华师专家研究成果 || 陈群：核心素养下初中物理“跨学科实践”理念和路径研究——以“小科学家培养工程”实践为例
HUASHI摘要：初中物理教学实施跨学科实践，体现综合性和实践性，促进学以致用和核心素养的形成。基于核心素养内涵正确理解物理学与日常生活、物理学与工程实践、物理学与社会发展的跨学科实践理念。以“小科学家培养工程”为实践抓手，在科学素养、科学小论文、科学课题DV三方面开展跨学科实践路径研究，为初中物理实践教学开辟新的道路。
关键词：初中物理；跨学科实践；路径；小科学家培养工程
一
核心素养下初中物理“跨学科实践”理念
（一）核心素养下初中物理“跨学科实践”的基本要求
2022年由中华人民共和国教育部颁布《义务教育物理课程标准（2022年版）》（以下简称《新课标》），其“课程内容”把“跨学科实践”作为一级主题给呈现出来。“跨学科实践”主题分为三个二级主题，它们分别是物理学与日常生活、物理学与工程实践和物理学与社会发展。“跨学科实践”主题的内容具有跨学科性和实践性特点，与日常生活、工程实践和社会热点问题密切关联，这种设计旨在发展学生跨学科运用知识的能力、分析和解决问题的综合能力、动手操作的实践能力，培养学生的学习态度和乐于学习的态度和乐于实践、敢于创新的精神。
1.物理学与日常生活
物理学与生活有着紧密的联系。物理课程理念“从生活走向物理，从物理走向社会。”告诉我们物理源于生活，那么，在生活中，我们会经历很多事情，这些事情大多都可以用物理知识来解释或解决。例如生活中常用工具使用问题和需要改进的地方，可以应用物理知识来论证和提升应用范围。
物理学的基本概念包括力、能量和运动等，这些概念与我们的生活息息相关。例如，我们可以通过物理学的力学原理解释树叶下落的原因；我们在开车时需要理解汽车的运动状态、制动距离和惯性等，并谨慎调整驾驶行为；我们走路时也能感受到力学的影响，通过掌握正确的姿势和步伐，减少对关节和骨骼的压力，保持身体的健康。我们在冬天穿上厚衣服，正是因为热学原理使得厚衣服可以帮助我们保持体温，而在夏天，我们可能会使用风扇或空调来减轻炎热的感觉。我们使用的眼镜、相机，到观看电影时所用的投影仪和电视，都是光学无处不在的应用。此外，光学还涉及到红外线和激光的应用，如红外线体温计和激光器的使用等。我们使用的各种电器和电子设备，如手机、电脑、电视等，都是电学的应用，我们日常交通工具也离不开电学的应用，例如电动汽车和地铁。
物理学的原理和知识被广泛应用于科学研究、工程设计和技术创新等方面。例如，在能源领域，物理学的知识可以帮助我们开发可再生能源和提高能源利用效率。在通信领域，物理学的原理被应用于光纤通信和无线通信等技术的发展。
物理学与日常生活有着密切的联系和广泛的应用。从力学到热学、光学和电学，我们的生活无处不展现着物理学的奇迹。因此，了解物理学的基本概念和其在日常生活中的应用是非常重要的，这可以帮助我们更好地理解和探索世界的运行规律。
2.物理学与工程实践
物理学是自然科学的重要学科之一，它研究物质、运动和能量的本质、性质和相互关系。工程实践是以应用物理学理论为基础，解决实际问题和提供实用解决方案。物理学在工程实践中扮演着重要的角色，为工程师和科学家们提供了宝贵的知识和工具，帮助他们理解和改进各种工程现象和系统。
物理学为我们了解和探究各种工程材料的性质和行为提供了基础。通过研究材料的物理性质，例如热传导、电导率和力学性质，我们能够选择和设计适用于不同工程项目的材料。通过对材料进行结构分析和物质性能测试，我们可以预测和优化材料的性能，使其符合工程实践的要求。物理学在材料科学的研究中也起到了重要作用，如研究新材料的合成方法、改性技术和应用前景等。
物理学对工程设计过程起到了重要的指导作用。通过运用物理学的原理和方法，我们可以分析和解释不同工程现象的本质和机理，如力学、电磁学和光学现象等。这些理论和原理为工程设计提供了依据，使得工程师能够更好地预测和控制工程系统的行为。物理学也为制定有效的设计标准和规范提供了基础，保证工程项目的质量和安全。
能源工程是物理学与工程实践密切结合的领域之一。通过物理学的研究，我们可以了解和优化能源转化和传输过程中的关键参数和环节。物理学在能源储存、能源输送和能源利用的研究中具有重要的作用，例如利用热力学和流体力学原理来改进燃烧和发电技术，利用光学原理来提高太阳能的利用效率，利用量子物理原理来研究和应用新型能源技术等。
物理学与工程实践的结合为工程项目的设计和实施提供了重要的理论依据和实用方法。物理学不仅帮助我们了解各种工程现象的本质和机理，还为我们探索和创新工程技术提供了基础。随着科学技术的不断发展，物理学在工程领域的应用将继续拓展，为我们解决更多复杂的工程问题和实现更高水平的工程实践作出贡献。
3.物理学与社会发展
物理学作为一门自然科学，对社会发展起着重要的引领和推动作用。首先，物理学提供了丰富的知识和理论基础，为其他学科的研究和应用奠定了理论基础。无论是工程技术、医学健康、环境保护，还是能源领域，都离不开物理学的指导和支持。
物理学的不断发展推动了科技创新的进步。众多的物理学原理和理论被应用于科技产业的各个领域，创造了许多具有重大影响的科技成果。例如，电子学的发展催生了现代计算机、通信技术的革命；光学理论的应用使得激光技术、光纤通信等成为现实；量子力学的研究则推动了量子计算、量子通信等领域的突破。可以说，物理学为科技创新提供了深厚的理论基础和技术支持。
物理学在能源领域的研究和应用对社会发展具有重要意义。通过对能源的物理特性和转化过程的研究，物理学为能源的开发、利用和管理提供了科学的指导。物理学在核能、太阳能、风能、水力能等领域的应用，使得清洁能源的开发和利用成为可能。同时，物理学还研究和改进传统能源的利用方式和效率，为能源消耗和环境污染问题提供解决方案。
环境保护和可持续发展方面也依赖着物理学的发展。例如，物理学通过环境监测和污染控制技术，帮助我们了解和评估环境污染的程度和影响，从而提供了科学的依据和解决方案。另外，物理学的节能研究推动了节能减排技术的发展，如低能耗建筑材料、高效能源利用系统等，有效地减少了人类对自然资源的消耗和环境的破坏。
物理学与社会发展的结合，即促进物理学科知识与社会各领域知识的融合，也发展了物理学科的领域；同时，社会的高度发展也为物理学的发展奠定物质基础和保障。它们相辅相成，相互促进。
（二）核心素养下初中物理“跨学科实践”理念
跨学科实践是指在不同学科之间进行合作和交流，以解决复杂问题和推动创新发展的实践活动。传统的学科划分限制了人们对问题的理解和解决思路，而跨学科实践的出现正是为了打破学科壁垒，促进知识的流动和融合。
跨学科实践在学科教学中具有重要的意义和价值。首先，跨学科实践可以提供不同学科之间的交流和合作机会，促进知识的共享和创新的发生。通过不同学科的专家和学者的协作，可以将各个学科的专业知识和技术融合起来，从而提供更全面、多角度的解决方案。其次，跨学科实践可以促进学科之间的相互理解和尊重，打破学科的独立性和封闭性，使得学科之间能够更好地互补和协同。最重要的是，跨学科实践可以更好地应对复杂问题和挑战，为社会发展和创新提供更强大的支持和动力。因此，跨学科实践在当今社会中具有重要的意义和作用。
跨学科实践可以根据参与学科的数量和类型来进行分类。一种常见的分类方法是根据参与学科的数量，可以将跨学科实践案例分为双学科、多学科和超学科实践。另一种分类方法是根据参与学科的类型，可以将跨学科实践分为自然科学与社会科学的跨学科实践、科学与艺术的跨学科实践等。
跨学科实践特点包括：首先，跨学科实践需要多学科的专家和学者参与，他们具有不同的背景知识和技能，可以为实践活动提供丰富多样的视角和解决方案。其次，跨学科实践强调合作与交流，需要各个学科之间建立有效的沟通和协作机制，以促进知识的共享和融合。再次，跨学科实践强调问题导向和解决方案的创新性，需要通过整合不同学科的资源和方法，提供更全面、多样化的解决方案。最后，跨学科实践注重实践应用和实际效果，旨在解决实际问题和提升社会发展水平。
跨学科实践的成功取决于多个要素和影响因素。首先，跨学科实践案例需要有一个明确的目标和问题导向，各个学科的专家和学者要共同关注和努力解决的核心问题。其次，跨学科实践案例需要建立有效的合作与交流机制，促进跨学科团队的沟通和协作。再次，跨学科实践需要有一个有效的组织和管理机构，负责协调各个学科的参与和资源的整合。最后，跨学科实践的成功还需要有良好的外部环境和政策支持，为实践活动提供必要的条件和资源。
跨学科实践在未来将持续发展并发挥更大的作用。随着科技的不断进步和社会问题的日益复杂化，跨学科实践将成为解决问题和推动创新的重要途径。未来，跨学科实践将在更广泛的领域得到应用，例如医疗保健、环境保护、城市规划等。同时，跨学科实践将进一步推动学科之间的融合与创新，促进知识的共享和创新的发生。在未来的发展中，跨学科实践将面临更多的机遇和挑战，但其在解决复杂问题和推动社会发展方面的潜力和前景是巨大的。
（三）“小科学家培养工程”中“跨学科实践”的意义
小科学家培养工程是一项旨在激发孩子们对科学的兴趣和探索精神的一项培养工程。在培养工程中，孩子们将有机会参与到各种科学实验、观察、数据收集和分析等活动中，通过实践来增强他们的科学素养和独立思考能力。小科学家培养工程的目标是培养具备创新精神和解决问题能力的具有科学家潜质的时代青年，并为他们的未来发展打下坚实的基础。
跨学科实践是指将不同学科的知识和方法，通过整合来解决实际问题或探索新领域的一种教学方式。跨学科实践可以帮助学生更全面地理解真实问题和挑战任务，拓宽他们的科学思维和知识视野。它促使学生从多个角度思考和解决问题，培养学生的核心素养。在小科学家培养工程中，跨学科实践能够让孩子们更好地理解科学的本质，掌握更多的知识和技能，并能够运用这些知识和技能来解决实际问题。
在小科学家培养工程中，跨学科实践被广泛应用于教学和实践活动中。首先，学生们将接触到多个学科的知识，如物理、化学、生物、地理、信息技术等，通过实践活动来整合对这些知识的理解。其次，学生们会学习到不同学科的实验方法和技巧，同时也会了解到科学与其他学科的联系和互动。他们会结合物理和其他学科的原理来设计实验，解决问题时结合其他知识和数学模型。这样的跨学科实践能够激发学生们的创造力，培养他们的综合能力。
跨学科实践在“小科学家培养工程”中的实施和开展具有实践意义。首先，通过跨学科实践，学生们能够更好地理解科学的交叉性和综合性，培养他们的学科综合能力。跨学科实践能够增强学生的逻辑思维和问题解决能力，培养他们的创新精神和团队合作能力。其次，跨学科实践能够激发学生们对科学的兴趣和热情，让他们真正体验到科学的乐趣和意义。
二
基于“小科学家培养工程”的“跨学科实践”的路径研究
（一）科学素养理论提升路径——学生的物质观形成
物质观是对物质世界的认识和理解，它对于人的思维和行为方式具有重要的影响。跨学科实践在物质观培养中扮演着重要的角色。首先，跨学科实践可以帮助学生全面了解物质世界的多样性和复杂性，拓宽学生的视野。可以通过参与科学实验或工程项目，让学生亲自实践，体验科学的魅力，培养对物质世界的兴趣和好奇心。可以设计跨学科的项目课程，将不同学科的知识融合起来，让学生在解决实际问题的过程中，全面了解物质世界的复杂性。其次，跨学科实践可以培养学生的系统思维和综合思维能力，促使他们从多角度去理解和思考问题。最后，跨学科实践还可以激发学生的创新潜能，培养他们的实践能力和创造能力。
在物质观培养的基本理论框架中，我们可以借鉴系统科学、认知心理学、教育学等各个学科的相关理论。系统科学提供了物质世界的整体观和系统思维的基础；认知心理学提供了对学生认知发展和思维方式的研究；教育学提供了对教育实践和教学策略的研究。通过综合运用这些理论，我们可以构建一个科学合理的物质观培养的基本理论框架，为跨学科实践中的物质观培养提供理论性指导。
在“小科学家培养工程”中，我们首先要做的就是多学科知识的融合，我们将数学、物理、化学、生物、地理、信息技术等多学科知识进行跨学科性融合整理，形成科学素养理论。然后，我们全员组织学生进行学科素养理论学习和实践，并在一段时间后进行科学素养理论测试，达到全体学生科学素养理论的提升，为学生核心素养的物质观念的提升奠定基础。“小科学家培养工程”一学年一个周期，循环进行。通过“小科学家工程”跨学科知识的学习和实践，培养了学生的综合素养和跨学科思维能力，促进物质观的形成和发展。
（二）科学小论文指导路径——学生“跨学科实践”的分析和解决问题能力培养
跨学科实践在分析问题中具有重要的应用价值。对于复杂的问题，单一学科的视角和方法往往无法全面把握问题的本质和内在联系。跨学科实践可以通过整合多个学科的知识和方法，提供更全面、更准确的问题分析结果。例如，在环境问题研究中，需要考虑自然科学、社会科学和经济学等多个学科的知识，才能综合评估问题的原因和影响因素，为解决问题提供科学依据。
“小科学家培养工程”通过学生撰写科技小论文，运用多学科知识整合完成论文撰写。在撰写论文的过程中，需要学生对不同学科知识的整合应用。小论文的内容涉及到多学科内容和真实问题的解决，因此，撰写小论文的过程，就是对问题的分析的过程和问题解决的过程。通过撰写小论文，使学生学习到跨学科只是和技能，也培养了学生分析问题和解决问题的能力。
（三）科学小课题DV制作路径——学生“跨学科实践”的实践和创新能力培养
跨学科实践的核心是将理论知识与实践相结合，通过实际问题的解决来提高学生的实践能力。在跨学科实践中，学生需要面对真实的问题，并运用所学知识和技能进行分析、判断和解决。通过主动参与实践活动，学生可以提高问题解决能力、团队合作能力、沟通能力以及创新思维能力。跨学科实践培养了学生的实践能力，使他们能够更好地适应社会的需求和挑战。
科学小课题DV是运用多学科知识和技能进行课题DV制作，是跨学科实践的的实践性和创新性的应用。科学小课题DV是学生根据生活中的问题，本人或小组合作在老师的指导下进行实践探索、发明创新和创新实验等，在探究过程中获得知识和技能的双丰收，同时在制作的过程中，不仅有具体研究方案记录，还要把研究过程录制下来，然后利用信息技术把录制的内容通过剪辑成科学小课题DV内容。
综上所述，跨学科实践能够培养出具备实践能力和创新能力的人才。通过跨学科实践，学生可以提高实践能力，培养创新能力，并为未来的发展做好准备。未来，跨学科实践有望得到进一步发展，为学术研究、社会发展和创新领域带来更多的机遇和挑战。
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