张晓刚：基于项目式学习的初中物理跨学科实践教学设计——以“跨学科实践：桥”项目为例

摘要：“跨学科实践”是旨在发展学生跨学科运用知识综合性分析问题、解决问题的实践能力。本文以项目式学习 （PBL）为理论依据，设计了以项目为引领的初中物理跨学科实践学习模式，并以“跨学科实践：桥”项目为例，展示项目教学实践过程和设计思路，实现项目式学习与初中物理“跨学科实践”的有效整合。

关键词：跨学科实践；项目式学习；桥

《义务教育物理课程标准（2022 版）》明确指出，跨学科实践已经成为义务教育物理课程内容的五个一级主题之一，这一变化体现了教育部门对于培养学生综合能力的重视。根据该标准，跨学科实践的课时比例不得低于整个初中物理课程总课时的10%。这一新的教学要求强调了将物理学与日常生活、工程实践以及社会发展紧密联系起来的重要性。跨学科实践的三个二级主题——物理学与日常生活的结合、物理学与工程实践的结合、以及物理学与社会发展的结合，共同构成了一个旨在全面提升学生能力的教育框架。这一框架不仅致力于发展学生跨学科运用知识的能力，还着重于培养学生分析和解决问题的综合能力，以及动手操作的实践能力。此外，跨学科实践还旨在培养学生的积极认真的学习态度，激发他们乐于实践、敢于创新的精神。因此，跨学科实践已经成为初中物理课程中不可或缺的重要组成部分。随着这一新标准的实施，如何有效地开展初中物理跨学科实践教学，已经成为当前初中物理教学领域的一个重要研究课题。

项目式学习（PBL）是一种以学生为中心的教学方法，它鼓励学生通过解决真实世界中的问题来学习新知识。在初中物理教学中，项目式学习的项目通常来源于学生熟悉和感兴趣的真实生活情境。通过以项目为驱动，学生被激励去进行科学探究，从而掌握物理知识。项目式学习还鼓励学生将物理知识与工程实践相结合，进行项目作品的设计与制作。国内外的教育研究已经表明，项目式学习与跨学科实践的要求高度契合，能够有效地指导初中物理跨学科实践教学的设计与实施。基于项目式学习的理论框架，本文提出了一个具体的教学设计——基于项目式学习的初中物理跨学科实践教学，并以此为基础，设计并实施了“跨学科实践：桥”项目活动。这一活动旨在通过具体的桥梁设计与建造项目，让学生在实践中学习物理知识，同时培养他们的创新思维和团队合作能力。

一、基于项目式学习的初中物理跨学科实践

项目式学习是一种以建构主义、情境学习、社会交互和认知工具为理论基础的教学模式。它通过创设与真实生活情境紧密相关的项目主题，将物理与“日常生活”、“工程实践”、“社会发展”等领域相融合。在这一过程中，项目成为驱动，不断提出问题，鼓励学生通过自主学习和小组合作的方式，解决问题并物化项目作品。通过这样的学习过程，学生不仅能够实现知识的生成，还能培养实践能力，并提升学科核心素养。

项目式学习的理论基础和目标是提升物理学科的核心素养。通过将项目式学习的内涵和特点与初中物理跨学科实践的理念相结合，可以有效地指导初中物理跨学科实践教学的实施。新版的初中物理教材中包含了丰富的跨学科实践项目教学资源。这些资源可以被开发成具有跨学科实践性质的项目，从而围绕项目的创设与规划、科学探究、解决问题的项目实践、跨学科知识融合等四个环节组织教学实践。在教学过程中，教师可以灵活运用“情境化教学”、“突出问题教学”、“做中学”、“用中学”、“创中学”等多种教学方式，以项目为引领进行跨学科实践，以问题为驱动，通过不断提出和解决问题，发展学生运用跨学科知识解决问题的能力，培养学生的科学思维。在项目实施过程中，以物理学科知识为主体，通过小组合作的方式，将项目成果物化为作品模型进行展示与评价。在这一活动中，学生不仅能够培养小组合作精神，还能培养分析问题、解决问题、动手实践能力及创新能力。

二、制作桥项目的跨学科实践教学过程

本文以新教科版初中物理八年级下册第八章第五节 “跨学科实践：桥”内容开展基于项目式学习的跨学科实践教学，以“跨学科实践：桥”项目为例，从项目的提出、项目分析、项目实施与交流、知识拓展四个阶段进行教学实践，体现“物理与日常生活”“物理与工程实践”“物理与社会发展”的融合，发展学生的学科核心素养。

1、创设情境，项目提出。河北省保定市阜平县是我们家乡的革命老区，人民群众已经过上小康生活。现在，老区的一个小村庄想要发展乡村绿色旅游，但是村口的峡谷阻碍了交通，请同学们用学过的力学知识，通过小组合作，为这一峡谷设计一座桥梁，模型主体为A4纸制作，跨越要求最少25cm，宽10cm，至少能承重0.2N！项目设计表已经提交发到同学们手上，各组都有了自己的模型，这节课我们就分组展示一下。进而确定项目主题“跨学科实践：桥”。

    在展示各组作品之前，先了解一下桥的发展演变，远古的独木桥、廊桥、“清明上河图”汴河虹桥、石桥、石拱桥、卢沟桥、现代桥梁，并观看桥梁建设的视频。一座桥承担着天堑变通途的期盼，勾勒着梦想与光阴的轨迹。在小组展示桥梁设计之前，同学们了解了桥梁的结构，设计了小组合作项目任务单，。

2、桥梁结构认知的立体化教学。以小组为单位，同学们化身桥梁设计师，共同了解桥梁的设计过程，融合了物理、数学、工程、艺术等多学科要素，通过小组合作，建构有关桥梁的知识。

图1

图1为：“桥梁工程师”跨学科项目式学习设计表，每个小组成员通力协作，从项目分析、项目实施到项目交流，形成关于桥梁的知识结构体系。在课堂上按板块进行交流并相互评价。

3、力学原理的探究式学习。

利用海绵模拟桥面受力情况，（图2）海绵模拟实验的价值不仅在于观察形变现象，更要引导学生建立应力分布模型。当学生发现上层压缩、下层拉伸的规律时，适时引入材料力学中中性层的概念，搭建从现象到理论的认知桥梁。

拱桥橡皮筋实验可延伸开展对比研究：（图3）设置不同曲率半径的拱形结构，使用传感器测量承重数据。这种量化分析能帮助学生理解"合理拱轴线"的工程概念，培养数据驱动的问题解决能力。

让每组学生用筷子和皮筋构成三角形和四边形来探究三角形稳定性，（图4）三角形是现代桥梁的基本结构元素，它有相对较轻的自重且能承受更大的压力和拉力。因此，在设计上常常利用三角形结构来加固桥梁。

图2

图3

图4

4、项目交流展示。（图5）

图5

每个小组通过项目作品的展示，驱动学生对学习过程进行系统的梳理，巩固学生对于桥梁知识的学习成果，增强学生通过项目学习获得的成就感。通过交流评价提升学生的分析与论证能力，发展学生的质疑与创新能力，使学生感受到交流与评价的重要意义。开展学生的自我评价和小组互评，有利于学生对自己在项目过程中的表现和项目成果进行总结与反思，有助于在项目学习过程中提升物理核心素养。

三、项目式学习的实践意义

《义务教育物理课程标准（2022 版）》颁布后，探索开展初中物理跨学科实践教学是现阶段初中物理教学的重要研究课题。本文是基于项目式学习的初中物理跨学科实践教学探索，开发了“跨学科实践：桥”的项目教学案例，这是对现行的初中物理教材资源发掘的一次尝试。通过真实生活情境创设物理与“日常生活”“工程实践”“社会发展”相融合的项目主题，从项目提出、项目分析、项目展示与交流、知识拓展四个阶段进行教学实践，实现项目式学习与初中物理“跨学科实践”的有效整合。

参考文献：

[1]  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．

[2]  韩思思，杨杰．基于项目的初中物理与工程跨学科 实践——以“制作潜水艇模型”项目为例[J]．物理教师，2023, 44(01): 40-43．

[3]  宋定飞．基于核心素养的初中物理 “跨学科实践” 教学探索——以“制作小孔成像仪”教学为例[J]．中学物理， 2023, 41(08): 35-40．

[4]  周艳，王涛，张静．指向素养发展的初中物理跨学科项目式教学——以“防洪堤坝的设计”为例[J]．物理教师， 2024, 45(06): 38-42．

作者简介：

张晓刚，华师教育研究院研究员，高级教师，河北省保定市第二十六中学教务主任，物理教研组长，班主任；保定市骨干教师，竞秀区优秀班主任、区家庭教育指导讲师、区首批“教育科研课题评审专家库”成员、区深化基础教育改革提高教育教学质量进步奖获得者；先后荣获2018年河北省信息技术与教学融合优质课大赛保定赛区一等奖，2019年河北省第四届微课大赛三等奖，2021年河北省教师教育教学信息化交流活动课件一等奖；主持完成国家课题《初中物理分组实验的出路与对策》和市级课题《云教育环境下的物理创新实验应用研究》，并参与多项省、市级课题研究。