融合地方文化资源的初中物理跨学科实践教学

［摘 要］《义务教育物理课程标准（2022年版）》在原有课程内容的基础上新增了“跨学科实践”一级主题。地方文化资源是跨学科实践教学的理想素材，充分融合地方文化资源对中学物理跨学科实践课程的开发和设计具有重要作用。文章分析了融合地方文化资源的跨学科实践教学的理论基础与优越性，并因地制宜，以“千载苏桥，慧通古今”项目为例阐述融合苏州桥文化的初中物理跨学科实践教学的环节与设计意图，体现了地方文化资源与工程教育、物理学科教学的有机融合。

［关键词］跨学科实践教学；地方文化资源；工程教育；初中物理

［中图分类号］    G633.7        ［文献标识码］    A        ［文章编号］    1674-6058（2024）20-0041-04

《义务教育物理课程标准（2022年版）》对物理课程的内容结构进行了优化，增加了“跨学科实践”一级主题，这一主题内容与日常生活、工程实践及社会热点问题密切相关，颇具跨学科性、实践性特点[1]。物理跨学科实践课程的开发要求教师在教学中充分挖掘物理教材与日常生活中的科学问题相结合的素材，选择恰当的主题进行项目编制。依托10%的跨学科主题学习，撬动90%的物理课堂学习，激发学生的物理学习兴趣[2]。

地方文化资源与学生的日常生活息息相关，同时也是无数古代劳动人民在数千年的生产生活实践中凝结的智慧结晶，蕴含着对物理现象、物理原理的思考。因此，地方文化资源是物理跨学科实践教学的理想素材，充分融合地方文化资源对物理跨学科实践课程的开发和设计具有沟通文理、传承文化、培养文化认同感等重要作用。

一、融合地方文化资源的跨学科实践教学的理论基础与优越性

跨学科实践的教育思想可以追溯到19世纪赫尔巴特的综合课程理论，随着科学技术的发展跨学科实践不断被赋予新的内涵，逐渐形成了诸多教育理念。其中，STEM教育理念影响最为广泛。而新课标提出的“跨学科实践”是STEM教育理念中国化的又一重大突破，它通过将物理学与工程相联系，培养学生的知识迁移运用能力和乐于实践、勇于创新的精神[3]。

近年来，我国高度重视的中华传统文化教育与跨学科实践的教育思想相得益彰。地方特色文化作为中华传统文化的重要组成部分，是跨学科实践学习的理想素材，因为它能够提供丰富的工程实践场所和创设生动的生活场景，并以学生熟悉的地方文化作为切入点，可以激发学生的学习兴趣，有助于学生深刻理解物理概念及规律。地方文化资源蕴含大量的物理现象与知识，将其融入物理教学能促进文理之间的沟通和交流，有助于学生体会古代劳动人民的智慧和工匠精神[4]。通过了解和学习地方文化，学生能够更好地认识自己所处的环境和社会，增强自己的文化认同感和归属感，进而拓宽视野、提高综合素质，为未来的发展打下坚实的基础[5]。

二、融合地方文化资源的跨学科实践教学——以“千载苏桥，慧通古今”项目为例

苏州自古以来便以其婉约的水乡文化和精湛的园林建筑闻名于世，具有丰富的历史底蕴和深厚的文化积淀。苏州水系丰富、桥梁众多，其中最为著名的古桥有乌鹊桥、枫桥、宝带桥、觅渡桥。苏州桥文化历史悠久，最早可追溯至春秋时期。隋唐时期，随着大运河的开通，苏州成为东南沿海的水路交通要冲和文化中心，著名的《枫桥夜泊》《正月三日闲行》等诗文就诞生于这一时期，苏州桥文化逐渐繁盛。明清时期，苏州古城发展达到鼎盛，桥梁不再仅仅是交通工具，更是经济发展的承载者和灿烂文化的见证者，精致的桥梁与雅致的园林相映生辉，共同构成盛世姑苏的繁华图卷。新中国成立以来，先进材料和工艺被用于古桥的修复，同时，众多现代桥梁工程不断涌现，其中最具代表性的是苏通长江公路大桥，在当时创造了多项世界桥梁建设的纪录。

苏州桥文化是跨学科实践教学的理想素材，而桥梁本身就涉及诸多物理原理，在物理教学中融入苏州桥文化有利于学生深入理解和综合运用所学的力学知识。同时，苏州桥所承载的文学、艺术与历史知识对于促进学生全面发展、培养学生文化认同感也具有重要意义。本文以“千载苏桥，慧通古今”项目为例探讨融合地方文化资源的初中物理跨学科实践教学策略。

（一）创设情境，选定项目

首先，教师为学生展示地枫桥、宝带桥等苏州当地具有历史文化韵味的古桥的风光以及太湖大桥、苏通长江公路大桥等具有现代科技魅力的宏伟工程，使学生体会不同时代苏州桥梁的巧妙设计和不同魅力。其次，教师引导学生思考古今桥梁设计是如何演变的，其背后又蕴含着哪些相同的物理知识。最后，教师创设问题情境：苏州市政府拟建一座新的桥梁来连接新旧城区，如果你是一名未来的桥梁设计师，该如何运用物理知识设计一座既承载苏州本地特色文化又兼具现代实用性的桥梁呢？同时，组建工程师小组、布置课后学习任务，让学生实地调查苏州的著名桥梁及其背后所蕴含的文学历史知识。

设计意图：通过展示苏州古今桥梁之美，使学生初步感知物理与生活的紧密联系，激发学生的学习兴趣。通过创设“未来桥梁设计师设计桥梁”这一问题情境，赋予学生责任，引导学生产生进一步学习物理知识、进行工程实践的动机。

（二）设置任务，全面探究

教学活动1：教师组织学生参观考察苏州当地具有代表性的古今桥梁，并带领学生通过档案馆查阅、网上调查等方式了解苏州古今桥梁的相关信息。活动前，教师可以向学生分发精心设计的驱动任务清单（见表1），并在活动过程中辅助学生完成清单上的任务。驱动任务的设计参考了CDIO工程教育模式，即以构思、设计、实现、运作四个环节为核心，以产品从研发到应用的整个周期为载体，旨在实现学生“做中学”。

设计意图：结合CDIO工程教育模式，带领学生对各个桥梁进行详尽的调研，逐步完成任务，让学生体会桥梁设计的整个周期，深刻感受物理学与工程实践的联系，为后续的教学与模型制作积累素材。

教学活动2：根据实地调查中的文字和拍照记录，教师引导学生从中抽象出桥梁的物理模型，将桥梁的物理模型按照结构分为四大类：梁桥、墩桥、拱桥以及斜拉桥，按照桥梁结构由简到繁的顺序与学生一同分析桥面的受力特点，分析各种桥梁的优缺点和可行的改进方案。通过将苏州桥文化融入物理课堂，利用学生熟悉的桥梁进行原型启发，可以更好地帮助学生理解桥梁设计的发展历程，让学生在探究学习的过程中逐步掌握工程思维。

1.梁桥模型讲解

梁桥是以一根两端固定的梁作为承重结构的桥梁，它是出现时间最早、结构最为简单、分布最广的桥梁类型。位于苏州干将路上的太平桥（如图1）就是一座典型的梁桥，其建于北宋皇祐五年（1053），王謇《宋平江城坊太平桥考》载：“缪参政国维宅，在府治西北，太平桥南，其子孙世居之。清康熙间，参政孙侍讲彤，于宅旁构志圃以奉亲，中有双泉草堂、白石亭、红画亭、梅洞、莲子湾诸胜。”在讲解梁桥过程中，教师可使用木板与桥梁进行类比（如图2），当木板负荷由[F]逐渐增大至[F']时，木板出现向下弯曲的弹性形变；若继续增大负荷，将会超过木板的弹性限度，导致木板断裂，进而分析得出梁桥虽然结构简单、易于建设，但存在负荷小、跨度短的弊端。

2.墩桥模型讲解

教师通过提问引导学生思考古代劳动人民如何解决梁桥承载能力差、跨度短的问题，以及联想到此前参观的苏州人民桥（如图3）的结构，进而猜想可以通过在桥梁下方加入桥墩，提供向上的支持力来减小桥梁产生的弹性形变，顺势引出另一种桥梁类型——墩桥。

教师引导学生对桥墩进行受力分析，运用力的平衡等物理知识计算各个桥墩所受压力与总载荷的关系。如图4所示，由力的平衡条件可知[G=F1+F2+F3+F4]。

3.拱桥模型讲解

墩桥也有其自身的缺点，如墩桥的建设需要坚实的地基支撑，对水文、地质要求较高。教师可引导学生思考古代劳动人民在水流湍急或水底地质松散的河段采用何种替代方案来解决简支梁桥承载能力差、易产生弹性形变的问题，以及引导学生联想此前所参观的枫桥（如图5）。通过物理模型启发引入拱桥模型，并对拱桥模型进行受力分析与实验（如图6），得出拱结构将部分竖直向下的压力转化为拱脚向水平方向的侧压力的结论。

4.斜拉桥模型讲解

在交通日益发达的今天，我们有着对更大承重能力、更长桥梁跨度的要求，因此斜拉桥应运而生。苏通长江公路大桥（如图7）是学生最为熟悉的斜拉桥，是国家高速沈阳－海口高速公路跨越长江的重要枢纽，其位于苏州与南通之间，是当时我国建桥史上工程规模最大、综合建设条件最复杂的特大型桥梁工程。斜拉桥在墩桥的基础上，通过吊索的张力，使桥梁各部分的负荷进一步平衡。教师可以基于斜拉桥的杠杆结构建构模型，引导学生对斜拉桥进行简单的受力分析，帮助学生理解斜拉桥的受力特点。如图8所示，斜拉桥的吊索结构可视为以[O]为支点的杠杆，易得[F1L1=F2L2]。

设计意图：运用物理抽象的方法，将复杂的工程问题简化为更易于学生理解的简单物理模型问题，践行“从生活走向物理”这一课程理念。同时，整个关于桥梁设计演变过程的讲解要求学生能综合考虑水文、地质、日常需求等因素。通过全体学生共同分析、集思广益，不断寻找改进方案，进一步提高了学生的学习兴趣，提升了学生的问题解决能力。

（三）设计方案，制作产品

教师引导学生分组设计方案，制作产品，要求各个小组合理分工，合作完成材料准备、绘制图纸、模型建构等任务。整个过程要求学生利用所学物理知识和文化知识，设计出符合问题情境且兼具文化特色和实用性的桥梁，并绘制图纸；根据图纸，利用木板等材料制作简易的桥梁模型，并对桥梁模型进行负载测试，根据测试结果不断进行改良。在这一环节中，教师需要密切关注学生的实践情况，适时给予指导。教师可以同样采用CDIO工程教育模式设置任务，引导学生思考并建构符合要求的桥梁模型。任务设置如表2所示。

设计意图：让学生查阅资料，综合利用所学知识，提出自己的设计方案并与小组成员交流，将自己与其他同学的设计方案进行整合，不断进行改良，最终形成设计图纸，并制作模型。既让学生掌握力的合成与分解的实际应用方法，又培养了学生根据需求完成简单工程实践的能力。此外，融入苏州当地特色文化，进一步提升了学生的人文素养，实现了智育与美育的和谐发展。

（四）成果展示，汇报交流

确定各个成员在汇报展示中所扮演的角色，小组合作分工展示实践成果。汇报展示可以采用产品宣讲、海报制作、实物展示等方式进行，以确保在关注物理知识的同时兼顾文化与艺术。当一个小组汇报展示时，其他小组可以对这一小组的设计提出建议或疑问，而这一小组成员要进行解答。教师应鼓励学生友好交流并在必要时给予指导和帮助。

设计意图：通过各小组的分工协作和各小组间的质疑与解答，充分培养学生的语言表达能力、团队合作精神以及敢于质疑、实事求是的优良品格。同时，通过多元化的汇报展示，实现科学性、人文性、艺术性的统一，促进学生的全面发展。

（五）多元评价，总结反思

教师组织学生进行自我评价、组内评价、过程评价、成果评价等多元化的评价活动，并根据评价中出现的问题，引导学生总结经验、改正错误，引领学生更好地发展。学习评价表如表3所示。

设计意图：从评价主体、评价内容、评价方式三个层面进行多元化评价。首先，采用学生自评、组内评价、教师评价的方式从多角度了解学生在整个学习过程中的表现情况，更好地找到学生的问题并加以关注。其次，评价内容既考虑到物理学科本身，又关注学生团队合作、语言表达、文化素养、工程思维等方面，有效落实新课标对于跨学科实践的要求。

三、总结反思

随着《义务教育物理课程标准（2022年版）》的颁布，整合学科资源、加强学科联系无疑成为课程开发与教学设计的一条主线。本课题尝试将近年来备受重视的中华传统文化教育与新课标提出的“跨学科实践”主题学习进行融合，并以此为依据设计了“千载苏桥，惠通古今”项目的跨学科实践教学。本课题论证了将地方文化资源融入初中物理跨学科实践教学的可行性与优点，并提出了相关建议，同时基于项目式学习理念与CDIO工程教育模式设计了各个教学环节，实现了物理知识、工程实践与地方文化资源三者的有机融合。

［   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]  杜明荣.物理“跨学科实践”的内涵特征与教学建议[J].物理教学探讨，2023（1）：1-4.

[3]  郭洋，黄全安.指向深度学习的高中物理单元教学路径探究：以“匀变速直线运动”教学为例[J].物理教学，2022（7）：13-16.

[4]  赵波，李志坚，蒋灵.融合传统文化 促进核心素养：以“力的合成”教学设计为例[J].物理教学，2022（12）：21-23，80.

[5]  陈超. 基于地方文化资源的初中物理跨学科实践教学研究[D].苏州：苏州大学，2022.

（责任编辑 黄春香）