跨学科理念下物理任务型课堂的建构研究

摘 要：随着教学改革的不断深入，跨学科教学已成为培养学生综合能力的主要途径.物理作为一门基础自然科学课程，与多个学科有着紧密的联系.文章以数学学科为切入点，在分析物理任务型课堂建构意义的基础上，围绕数学学科中的控制变量法、函数思想、图像法、方程思想等，提出了物理任务型课堂的建构策略，有效发挥数学学科的作用，提升物理课堂教学质量.

关键词：跨学科；初中物理；任务型课堂

中图分类号：G632 ""文献标识码：A"""文章编号：1008-0333（2025）02-0109-03

收稿日期：2024-10-15

作者简介：袁丽，本科，中学一级教师，从事中学物理教学研究.

基金项目：江苏省2022年度中小学教学研究第十四期立项课题“跨学科理念指导下的数学任务型课堂建构研究”（课题编号：2021JY14－ZB66）.

《义务教育物理课程标准（2022年版）》（以下简称《课标》）中课程内容部分增设了跨学科实践主题，要求以物理学科为原点，以发展跨学科素养为目标，以任务议题为设计形式，构建综合性、实践性和生成性的物理课堂，促进物理核心素养的落成.物理与数学之间有着天然的、深刻的联系，物理问题的解决依赖于数学模型的构建、数学公式的推导以及数学方法的运用.在物理学科教学中，以数学学科为切入点布置任务，能够引导学生将抽象的物理概念转化为具体的数学模型，从而加深对物理现象和规律的理解，提升解决实际问题的能力，因此，以跨学科理念为指导，构建物理任务型课堂具有重要意义.

1 跨学科理念下物理任务型课堂建构的意义

1.1 支持构建物理知识体系

通过引入其他学科相关知识和方法，物理课程内容变得更加丰富多元，不同知识点之间的联系也更加紧密，从而提升物理课程的综合性，促进学生对物理知识的深入理解和全面掌握，为学生构建系统的物理知识体系提供有力支持[1].

1.2 切合物理学科核心素养目标

《课标》强调培养学生的物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任等核心素养.在跨学科理念的引领下，物理课堂不再局限于基础物理知识和技能的传授，而是通过设计具有挑战性和实践性的任务，让学生在完成任务的过程中不断思考、探索和发现，培养学生的科学素养和问题解决能力，为其终身学习和发展奠定坚实基础的同时，更好地落实《课标》的要求.

1.3 回应物理课程理念育人导向

物理学科是培养学生科学素养和创新能力的重要途径.跨学科教学方法和手段能够更好地激发学生的好奇心和求知欲，培养他们的探索精神和创新精神.同时，有助于拓宽学生的视野和思维空间，使他们在学习物理的过程中能够触类旁通、举一反三，从而提升综合素质和能力.

2 跨学科理念下物理任务型课堂建构策略

2.1 以控制变量法为切入点布置任务

在物理学习中，掌握某种规律或定律的关键在于理解其前提条件、形成过程、本质特征以及适用范围.控制变量法是指在研究多个变量之间的关系时，先固定其他变量不变，通过改变一个变量，观察该变量对结果的影响，能够使复杂的物理问题简单化，揭示物理现象的本质规律，从而更加清晰地认识到物理定律的形成过程以及各变量之间的相互关系，进而加深对物理定律的理解［2］.

以苏科版初中物理八年级下册第八章第三节《摩擦力》为例，为了让学生了解摩擦力的本质，掌握影响滑动摩擦力的因素，教师可以借鉴“数格点算面积——发现皮克公式”这一数学实验的探究过程，即在格点多边形的面积S与内部格点数N、边上格点数L三个变量中，固定某一个量来探索其他两个变量的变化规律，让学生在初步了解这一数学实验探究过程的基础上，布置以下任务.

任务1：探究滑动摩擦力与接触面粗糙程度的关系.

步骤1：准备粗糙程度不同的接触面（如木板、砂纸、玻璃等）以及相同质量、形状、材质的物体.

步骤2：保持物体间的压力大小不变，分别在不同粗糙程度的接触面上拖动物体，记录并比较摩擦力的大小.

任务目标：通过观察实验数据，分析滑动摩擦力与接触面粗糙程度之间的关系.

任务2：探究滑动摩擦力与物体间压力大小的关系.

步骤1：准备粗糙程度相同的接触面以及不同质量、形状、材质的物体（确保接触面积相同）.

步骤2：改变物体间的压力大小（可通过增加或减少物体质量来实现），在相同粗糙程度的接触面上拖动物体，记录并比较摩擦力的大小.

任务目标：通过观察实验数据，分析滑动摩擦力与物体间压力大小之间的关系.

2.2 以函数思想为切入点布置任务

物理实验是初中物理教学的重要组成部分，也是学生探究具体问题、提升问题解决能力的有力辅助工具.在实验过程中，学生需要在精确测量后整理、描述和分析实验数据，揭示数据的变化规律.其中，数与数之间的变化关系以比例关系居多，包括正比例和反比例.利用函数的性质讨论物理问题，可以使复杂的问题变得简单明了[3].在物理教学中，教师不妨围绕函数思想布置任务，让学生借助函数的性质分析问题，从而轻松解决问题.

以苏科版初中物理八年级下册第八章第二节中“重力”为例，本章节中重力与质量的关系式G=mg是一个典型的正比例函数.为了让学生学会解决重力相关问题的方法，教师应围绕函数设置以下任务.

任务1：收集实验数据，验证函数关系.

安排重力实验，要求学生测量不同质量物体的重力并准确记录数据，根据实验数据，绘制重力G与质量m之间的散点图，观察并验证G与m之间的正比例关系.同时，要求学生利用最小二乘法或其他方法拟合直线，得出重力与质量之间的线性方程，并与理论公式G=mg进行对比.

任务2：构建函数模型，解决实际问题.

要求学生明确自变量（质量m）与因变量（重力G）之间的依赖关系.设计问题情境：“已知某物体的质量为5 kg，求其重力大小”或“若某物体所受重力为20 N，求其质量”，让学生利用函数模型解决问题.

任务3：解读函数图象，探索普遍规律.

要求学生分析重力与质量之间的函数图象，识别图象中的关键点（如原点、斜率等）及其物理意义.改变实验条件（如改变地球表面的重力加速度g），让学生重新绘制函数图象，观察并解释图象变化的原因，引导学生探讨重力与质量关系在不同条件下的适用性，如月球、火星等其他天体上的重力情况.

2.3 以图像法为切入点布置任务

在物理学科中，诸如力的分解与合成、光的反射与折射、平面镜成像等知识点，因高度的抽象性，成为学生学习的一大难点.数学图像法能够将复杂、抽象的概念以图形、图表等形式直观展现.在物理教学中应用数学图像法，能够极大地降低理解的难度.例如，在力学中，用点、线段和箭头来清晰地表示力的大小、方向和作用点；在光学领域，利用平面几何中的等角作图法绘制光的反射光路图，使原本难以捉摸的物理现象变得直观可感.鉴于此，为了帮助学生跨越物理抽象概念的障碍，教师应围绕图像法，布置一系列任务.

以苏科版初中物理八年级上册第二章第四节《光的反射》为例，教师可以设计以下任务.

任务1：绘制光的反射路径.

要求学生根据光的反射定律（入射角等于反射角），使用直尺和量角器，在纸上精确绘制不同入射角下光的反射路径图.

任务2：绘制平面镜成像示意图.

组织平面镜成像实验，要求学生观察并记录物体在不同位置时像的位置和大小变化，并

利用轴对称原理，在图纸上准确绘制出物体及其镜像的示意图，帮助学生直观理解平面镜成像的特点和规律.

任务3：创新图像法应用.

鼓励学生发挥想象，尝试将光的反射原理应用于日常生活中的实际问题解决，如设计简单的光学装置（如潜望镜）或解释自然现象（如湖面倒影），要求学生以图像形式阐释解决思路.

2.4 以方程思想为切入点布置任务

部分物理问题中的已知物理量较少，对解题思维要求较高.方程思想通过分析问题中已知条件与未知条件的内在联系，确定等量关系，建立方程解决实际物理问题.因此，为了培养学生的高阶思维，使学生顺利解决问题，教师应围绕方程思想布置一些教学任务.

以苏科版初中物理九年级上册第十四章《欧姆定律》为例，教师可布置以下习题，要求学生运用方程组进行求解.

如图1所示，滑动变阻器阻值变化范围是0～24 Ω，当P在滑动变阻器中点，S1闭合，S2与触点1接触时，灯泡L正常发光，电流表示数为2 A；当S1断开，S2与触点2接触时，滑处P移到b点时，电压表示数为8 V，求灯泡L的额定功率（灯丝电阻不变，且不超过15 Ω）.

物理兴趣小组要制作一个多档位加热器模型.他们找到一根粗细均匀、长为12 cm的电热丝，将其剪成3 cm和9 cm两段，接入电源电压恒为10 V的电路中，如图2所示.发现在S接a和b时，电路电功率变化了15 W.求电热丝原来的总电阻.

学生在完成上述任务后，教师应带领学生归纳列方程（组）解题的基本步骤：第一，根据题中的物理过程、所给条件找出列方程所必需的等量关系；第二，依据找出的等量关系，利用相关的物理基本公式，列出与所求物理量相关的方程或方程组；第三，利用数学方法求解方程组，得到物理量.

3 结束语

综上所述，跨学科理念下物理任务型课堂的建构，不仅有助于物理课程内容的整合与创新，还能有效提升学生的物理学科核心素养.以数学学科为切入点设计的多样化物理课堂任务，能够帮助学生在实践中深化对物理概念的理解，同时培养跨学科思维能力和解决问题的能力.在实际教学中，教师应充分理解并掌握跨学科理念及要求，发挥数学学科的作用，为物理教学的发展提供有力的支撑.

参考文献：［1］ 刘德华.基于跨学科实践的初中物理单元主题任务设计[J].理科爱好者，2024（04）：25-27.

[2] 吴天福.探跨学科切入点润色物理课堂教学：跨学科学习视域下初中物理教学探索[J].读写算，2024（29）：40-42.

[3] 聂桂秋，王玉春.指向学生科学思维培养的初中物理跨学科实践活动设计：以“制作弹簧测力计”为例[J].中学物理，2024，42（16）：16-18.

［责任编辑：李 璟］