中圖分類號：G63 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0450-9889（2025）19-0073-06

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》增設(shè)了“跨學(xué)科實踐”一級主題，旨在發(fā)展學(xué)生的跨學(xué)科知識運用能力，提高學(xué)生分析問題、解決問題的綜合能力，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和創(chuàng)新能力。物理跨學(xué)科實踐需要以物理學(xué)科知識為主體，借助多學(xué)科的知識和方法，將物理與其他學(xué)科知識進(jìn)行有機的整合，引導(dǎo)學(xué)生在真實情境中開展探究實踐，解決復(fù)雜問題，提升綜合素養(yǎng)。項目式學(xué)習(xí)是以學(xué)科核心知識為中心，圍繞真實情境，在驅(qū)動性問題或任務(wù)的引導(dǎo)下，通過團隊協(xié)作收集與處理信息、解決復(fù)雜問題并產(chǎn)出項目成果的教學(xué)模式，可有效促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展1]。項目式學(xué)習(xí)具有活動參與、項目設(shè)計、問題解決等要素，可以作為跨學(xué)科實踐的學(xué)習(xí)框架，將多學(xué)科的知識和方法融入其中，使學(xué)習(xí)框架更加立體，為跨學(xué)科實踐提供有力支撐2]。無論是項目式學(xué)習(xí)還是跨學(xué)科實踐，其核心理念都是引導(dǎo)學(xué)生在解決真實復(fù)雜問題中獲取知識與技能，培養(yǎng)核心素養(yǎng)與綜合能力[3]。據(jù)此，本研究基于項目式學(xué)習(xí)，以“制作電動春米機模型”為例，探討初中物理跨學(xué)科教學(xué)的設(shè)計與實施。

一、初中物理跨學(xué)科項目式學(xué)習(xí)的整體設(shè)計

（一）跨學(xué)科項目主題的選擇及內(nèi)容分析

初中物理跨學(xué)科項目主題的設(shè)計應(yīng)以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向，聚焦真實問題情境的探究與實踐。主題選擇需兼顧學(xué)科邏輯與生活邏輯，遵循“現(xiàn)象觀察一原理探究一技術(shù)應(yīng)用一社會價值”的認(rèn)知邏輯，從物理學(xué)科與其他學(xué)科知識的交匯點切入，構(gòu)建項目式學(xué)習(xí)框架。例如，春米機作為我國傳統(tǒng)的糧食加工工具，其結(jié)構(gòu)設(shè)計、工作原理和實際應(yīng)用涉及物理、工程技術(shù)等多學(xué)科知識。教師選擇“制作電動春米機模型”作為項目主題，立足于物理學(xué)科，巧妙地將杠桿原理與電動機知識結(jié)合起來，引入凸輪機構(gòu)與電動機運轉(zhuǎn)程序設(shè)計等工程技術(shù)和信息科技領(lǐng)域的知識，為學(xué)生創(chuàng)造“用中學(xué)”“做中學(xué)”“創(chuàng)中學(xué)”的機會，進(jìn)行新知識的意義建構(gòu)。根據(jù)項目主題，教師歸納整理項目課程涉及的具體內(nèi)容和學(xué)科領(lǐng)域（如下頁表1），通過實驗驗證、模型建構(gòu)、數(shù)據(jù)分析和創(chuàng)意制作等實踐活動，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維與創(chuàng)新能力，促進(jìn)知識遷移與問題解決能力的協(xié)同提升。

（二）跨學(xué)科項目教學(xué)目標(biāo)的確定

“制作電動春米機模型”跨學(xué)科項目式學(xué)習(xí)的主體是九年級學(xué)生。通過小學(xué)科學(xué)課程的學(xué)習(xí)，以及初中物理“機械運動和力”“電和磁”“機械能”“能量的轉(zhuǎn)化”等二級主題的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，學(xué)生對運動和力、電路組成和能量轉(zhuǎn)化等知識比較熟悉，具備歸納整理、邏輯推理能力，并能建立簡單的物理模型。根據(jù)項目主題和學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，教師以《義務(wù)教育課程方案（2022年版）》中跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)要求為框架，緊扣物理核心素養(yǎng)培養(yǎng)要求，遵循“知識關(guān)聯(lián)一方法遷移一價值升華”的進(jìn)階邏輯，確定了“制作電動春米機模型”的教學(xué)目標(biāo)（如表2）。

（三）跨學(xué)科項目任務(wù)及教學(xué)流程設(shè)計

基于課程內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)，教師設(shè)計了“制作電動春米機模型”跨學(xué)科項目教學(xué)流程（如下頁圖1）。該教學(xué)流程包括初步認(rèn)識春米機、制作簡易春米機、設(shè)計與改進(jìn)春米機、項目成果展示與交流等項目任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)問題、建模分析、創(chuàng)新實踐和反思評價等系列探究過程，幫助學(xué)生實現(xiàn)學(xué)科知識學(xué)習(xí)向?qū)嵺`能力的轉(zhuǎn)化，提升運用跨學(xué)科知識綜合解決問題的能力。

二、初中物理跨學(xué)科項目式學(xué)習(xí)的實施

（一）情境創(chuàng)設(shè)，設(shè)定項目任務(wù)

在“制作電動春米機模型”跨學(xué)科項目式學(xué)習(xí)中，教師應(yīng)遵循真實性、挑戰(zhàn)性和學(xué)科融合性原則，基于物理學(xué)科大概念，創(chuàng)設(shè)與現(xiàn)實生活緊密相關(guān)的教學(xué)情境，拉近物理知識與實際應(yīng)用的距離。首先，教師展示明朝發(fā)明家宋應(yīng)星在《天工開物》中記載的稻谷加工圖片和文字資料，介紹古代勞動人民進(jìn)行糧食加工的方法，提出驅(qū)動問題：“同學(xué)們對春米過程及春米機歷史發(fā)展、結(jié)構(gòu)、用途等方面了解多少？”引導(dǎo)學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)資源，自主搜索更多關(guān)于春米及春米機的相關(guān)信息，并撰寫學(xué)習(xí)報告。這一情境的創(chuàng)設(shè)，符合課標(biāo)中跨學(xué)科實踐主題的內(nèi)容要求：引導(dǎo)學(xué)生在了解我國古代科技應(yīng)用的過程中，感受古代科技對人類生產(chǎn)生活、文明發(fā)展的影響；加強學(xué)生對傳統(tǒng)科技的認(rèn)同，厚植家國情懷；激發(fā)學(xué)生對科學(xué)探究的興趣，為接下來項目任務(wù)的開展作鋪墊4。同時，教師給予學(xué)生充足的時間在學(xué)校機房中收集信息，組織學(xué)生進(jìn)行小組討論和學(xué)習(xí)成果匯報，培養(yǎng)學(xué)生合作、交流和表達(dá)等方面的能力。

其次，教師引導(dǎo)學(xué)生針對學(xué)習(xí)成果中的圖文信息進(jìn)行深度挖掘，提出問題：“同學(xué)們是否想擁有一架屬于自已的春米機？”由此明確學(xué)生要完成的項目任務(wù)是制作一個春米機模型。學(xué)生整合物理、工程技術(shù)等學(xué)科的知識和方法，嘗試?yán)L制春米機的模型結(jié)構(gòu)圖，并制作出初代春米機模型，初步培養(yǎng)了運用所學(xué)知識解決實際問題的能力。

（二）基于實際問題，進(jìn)行作品的設(shè)計和改進(jìn)

基于春米機學(xué)習(xí)報告與自制春米機實物模型，學(xué)生分組對初代春米機展開討論，歸納總結(jié)出簡易春米機的優(yōu)缺點：腳踏式春米機結(jié)構(gòu)簡單，操作靈活，維護方便，能夠滿足小型農(nóng)戶的需求。然而，腳踏式春米機費人力，難以實現(xiàn)持續(xù)高效的春米工作，產(chǎn)能較低。針對簡易春米機的上述缺點，教師組織學(xué)生討論改進(jìn)方向，進(jìn)行小組匯報。在匯報過程中，學(xué)生能夠描述春米機的實際運作過程，明晰春米機的基礎(chǔ)構(gòu)造及其運用的杠桿原理，就春米機耗費人力這一問題達(dá)成共識。接下來，教師引導(dǎo)學(xué)生借鑒古人改進(jìn)春米機動力系統(tǒng)的思路，引進(jìn)現(xiàn)代技術(shù)，提出簡易春米機的改進(jìn)設(shè)想（如圖2）。

根據(jù)學(xué)生討論確定的改進(jìn)方向，教師設(shè)計了系列驅(qū)動性問題及其對應(yīng)的子任務(wù)（如圖3），激發(fā)學(xué)生的思考，引導(dǎo)學(xué)生帶著問題主動投入到下一個階段的項目學(xué)習(xí)中。在項目實踐中，學(xué)生將完成了解電動機的原理、結(jié)構(gòu)和用途，認(rèn)識凸輪機構(gòu)及其作用，學(xué)習(xí)電動機的程序設(shè)計，設(shè)計并制作電動春米機模型等任務(wù)，達(dá)成上述表2所設(shè)定的素養(yǎng)目標(biāo)。

（三）問題解決，體會項目改進(jìn)的復(fù)雜性與系統(tǒng)性

子任務(wù)1：了解電動機的原理、結(jié)構(gòu)和用途。在驅(qū)動性問題的引導(dǎo)下，學(xué)生明確了后續(xù)學(xué)習(xí)的方向，進(jìn)入項目改進(jìn)的實踐操作階段。例如，針對春米機耗費人力這一問題，學(xué)生選擇利用電動機將電能轉(zhuǎn)化為機械能，代替人力工作。教師指導(dǎo)學(xué)生在學(xué)校機房通過網(wǎng)絡(luò)查閱電動機相關(guān)的視頻、圖像資料，并借助桌面實驗器材開展小組實驗，完成“通電導(dǎo)體在磁場中受力”的實驗。實驗結(jié)果表明：通電導(dǎo)體在磁場中會受到力的作用，且力的方向與電流方向、磁場方向相關(guān)；電動機的核心構(gòu)造為轉(zhuǎn)子與定子，其功能是將電能轉(zhuǎn)化為機械能。例如，將電動機應(yīng)用于舂米機時，可替代人力為設(shè)備提供動力。最終，學(xué)生以匯報形式闡述電動機的原理、構(gòu)造和用途。整個實踐改進(jìn)過程中，教師實時跟進(jìn)指導(dǎo)，確保學(xué)生能夠分階段解決各子問題。通過信息技術(shù)收集與處理信息，以及實驗探究過程，學(xué)生的邏輯思維能力得到了鍛煉。

子任務(wù)2：認(rèn)識凸輪機構(gòu)及其作用。在此任務(wù)中，教師播放凸輪機構(gòu)微課視頻并展示實物，組織學(xué)生探討其結(jié)構(gòu)與功能。學(xué)生通過觀摩實物，明確凸輪機構(gòu)是由凸輪、從動件和機架三個基本構(gòu)件組成的高副機構(gòu)。其中，凸輪是具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件，通常作為主動件，做等速回轉(zhuǎn)運動或往復(fù)直線運動。以電動春米機為例，其動力由電動機提供，動力軸持續(xù)轉(zhuǎn)動帶動軸上凸輪同步轉(zhuǎn)動。當(dāng)凸輪的凸起部分作用于春白一端時，該端被下壓，另一端的舂白槌隨之被抬起；當(dāng)凸輪的凸起部分轉(zhuǎn)動至脫離舂白一端時，舂白槌因自身重力下落。學(xué)生基于上述原理，嘗試設(shè)計了由電機帶動凸輪機構(gòu)實現(xiàn)春米機運轉(zhuǎn)的模型（如圖4），充分體現(xiàn)了物理與工程技術(shù)的融合應(yīng)用。在解決驅(qū)動性問題及完成子任務(wù)的過程中，學(xué)生運用工程技術(shù)知識進(jìn)行模型設(shè)計，建立了凸輪機構(gòu)與春米機的結(jié)構(gòu)功能聯(lián)系。通過該實踐，學(xué)生的圖像表征能力得到鍛煉，綜合運用知識解決實際問題的意識和能力明顯增強。

子任務(wù)3：學(xué)習(xí)電動機的程序設(shè)計。為實現(xiàn)電動機的正常運轉(zhuǎn)，需對其運行程序進(jìn)行精準(zhǔn)設(shè)定。經(jīng)過程序編控的電動機可具備正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和定時轉(zhuǎn)動等功能。教師結(jié)合項目進(jìn)程，針對性提出本任務(wù)中的系列子問題，引導(dǎo)學(xué)生依據(jù)電動春米機的實際工作需求（如圖5），深入探討電動機的運行程序并開展編程實踐。學(xué)生通過小組討論分析發(fā)現(xiàn)，在電動春米機模型中，電動機作為動力源僅需設(shè)定為正轉(zhuǎn)模式，該運行邏輯相對簡易。在學(xué)生進(jìn)行程序?qū)嵅倨陂g，教師全程跟進(jìn)指導(dǎo)，協(xié)助學(xué)生通過USB端口完成計算機與主控板的連接，并將預(yù)先編寫好的程序下載至主控板，以此驅(qū)動電動機運行。此學(xué)習(xí)任務(wù)通過小組合作探究完成，旨在培養(yǎng)學(xué)生的合作學(xué)習(xí)能力和溝通表達(dá)能力，使學(xué)生深刻理解科學(xué)技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新在解決實際問題中的重要價值，實現(xiàn)“用中學(xué)”“創(chuàng)中學(xué)”，幫助學(xué)生突破電動春米機模型改進(jìn)過程中的技術(shù)難點。

子任務(wù)4：設(shè)計并制作電動春米機模型。教師圍繞項目目標(biāo)提出系列子問題，組織學(xué)生開展小組討論，引導(dǎo)學(xué)生系統(tǒng)梳理各子任務(wù)中的知識要點，進(jìn)而總結(jié)出電動春米機的總體設(shè)計思路，完成模型設(shè)計方案。在學(xué)生進(jìn)行方案設(shè)計過程中，教師提供實時指導(dǎo)，并配備相關(guān)改進(jìn)材料，營造利于實踐探索的教學(xué)環(huán)境。學(xué)生在設(shè)計方案中，對電動春米機的工作原理、結(jié)構(gòu)組成和制作步驟進(jìn)行闡述（如圖6）。隨后，學(xué)生依據(jù)設(shè)計方案以小組合作形式開展模型改進(jìn)工作，最終成功制作電動春米機實物模型（如下頁圖7）。本次項目實踐在學(xué)校機房開展，學(xué)生可借助網(wǎng)絡(luò)資源收集與分析資料，并在此基礎(chǔ)上提出創(chuàng)新設(shè)想。這種高度開放的合作學(xué)習(xí)模式，有效發(fā)散了學(xué)生的思維，提升了其模型建構(gòu)能力。通過經(jīng)歷明確需求、方案設(shè)計、實踐制作、優(yōu)化改進(jìn)的產(chǎn)品研發(fā)流程，學(xué)生實現(xiàn)了項目實踐與知識學(xué)習(xí)的深度融合，建立起核心知識與實際問題解決之間的關(guān)聯(lián)，充分彰顯了跨學(xué)科項目式學(xué)習(xí)的教育價值。

（四）項目成果展示與項目評價

項目成果展示與評價是對跨學(xué)科項目教學(xué)活動價值進(jìn)行判斷、挖掘與提升的過程。從理論層面來看，學(xué)習(xí)匯報是學(xué)生將隱性知識顯性化的過程。通過梳理項目中物理原理應(yīng)用、跨學(xué)科知識整合的實踐路徑，學(xué)生能夠系統(tǒng)建構(gòu)知識網(wǎng)絡(luò)，深化對物理概念與工程實踐關(guān)系的理解。項目評價則搭建多維互動平臺，教師可以從問題解決表現(xiàn)、價值認(rèn)同表現(xiàn)、價值實踐表現(xiàn)、產(chǎn)品物化表現(xiàn)等方面，設(shè)計合理的考核標(biāo)準(zhǔn)（如表3），采用多元評價方式，關(guān)注學(xué)生在科學(xué)思維、動手能力和跨學(xué)科整合中的成長。學(xué)生在自評、互評和師評中，既能從同伴視角獲取創(chuàng)造性解決方案，又能在批判性反饋中反思自身不足。

完成電動春米機模型制作后，各小組經(jīng)組內(nèi)交流討論，圍繞電動春米機的工作原理、結(jié)構(gòu)設(shè)計、運行效果和創(chuàng)新優(yōu)勢等維度，開展項目成果展示與未來改進(jìn)展望的匯報。匯報過程中，其他小組依據(jù)預(yù)設(shè)的評價標(biāo)準(zhǔn)，從科學(xué)性、創(chuàng)新性、實用性等方面進(jìn)行量化評分與質(zhì)性評價，并提出優(yōu)化建議。此外，本次展示活動特別設(shè)置了答辯環(huán)節(jié)：評價小組針對展示內(nèi)容提出質(zhì)疑，展示小組需基于理論分析、實驗數(shù)據(jù)等客觀證據(jù)進(jìn)行論證，通過邏輯思辨與現(xiàn)場討論，對原有設(shè)計觀點進(jìn)行合理辯護或修正完善，以此深化對物理原理與工程實踐的認(rèn)知。

過程性評價作為跨學(xué)科項目式學(xué)習(xí)的主要評價形式，是將核心素養(yǎng)轉(zhuǎn)換為容易觀察的顯性表現(xiàn)的重要途徑。在“制作電動春米機模型”項目式學(xué)習(xí)中，過程性評價貫穿設(shè)計、制作、測試和優(yōu)化各環(huán)節(jié)，重點關(guān)注學(xué)生的科學(xué)探究、實踐操作、協(xié)作能力和跨學(xué)科應(yīng)用。例如，在設(shè)計階段，關(guān)注學(xué)生能否查閱資料，明確春米機的工作原理并合理規(guī)劃模型結(jié)構(gòu)，對設(shè)計新穎、考慮周全的小組給予加分，鼓勵其發(fā)揮創(chuàng)新思維能力；在制作環(huán)節(jié)，評價學(xué)生的動手能力和協(xié)作情況，觀察學(xué)生是否能夠熟練使用工具、規(guī)范操作，對分工明確、配合默契的團隊給予肯定，若學(xué)生出現(xiàn)操作失誤或協(xié)作不暢，教師及時指導(dǎo)調(diào)整；在調(diào)試優(yōu)化階段，關(guān)注學(xué)生能否發(fā)現(xiàn)問題、分析原因及進(jìn)行改進(jìn)，對能通過多次嘗試解決問題、不斷優(yōu)化模型性能的小組給予高度評價，培養(yǎng)其科學(xué)探究精神。通過全面、動態(tài)的過程性評價，學(xué)生能夠不斷提升綜合能力，完成高質(zhì)量項目作品。

（五）拓展知識領(lǐng)域，深化素養(yǎng)提升

初中物理跨學(xué)科項目式學(xué)習(xí)的拓展延伸環(huán)節(jié)，是對前期學(xué)習(xí)成果的深化與升華。教師可基于歷史溯源、文化傳承、社會倫理等多維視角，設(shè)計兼具開放性與綜合性的拓展項目，推動學(xué)生實現(xiàn)物理知識與多學(xué)科知識的深度融合。在探索拓展問題的過程中，學(xué)生需綜合運用多學(xué)科知識進(jìn)行系統(tǒng)分析，根據(jù)實際情境靈活調(diào)整解決方案，培養(yǎng)科學(xué)思維能力，促進(jìn)跨學(xué)科綜合素養(yǎng)的發(fā)展。在“制作電動春米機模型”項目的拓展延伸環(huán)節(jié)，教師精心設(shè)計了以下兩個實踐活動，引導(dǎo)學(xué)生將物理知識探究延伸至人文社科領(lǐng)域，通過問題辨析與實踐反思，培養(yǎng)批判性思維與跨學(xué)科綜合應(yīng)用能力。

一是探究“冬舂米”民俗，感受傳統(tǒng)科技智慧。

教師要求學(xué)生通過互聯(lián)網(wǎng)查閱資料，了解“冬春米”這一民間歲時風(fēng)俗。學(xué)生發(fā)現(xiàn)，古代農(nóng)民在冬季利用低溫環(huán)境春米，既能延長稻米的儲存時間，又能提升口感。這一習(xí)俗既體現(xiàn)了古人對自然規(guī)律的巧妙運用，也展現(xiàn)了腳踏碓、水碓等早期機械在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。通過這一活動，學(xué)生深刻地理解物理在傳統(tǒng)生產(chǎn)生活中的實際價值，增強對我國古代科技成就的自豪感。

二是開展“科技發(fā)展與民俗傳承的辯證關(guān)系”研討會。隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機械的普及，傳統(tǒng)春米方式逐漸被電動碾米機取代，僅在少數(shù)民俗村落或旅游景點保留。教師組織學(xué)生圍繞民俗傳承與科技發(fā)展展開研討，鼓勵學(xué)生結(jié)合物理、歷史、社會學(xué)等知識發(fā)表見解。部分學(xué)生認(rèn)為，科技發(fā)展提高了生產(chǎn)效率，淘汰落后生產(chǎn)方式是大勢所趨；部分學(xué)生提出，民俗承載著文化記憶，完全拋棄民俗可能導(dǎo)致文化斷層。經(jīng)過討論，學(xué)生逐漸形成辯證觀點：科技與民俗并非對立，而是可以共生共存。例如，可以通過博物館展示、“非遺”體驗等方式保留傳統(tǒng)春米技藝，同時利用現(xiàn)代科技優(yōu)化其應(yīng)用場景。學(xué)生既能體會到科技進(jìn)步對人類生活的深遠(yuǎn)影響，也能學(xué)會用辯證思維看待社會變遷，實現(xiàn)科學(xué)精神與人文素養(yǎng)的協(xié)同發(fā)展。

綜上所述，跨學(xué)科項目式學(xué)習(xí)通過整合多學(xué)科的知識和方法，創(chuàng)新了初中物理課程的育人模式。在初中物理跨學(xué)科實踐活動中，學(xué)生完成系列項目任務(wù)后，以物化成果作為學(xué)習(xí)成果的可視化呈現(xiàn)，這一過程檢驗了學(xué)生的跨學(xué)科知識應(yīng)用與實踐創(chuàng)新能力，促進(jìn)了學(xué)生物理核心素養(yǎng)的發(fā)展，達(dá)成了項目預(yù)設(shè)的育人目標(biāo)，體現(xiàn)了跨學(xué)科項目式學(xué)習(xí)的教育效能。

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（責(zé)編韋榕峰）