一、基于科學(xué)素養(yǎng)的跨學(xué)科實踐作業(yè)的理論探索

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》中首次把“跨學(xué)科實踐”列為五個一級主題（課程內(nèi)容）之一，凸顯了“跨學(xué)科實踐”在課程標(biāo)準(zhǔn)中的地位。“跨學(xué)科實踐”主題的內(nèi)容具有跨學(xué)科性和實踐性特點，與日常生活、工程實踐及社會熱點問題密切相關(guān)。這部分內(nèi)容的設(shè)計旨在提升學(xué)生跨學(xué)科運用知識的能力、分析和解決問題的綜合能力、動手操作的實踐能力，培養(yǎng)學(xué)生積極認(rèn)真的學(xué)習(xí)態(tài)度和樂于實踐、敢于創(chuàng)新的精神。

（一）培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)是課程標(biāo)準(zhǔn)的“目標(biāo)要求”

科學(xué)素養(yǎng)是指個體在了解科學(xué)知識、掌握科學(xué)方法、形成科學(xué)思維、具備科學(xué)態(tài)度和價值觀等方面的綜合素養(yǎng)?！读x務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》對培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)提出了具體要求：

1.具有初步的科學(xué)推理能力；有利用證據(jù)對所研究的問題進行分析和解釋的意識，能使用簡單和直接的證據(jù)表達自己的觀點，具有初步的科學(xué)論證能力；能獨立思考，對相關(guān)信息、方案和結(jié)論提出自己的見解，具有質(zhì)疑創(chuàng)新的意識。

2.有科學(xué)探究的意識，能發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，能制訂簡單的科學(xué)探究方案，會通過實踐操作等方式收集信息，初步具有對科學(xué)探究過程和結(jié)果作出解釋的能力。

3.初步認(rèn)識科學(xué)本質(zhì)，體會物理學(xué)對人類認(rèn)識深化及社會發(fā)展的推動作用；崇尚科學(xué)，樂于思考與實踐，不迷信權(quán)威，敢于提出并堅持基于證據(jù)的個人見解，勇于放棄或修正不正確的觀點；能關(guān)注科學(xué)技術(shù)對自然環(huán)境、人類生活和社會發(fā)展的影響，遵守科學(xué)倫理，有保護環(huán)境、節(jié)約資源的意識，能在力所能及的范圍內(nèi)為社會的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻，具有實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的責(zé)任感與使命感。

（二）跨學(xué)科實踐作業(yè)的意義

跨學(xué)科實踐作業(yè)是指打破學(xué)科界限，將不同學(xué)科的知識、方法、技能有機融合到一項或多項實踐活動中，通過解決實際問題提升學(xué)生的綜合素養(yǎng)。對于初中物理教學(xué)而言，跨學(xué)科實踐作業(yè)的意義在于：

1．增強學(xué)習(xí)興趣：將物理知識與其他學(xué)科知識相結(jié)合，使學(xué)習(xí)內(nèi)容更加生動有趣，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2．促進知識整合：幫助學(xué)生建立知識間的聯(lián)系，形成系統(tǒng)的知識網(wǎng)絡(luò)，提高學(xué)習(xí)效率。

3．培養(yǎng)創(chuàng)新思維：鼓勵學(xué)生在實踐中發(fā)現(xiàn)問題、提出假設(shè)、設(shè)計方案、驗證結(jié)論，培養(yǎng)創(chuàng)新思維和問題解決能力。

4．提升科學(xué)素養(yǎng)：通過實踐活動，讓學(xué)生體驗科學(xué)探究的過程，培養(yǎng)科學(xué)精神、科學(xué)態(tài)度和科學(xué)價值觀。

（三）跨學(xué)科實踐作業(yè)設(shè)計的原則

1．主題化原則：在深入了解物理學(xué)科知識體系的基礎(chǔ)上，結(jié)合學(xué)生的認(rèn)知水平，確定單元作業(yè)主題，實現(xiàn)知識的整合與拓展。

2．開放性原則：豐富作業(yè)形式，以多種方式呈現(xiàn)作業(yè)，為學(xué)生提供多種完成作業(yè)的途徑。

3．項目化原則：通過設(shè)置真實性的項目學(xué)習(xí)任務(wù)，讓學(xué)生在完成復(fù)雜、具有挑戰(zhàn)的學(xué)習(xí)任務(wù)中提升問題解決能力。

4．探究性原則：設(shè)置具有探究價值的問題，引導(dǎo)學(xué)生在探究的過程中培養(yǎng)科學(xué)思維。

5．學(xué)科性原則：依據(jù)新課程標(biāo)準(zhǔn)，將作業(yè)設(shè)計分為前設(shè)計、具體設(shè)計、評價再設(shè)計三個階段，確保作業(yè)的學(xué)科性。

二、跨學(xué)科實踐作業(yè)設(shè)計的案例

（一）農(nóng)村智能溫室蔬菜大棚調(diào)查

1.設(shè)計意圖

智能溫室系統(tǒng)有許多新型智慧之處，以溫室種植茄子為例，選取其有代表性的、涉及各學(xué)科專業(yè)的知識來設(shè)計作業(yè)，旨在考查學(xué)生的知識綜合應(yīng)用能力，進一步說明“物理來源于生活，物理服務(wù)于社會”，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注日常生活，關(guān)注工程實踐，符合課程標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于跨學(xué)科實踐作業(yè)的要求。

2.前期準(zhǔn)備

利用電腦搜集互聯(lián)網(wǎng)上“智能溫室”的相關(guān)材料信息，學(xué)生6人一組，交流討論，并回答以下問題。

（1）智能溫室有什么優(yōu)點（寫出3個）：________ 、________、________。

（2）智能溫室適合種植什么類型的蔬菜（寫出2種）： ________ 、________。

（3）根據(jù)智能溫室的基本組成框架圖（見圖1），你認(rèn)為建設(shè)智能溫室需要哪些學(xué)科的技術(shù)支持，完成表1（仿照示例，寫出2條）

3.作業(yè)內(nèi)容

某科研小組在智能溫室大棚中采用無土栽培形式種植茄子。

（1）茄子的營養(yǎng)液配方如下：（單位：毫克/升）硝酸鈣354，硫酸鉀708，磷酸二氫銨115，硫酸鎂246。寫出硝酸鈣和硫酸鉀的化學(xué)式： ________ 和________ 。

1升的營養(yǎng)液中可為茄子的生長提供鉀元素的質(zhì)量為 mg。大棚中二氧化碳?xì)夥实膩碓床捎没瘜W(xué)法，即碳酸氫鈉與硫酸在簡易的氣體發(fā)生裝置內(nèi)產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w，請寫出生成二氧化碳的化學(xué)方程式 。

（2）茄子的生長過程中吸收的 和 是不同的，同時進行的 作用是綠色植物吸收光能，把二氧化碳和水合成富能有機物，并釋放出 。

（3）茄子的適宜種植溫度范圍為24～30℃，圖2是智能溫室內(nèi)環(huán)境溫度控制簡易示意圖，溫控開關(guān)在環(huán)境溫度高于30℃時自動斷開，環(huán)境溫度低于24℃時自動接通電路。利用這一特性，請用圖2中給出的元件連成一個電加熱器自動控制電路。

（4）要求：①電熱絲中加熱冷水時紅綠指示燈都亮；②水溫上升到30℃后，電熱絲不加熱，紅指示燈熄滅，綠指示燈亮。

（二）設(shè)計家庭節(jié)能方案

1.設(shè)計意圖

以“設(shè)計家庭節(jié)能方案”為主題，教師結(jié)合物理學(xué)、地理學(xué)、數(shù)學(xué)、工程測量技術(shù)、氣象學(xué)等多學(xué)科知識，制訂合理的教學(xué)與作業(yè)計劃。教師通過大概念落實科學(xué)知識、科學(xué)內(nèi)容，關(guān)注社會熱點、日常生活和交叉學(xué)科，精選項目學(xué)習(xí)內(nèi)容。

2.作業(yè)內(nèi)容

【設(shè)計活動任務(wù)】

任務(wù)1：發(fā)現(xiàn)問題——探究當(dāng)前家庭用電現(xiàn)狀及節(jié)能的重要性。

任務(wù)2：數(shù)據(jù)收集——收集家庭一個月各電器的耗電情況。

任務(wù)3：數(shù)據(jù)分析——將測量的電器耗電數(shù)據(jù)以圖表形式表現(xiàn)，分析數(shù)據(jù)間的關(guān)系。

任務(wù)4：形成方案——設(shè)計一份家庭可行性節(jié)能方案。

教師根據(jù)不同任務(wù)群的要求設(shè)計不同類型的作業(yè)，如調(diào)查報告、圖表設(shè)計、實驗測量等，讓學(xué)生可以根據(jù)自己的水平完成作業(yè)。

【評價反饋】

教師制訂開放性的評價標(biāo)準(zhǔn)量表，從自評、互評和師評三個維度對學(xué)習(xí)過程進行評價，打通上下反饋渠道，實施分層、分類反饋，注意尊重每一位學(xué)生，做到及時反饋、有效反饋、用心反饋。

【跨學(xué)科知識點整合】

物理學(xué)：電能消耗、能量轉(zhuǎn)化、電路分析等。

地理學(xué)：太陽能利用、氣候變化與能源需求等。

數(shù)學(xué)：數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、比例計算、圖表繪制等。

工程測量技術(shù)：家庭電器能耗測量、節(jié)能設(shè)備安裝等。

氣象學(xué)：季節(jié)變化對家庭用電的影響等。

3.作業(yè)建議

教師角色：教師需引導(dǎo)學(xué)生進行科學(xué)探究，鼓勵學(xué)生不斷探索，提高分析問題、解決問題的實踐本領(lǐng)和科學(xué)思維能力。

教學(xué)方式：采用多樣化的教學(xué)方式，如小組合作、實驗探究、調(diào)查報告等，合理運用信息技術(shù)手段。

學(xué)習(xí)資源：整合多方教育資源，包括教材、網(wǎng)絡(luò)資源、實驗器材等，為學(xué)生提供豐富的學(xué)習(xí)素材。

4.預(yù)期成果

學(xué)生作品：形成一份具有可操作性的家庭節(jié)能方案。

能力提升：提升學(xué)生的觀察能力、理解能力、分析能力、實驗探究能力、協(xié)作組織能力以及理論與實踐相結(jié)合解決問題的能力。

科學(xué)素養(yǎng)：增強學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，培養(yǎng)創(chuàng)新思維和批判性思維。

（三）實踐作業(yè)——制作氣壓計，測量大氣壓

1.設(shè)計意圖

教師鼓勵學(xué)生在實踐中學(xué)習(xí)，在實踐中激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的集體觀念和合作精神。通過數(shù)據(jù)感知大氣壓的變化，激發(fā)學(xué)生的探究欲望，增強學(xué)生的體驗感、成就感。

2.作業(yè)內(nèi)容

（1）請學(xué)習(xí)小組各設(shè)計一個氣壓計，可以上網(wǎng)查詢相關(guān)資料，也可以在教師的指導(dǎo)下完成。

（2）感受不同高度大氣壓的變化。乘坐電梯上樓，看看你的氣壓計示數(shù)怎樣變化，也可以在父母陪伴的登山活動中感受山腳大氣壓與山頂大氣壓有什么不同。說一說物理原理。

（3）跨學(xué)科體驗。用自制氣壓計感受晴天、雨天氣壓的變化，了解天氣預(yù)報的原理，了解地理“等高線”的意義。

3.作業(yè)評價

實踐作業(yè)能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情，本作業(yè)打破了學(xué)科壁壘，能用物理知識解釋地理學(xué)科中的相關(guān)內(nèi)容，開闊學(xué)生的視野。

三、評價與反思

（一）評價方式

跨學(xué)科實踐作業(yè)的評價方式是多方面的，評價方式的選擇要突出評價的育人功能，通過評價激勵學(xué)生參與到跨學(xué)科實踐項目中，通過評價培育學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。主要有以下幾種評價方式：

1．過程性評價：關(guān)注學(xué)生在跨學(xué)科實踐作業(yè)中的參與度、合作能力、問題解決能力等。

2．成果展示與評價：通過學(xué)生提交的實驗報告、設(shè)計作品等成果，評價其對壓強概念的理解程度及跨學(xué)科應(yīng)用能力。

3．同伴評價與自我評價：鼓勵學(xué)生相互評價作品，同時進行自我反思，提升自我認(rèn)知和學(xué)習(xí)動力。

（二）反思與改進

跨學(xué)科實踐作業(yè)實施過程可以圍繞以下幾方面進行反思與改進。

1．內(nèi)容整合度：回顧跨學(xué)科實踐作業(yè)的設(shè)計過程，檢查各學(xué)科知識是否有效整合，是否存在知識盲點或重復(fù)。

2．難度適宜性：根據(jù)學(xué)生的實際表現(xiàn)和反饋，調(diào)整作業(yè)難度，確保既具有挑戰(zhàn)性又符合學(xué)生的認(rèn)知水平。

3．資源利用：評估實驗材料、工具等資源的利用情況，思考如何更高效地利用現(xiàn)有資源或開發(fā)新的教學(xué)資源。

4．學(xué)生興趣與參與度：關(guān)注學(xué)生在跨學(xué)科實踐作業(yè)中的興趣和參與度，分析影響學(xué)生積極性的因素，并采取措施加以改進。

四、總結(jié)與提升

（一）素養(yǎng)立意：培育科學(xué)素養(yǎng)的出發(fā)點與落腳點

跨學(xué)科實踐以學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的培育為出發(fā)點和落腳點。它強調(diào)學(xué)科知識的整合發(fā)展，關(guān)注學(xué)科科學(xué)概念及跨學(xué)科大概念的運用，通過現(xiàn)實問題的跨學(xué)科解決，培養(yǎng)學(xué)生的理想信念、社會責(zé)任感、創(chuàng)新精神與實踐能力。這種實踐方式有助于打破學(xué)科壁壘，讓學(xué)生在解決實際問題的過程中，綜合運用多學(xué)科知識，形成跨學(xué)科的綜合素養(yǎng)。

（二）綜合學(xué)習(xí)：提升知識整合與應(yīng)用能力

跨學(xué)科實踐推動學(xué)生把當(dāng)下所學(xué)與所處的學(xué)校情境、社會情境和未來職業(yè)情境加以聯(lián)結(jié)。它提供給學(xué)生綜合運用不同學(xué)科領(lǐng)域的內(nèi)容和方法解決問題或完成任務(wù)的機會，是一種“活動”的學(xué)習(xí)、“協(xié)作”的學(xué)習(xí)和“反思”的學(xué)習(xí)。通過跨學(xué)科實踐，學(xué)生能夠更全面地理解知識的內(nèi)在聯(lián)系，提升知識整合與應(yīng)用能力，從而更好地適應(yīng)未來社會的發(fā)展需求。

（三）融合創(chuàng)新：拓展認(rèn)知邊界與激發(fā)創(chuàng)意

跨學(xué)科實踐超越傳統(tǒng)單一學(xué)科方法的束縛，在解決真實問題中借用、移植多學(xué)科的方法，拓展認(rèn)知邊界。它嘗試用更廣闊的思路實現(xiàn)不同學(xué)科知識的碰撞，從而產(chǎn)生新的創(chuàng)意，實現(xiàn)知識創(chuàng)新。這種創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，對學(xué)生未來的個人發(fā)展和社會進步具有重要意義。

（四）具身行動：強調(diào)親身體驗與具身實踐

跨學(xué)科實踐倡導(dǎo)超越傳統(tǒng)心智層面的學(xué)習(xí)，積極發(fā)揮“身體參與”的作用。它強調(diào)學(xué)生學(xué)習(xí)的親身體驗與具身實踐，讓學(xué)生在問題解決的基礎(chǔ)上，將解決方案與個體想法付諸實踐，實現(xiàn)“身心一體”的活動學(xué)習(xí)。通過具身行動，學(xué)生能更深入地理解知識，提升實踐能力，有助于培養(yǎng)責(zé)任感和擔(dān)當(dāng)精神。

（五）適應(yīng)社會發(fā)展需求：培養(yǎng)具備科學(xué)素養(yǎng)的高素質(zhì)人才

跨學(xué)科實踐有助于培養(yǎng)學(xué)生的社會責(zé)任感、創(chuàng)新精神與實踐能力，這些素養(yǎng)是現(xiàn)代社會對高素質(zhì)人才的基本要求。通過跨學(xué)科實踐，學(xué)生能夠更真切地認(rèn)識真實世界，有效解決實際問題，激發(fā)內(nèi)在的學(xué)習(xí)興趣，促進知識的共享以及高階思維的發(fā)展。

綜上所述，跨學(xué)科實踐在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)上具有重要意義。它不僅能夠提升學(xué)生的知識整合與應(yīng)用能力，還能促進學(xué)生的全面發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生的社會責(zé)任感、創(chuàng)新精神與實踐能力。

（作者單位：福建省松溪縣第三中學(xué)）

編輯：趙文靜