硬件和传感器的应用是创客设计中比较常见的形式。教师在进行创客设计的教学中应重视信息技术及数字化工具的使用，并围绕跨学科实践的教学目标进行教学设计，这包括基于微型控制器编写程序代码、使用传感器采集数据，以及利用软件展示实验数据等。

本模块的任务是“自制小冰箱”，该任务涉及电子技术的知识。

在创客设计中，通常会涉及信息技术等知识与技能，教师要进行必要的示范和指导。教师需要提前准备直流稳压电源（迈胜；MS-3010DS）、半导体制冷片（富信；TEC1-12706）、红外热成像模块（英菲；MLX90640）及热成像软件。半导体制冷片是一种热电交换装置，可以实现电流和热量的相互转换。其内部由P型半导体及N型半导体阵列组成，表面有字的一面是冷端，无字的一面是热端。热端通常要加上铝散热片，必要时还需加入风扇以增强散热效果。

自制小冰箱及其检测装置如图2所示。制冷片按正负极对应接入直流电源，设置电压为11.57 V、电流为3.001 A。使用红外热成像摄像头对制冷片进行摄像，并将数据上传到计算机，通过软件展示制冷片的温度分布。半导体制冷片接入电源后每隔5秒保存的4幅热成像图，中央逐步封闭的方形区域为散热片热场，中心区域为制冷区（见图3）。

可以看到，经过20秒后，冷区的温度从28.4℃下降到24.5℃。有别于传统教学模式，创客设计能够将工程实践融入教学，这可以极大地激发学生的好奇心，并帮助他们树立运用工程技术解决问题的意识。

3" 结论

本文旨在突破初中物理的传统教学模式，以“看得见的温度”作为教学主题进行跨学科教学设计，给出了跨学科教学活动的设计路径，设计了科普宣传、调查报告、手工制作、创客设计4个相互关联的教学模块，为中学物理跨学科实践的开展提供了参考。

教师利用不同类型的教学模块，有助于激发学生内心深处的学习热情，让他们在实践中体验学习的乐趣，有助于落实新时代“双增”“双减”的政策要求。以项目化的教学模块为载体，还可以帮助教师在教学过程中探索跨学科教学与人文艺术、思政教育的融合。

参考文献

［1］李春密，张霄. 《义务教育物理课程标准（2022年版）》的变化分析 ［J］. 物理教师，2022，43（6）： 35-44．

［2］刘健智，胡惠琪. 物理教学融入STEAM教育：物理—STEAM课程教学模式的构建 ［J］. 物理教学，2022，44（6）： 15-19．