初中物理跨学科实践教学研究

摘     要：新一轮课程改革强调物理学科核心素养的培养和关键能力的形成，跨学科实践是本轮课程改革的亮点之一，该内容的提出对发展学生科学思维和实践能力有实质性的作用，对学生综合素质的提高也有较大的帮助。立足于物理学科核心素养的形成，以“跨学科主题的设计、学习目标的确定、跨学科实践活动、跨学科教学的评价”为思路，融合物理、音乐、生物、劳动教育等知识，巩固学生的物理观念，提高学生的科学探究能力，培养学生的科学思维、科学态度与责任，提高实践能力。

关键词：“双减”政策；跨学科实践；初中物理；物理学科核心素养

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2025）1-0091-6

跨学科实践是《义务教育物理课程标准（2022年版）》（以下简称《新课标》）中增设的一级主题，其实质不是将物理学跨进其他学科，而是跨出物理学本身，以物理学为核心，把“物理学和日常生活、工程实践、社会发展”相联系，让学生综合运用多学科的知识、思维、工具、方法解决实际问题，学习过程具有实践性、创新性、情境性、跨学科性［1］。在初中物理课堂中开展跨学科实践，其目的是在教师创设的真实问题情境中培养学生跨学科运用知识、查阅资料、分析问题以及实践等方面的能力。本文以“人教版”《物理》八年级上册第二章“声现象”为例，落实跨学科实践教学，旨在培养学生物理学科核心素养，提高学生的实践能力，达到“减负、提质、增效”的目的［2］。

1    梳理单元教材内容，设计跨学科主题

确定跨学科教学主题前，钻研教材，从教材和物理学科逻辑中寻求跨学科主题的来源是非常有必要的。物理教材中蕴含了大量物理与日常生活、物理与工程实践、物理与社会发展的案例和实验素材，这些都是确定跨学科教学主题的主要依据和来源。物理学与日常生活联系非常密切，作为一名物理教师，应注重观察，善于从最普通、最平凡的日常生活中发现学生可以学习和研究的内容。

例如，竹子在生活中随处可见，平凡而伟大，是高洁、正直、坚强、虚心和不屈不挠的象征，基于对初中物理教材和《新课标》的分析，用生活中的竹子制作竹笛来探究“声音的产生”和“声音的特性”，同时还能启发学生学习“噪声的危害和控制”，因此本文确定跨学科学习主题为“笛声悠悠”。学习“声现象”时，学生会接触很多乐器，每个人心里都有一个音乐梦，而在“声现象”中，会接触各种各样的乐器声，这重新唤起了学生对音乐的热爱；再者，在“人教版”《物理》八年级上册（2012版）第37页中，有一个“小小音乐会”的实践主题，此主题与“笛声悠悠”跨学科实践主题相切合，能够有效实现与教材的联系。

设计意图：培养学生的物理学科核心素养，提高学生的实践能力，丰富学生物理学、生物学、音乐以及劳动教育的学科知识，重新点燃学生儿时的音乐梦想，实现物理学跨向音乐、生物、劳动教育等学科，综合学习和运用多学科知识、方法、各学科的思维方式，实现做中教、做中学、问中学和动中学。

2    “声现象”单元知识背景下，“笛声悠悠”的学习目标

本单元的学习内容为“声现象”，根据单元知识的逻辑和结构，确定跨学科实践的学习内容和目标，其知识结构如图1所示。

2.1    分析“声现象”单元知识，确定“笛声悠悠”的学习内容

本次跨学科实践的主题涉及了“声音的产生与传播”“声音的特性”“声音的利用”“噪声的危害和控制”等内容。比如，在制作竹笛的过程中，会产生声音，也会传播声音，根据声音的产生原理和传播需要介质，进行声音的产生与传播教学。通过实践活动学习，不但能让学生深度掌握对应的物理知识、方法，而且还能发展学生的实践能力。

2.2    “笛声悠悠”的学习目标

跨学科实践的教学目标旨在培养学生跨学科运用知识的能力，发展学生分析和解决问题的综合能力，发展学生的动手能力和实践能力，培养学生敢于实践和勇于创新的精神。指向物理学科核心素养，提高学生实践能力的“笛声悠悠”跨学科教学主题的教学目标如表1所示。

3    开展“笛声悠悠”跨学科实践活动

3.1    准备跨学科活动素材

进行跨学科教学前，师生共同准备跨学科实践活动的素材是开展跨学科实践活动的基础，因为跨学科实践具有跨学科性和实践性，需要和跨学科教学匹配的教具、学具、空间和时间。

“笛声悠悠”学习主题的跨学科实践活动需要师生准备的资源如下：

教师需要准备教学资源：

（1）教学课件、教师制作的竹笛成品、适合做竹笛的竹子。

（2）尺子、手锯、钻孔器、修孔刀、砂纸。

（3）频谱仪（或者调音器）、音乐简谱《茉莉花》。

学生应提前思考什么样的竹子适合做竹笛，在选择适合的竹子之后怎样做竹笛。学生可以利用周末回家的时间询问有经验的长者如何制作竹笛，怎样使用相应的制作工具，这不仅可以激发他们学习物理知识的好奇心，还能获得物理之外、课堂之外的知识。

3.2    情境和问题的创设

教师带领学生来到提前选择好的竹林旁，引导学生选择年限比较久、粗细适中、竹节较长的竹子。

教师给学生展示如何用手锯锯下自己选择好的竹子，并且给学生讲授生物学知识，具体如图2所示。

同时，教师给学生展示自己做好的竹笛，用竹笛吹奏出悦耳动听的笛声，激发学生的学习热情。

3.3    竹笛的制作

学生带着采摘回来的竹子，进行跨学科实践学习。

教师给学生展示竹笛成品，分析竹笛结构，讲述竹笛发声的原理和所涉及的物理知识，展示竹笛制作的方法，可简要概括为锯竹、画线、钻孔、去皮、修孔五个步骤，如图3所示。

锯竹：根据竹笛的结构，将竹子锯成合适的长短。

画线：传统的竹笛制作一般根据“三分损益法”原理确认钻孔的位置。“三分损益法”包含“三分损一”“三分益一”两层含义。“三分损一”是指将原有长度作3等分而减去其1份，原有长度乘以2再除以3即为生得长度；“三分益一”则是指将原有长度作3等分而增添其1份，原有长度乘以4再除以3即为生得长度。两种方法可以交替、连续运用，使各音律得以辗转相生。在制作笛子时，采用“三分损益法”来确定音孔的位置，可以改变笛子发声管的有效长度，从而改变空气柱的振动频率，进而产生不同音高的声音，调出“宫、商、角、徵、羽”等各种音阶。由于“三分损益法”具有一定难度，往往在专业竹笛制作中使用，本次跨学科实践中教师只对“三分损益法”进行科普。制作过程中，学生可根据教师做好的成品，确定吹孔、膜孔、指孔、音孔的位置，用铅笔画线（注：确定的位置可适当调整，应避开竹节）。

钻孔：根据孔位，用钻孔器钻孔（注：钻孔时应尽量不要将孔钻偏，注意安全）。

修孔：根据钻好的孔，用修孔刀修整孔的大小（注：修孔时，应修得美观，适合手指按压即可）。

去皮：用小刀刮去竹子的皮，并用砂纸打磨光滑，精致完美的竹笛就制作成功了。

学生制作的成品如图4所示。

3.4    试吹竹笛——意外发现

学生在教师的指导下，顺利完成竹笛的制作。由于每个学生选材不同，竹笛的粗细和长度也不同。学生试吹自己的竹笛，发现不同的竹笛发出声音的音调不同。

教师引导学生思考：不同竹笛发出声音的音调为什么不同？音调和竹笛的什么结构有关呢？

学生认真观察自己制作的竹笛和同学制作的竹笛，通过比较发现竹笛的粗细不同，发出声音的音调不同；竹笛的长短不同，发出声音的音调也不同；同一支竹笛，吹气的气流强弱不同，发出声音的音调也不同；手指按孔位置不同，发出声音的音调也不同。学生之间讨论分析得出猜想：竹笛发出声音的高低可能和竹笛的长短、粗细、气流、按孔的位置等有关。

3.5    设计实验方案

在教师的引导下，学生针对“影响竹笛音调高低的因素”，设计实验进行探究。实验设计的重点是如何用“控制变量法”进行探究，实验的难点是如何区分竹笛发出声音的高低，学生设计并完善实验方案如表2所示。

教师对学生设计的实验方案进行指导，提出在探究竹笛音调高低与竹笛长短和按孔位置时，设计不是很合理，因为竹笛是靠笛腔内空气柱的振动而发声的，改变按孔位置，其实相当于改变竹笛内空气柱的长短，也就相当于改变了竹笛的长短，从而改变竹笛发出声音的音调，发出“1、2、3、4、5、6、7”的声音，所以在设计探究竹笛音调高低与竹笛长短和按孔位置时，相当于重复了，舍去其一即可。

3.6    进行实验和科学探究

在教师指导下，学生根据自己设计的方案进行实验探究，并作出科学判断。

3.6.1    竹笛的音调高低与竹笛长短的关系

竹笛发声的音调高低与竹笛长短的关系，即竹笛发声的音调高低与按孔位置的关系。选取同一支竹笛，用相同的气流吹气（吹气时尽量保持气流速度一致），分别按住前3个孔、前2个孔、前1个孔，空气柱的长度变短了，即相当于竹笛长度变短，记录调音器上的频率分别是527.06 Hz、591.60 Hz、664.05 Hz，显示音调越来越高，对应的数据如图5所示，多次进行该实验。

得出结论：在粗细和气流速度相同时，竹笛里空气柱越短，竹笛发声的音调越高。教师给学生传授乐理知识，按照竹笛筒音作“5”指法，刚刚竹笛发出的声音分别是音乐中“1、2、3”的音阶。竹笛就是依据“按孔位置不同，吹出不同音调的音阶，构成悦耳动听的曲子”这个原理制作而成的。

3.6.2    竹笛的音调高低与竹笛粗细的关系

选取2支长短大致相同、粗细不同的竹笛，控制吹气的气流相同，按孔位置都只按前1孔，调音器显示两支竹笛发声音调的高低分别是664.05 Hz、994.95 Hz，竹笛越细，音调越高，结果如图6所示，多次进行该实验。

得出结论，在竹笛长短和气流速度相同的情况下，竹笛越细，发声的音调越高。教师进一步给学生讲解乐理知识，竹笛就是根据“在相同条件下，竹子粗细不同，发出声音的音调不同”的原理制作了不同调的笛子，最常用的是“C、D、E、F”调。如图7所示的是能发出不同音调的竹笛。

3.6.3    竹笛的音调高低与气流的关系

选取1支竹笛，控制按孔位置相同，用不同的气流进行吹奏，在调音器上显示的频率分别为185.00 Hz、703.54 Hz、994.95 Hz，气流速度增大，音调越来越高，如图8所示，多次进行该实验。

得出结论：竹笛发声的音调高低还与吹竹笛时的气流有关，其他条件相同时，气流越大，竹笛发声的音调越高。

通过以上探究，总结结论：影响竹笛发声的主要因素有竹笛的长短（即手指按孔位置）、竹笛的粗细和气流速度。

3.7    跨学科实践的升华与优化

通过上面的跨学科探究和学习，学生基本明白了竹笛的构造原理和发声原理，也知道了物理学中音调与频率有关。接着，点燃学生的音乐梦，教师展示《茉莉花》的歌谱（图9），用竹笛给学生演奏。

教师带领学生学习歌曲《茉莉花》，并教学生竹笛的指法，教学生用竹笛吹奏《茉莉花》，此过程是学生感情的深化，不但可以激发学生学习物理的信心和兴趣，还会重新点燃学生的音乐梦，在自己的兴趣爱好上走得更远，飞得更高。