張小海 李玉芳

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022 年版）》中的一級主題增加了“實驗探究”和“跨學(xué)科實踐”，要求教師走出物理的邊界，設(shè)立以跨學(xué)科為主題的項目化學(xué)習(xí)活動，在學(xué)生參與適當(dāng)科學(xué)實踐的同時完成跨學(xué)科概念的拓展。

項目式學(xué)習(xí)的一般特點是主題明確，情境真實而具體，內(nèi)容上體現(xiàn)綜合性，學(xué)習(xí)方式多樣化且強(qiáng)調(diào)協(xié)作等，體現(xiàn)了以學(xué)習(xí)者為中心的教育理念。筆者嘗試進(jìn)行物理與音樂的跨學(xué)科教學(xué)活動，在項目化學(xué)習(xí)中讓學(xué)生從物理原理理解音樂現(xiàn)象，從樂器制作中深刻理解物理知識，從而提高學(xué)生問題解決能力、動手操作能力和跨學(xué)科思維能力。

一、基于項目化學(xué)習(xí)的跨學(xué)科綜合實踐活動的意義

綜合實踐活動是設(shè)立以跨學(xué)科為主題的項目化學(xué)習(xí)活動的一種重要方式，根據(jù)物理與所跨學(xué)科的切合點設(shè)計并編制物理實踐活動，引導(dǎo)學(xué)生用物理知識解決所跨學(xué)科的認(rèn)知和實踐問題，達(dá)成學(xué)科知識融合和學(xué)生思維能力提升的綜合性目標(biāo)，實現(xiàn)學(xué)以致用、學(xué)思結(jié)合、知行合一的目的。

由于物理學(xué)與日常生活、工程實踐、社會發(fā)展等都有著密不可分的聯(lián)系，因此，教師在設(shè)計項目化學(xué)習(xí)活動時，應(yīng)聯(lián)系學(xué)生的生活，貼近學(xué)生的既有經(jīng)驗，選擇或創(chuàng)設(shè)合理的真實情境。同時，在此過程中，教師應(yīng)以學(xué)生的探究性學(xué)習(xí)為主線，抓住探究學(xué)習(xí)的關(guān)鍵程序和能力，強(qiáng)調(diào)過程中的質(zhì)疑和反思、交流和討論、探索和創(chuàng)造。經(jīng)此過程，學(xué)生能有效建立跨學(xué)科思維模式，進(jìn)行深度學(xué)習(xí)。

二、“自制樂器”的跨學(xué)科教學(xué)實踐

初中物理“聲現(xiàn)象”一章中講到聲音的產(chǎn)生和樂音的特性，這與音樂學(xué)科有很多聯(lián)系。筆者設(shè)計了“利用身邊材料自制樂器”這一跨學(xué)科實踐活動，將物理和音樂兩門學(xué)科融合起來。

（一）創(chuàng)設(shè)真實而具體的情境

八年級音樂課中有“鍵盤上的舞蹈欣賞”和“七彩管弦”等內(nèi)容，很多學(xué)生在欣賞音樂的同時，會被復(fù)雜、抽象的樂理知識所困擾，但對能發(fā)聲的樂器產(chǎn)生了濃厚的興趣。筆者考慮到學(xué)生已經(jīng)在物理課堂中學(xué)習(xí)過“聲現(xiàn)象”的相關(guān)知識，如果把物理和音樂融合起來，讓學(xué)生把相關(guān)知識應(yīng)用到實際中去，應(yīng)該會促進(jìn)學(xué)生對兩個學(xué)科知識的理解。

筆者通過音樂老師了解到，很多學(xué)生把握不準(zhǔn)所學(xué)樂器的音準(zhǔn)，這和他們對樂器的構(gòu)造和發(fā)聲方式等不是很了解有關(guān)。筆者和音樂老師便商定了讓學(xué)生在寒假期間利用身邊材料制作簡易樂器這一跨學(xué)科實踐活動。學(xué)生大多都知道聲音是由物體振動產(chǎn)生的，但樂音的特性不同，帶給人的音感也不一樣。而如何利用身邊材料制作出想要的聲音，這就對學(xué)生提出了更高的要求。他們需要了解對應(yīng)樂器的發(fā)聲方式，篩選不同的材料，制作出合適的結(jié)構(gòu)等，在參與制作的過程中，學(xué)生也就自然而然地把學(xué)科知識運(yùn)用到其中。

（二）分析實際問題，設(shè)計解決方案

由于樂器種類繁多，學(xué)生在制作過程中有著各種想法。筆者從“八音盒”這一樂器的制作過程入手，總結(jié)出學(xué)生在制作過程中遇到的實際問題主要有三方面：材料選擇、結(jié)構(gòu)制作和音樂演奏。筆者由此出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生利用物理知識解決實際問題，鍛煉學(xué)生的思維能力和動手能力。

1.材料選擇

師：你們組想要自制八音盒，那你們知道八音盒的發(fā)聲體是什么嗎？

生：是里面的簧片。

師：那選擇什么材料制作比較好呢？

生：目前準(zhǔn)備的材料有硬紙板、塑料板、鋁片、鐵片等。

師：請你們做實驗對比一下，找出這幾種材料的優(yōu)缺點。

（學(xué)生將幾種材料制作成厚度、寬窄相同的單簧片，伸出桌邊相同長度，并用同樣大小的力撥動，記錄聲音的特點。）

生：硬紙板和塑料板制作的單簧片硬度較大，方便彈奏，但聲音低沉、音質(zhì)較差；鋁片制作的單簧片硬度較小，容易發(fā)生形變，不利于長時間彈奏；鐵片制作的單簧片聲音清脆，但硬度很大，較難加工。

師：那你們最終確定用什么材料呢？

生：綜合來看，我們還是選擇鐵片，可以請家長幫助加工。

設(shè)計意圖：學(xué)生通過自主探究來選擇簧片制作材料，既能深刻地認(rèn)識到音調(diào)的高低受發(fā)聲體的材料、長短、橫截面積和松緊的影響，還能體會到工藝發(fā)展的艱辛與不易。同時，學(xué)生在探究的過程中，運(yùn)用了控制變量的思想，發(fā)展了思維能力，并通過對比觀察，選擇出更合適的制作材料，為綜合實踐活動的順利開展提供了有力依據(jù)。

2.結(jié)構(gòu)制作

師：我們都知道，聲音是怎樣產(chǎn)生的呀？

生：聲音是由物體振動產(chǎn)生的。

師：那怎樣讓你們用鐵片制作的簧片振動發(fā)聲比較好呢？

生：我們可以用手撥動或者用小錘敲擊。

師：那我們來動手實驗下，對比兩種方式的具體發(fā)聲效果。

（學(xué)生分別采取兩種方式來彈奏制作好的簧片。）

生：用手撥動比較方便，相鄰簧片間距太小，小錘難以準(zhǔn)確敲擊到對應(yīng)簧片。但是，兩種彈奏方式都無法準(zhǔn)確控制聲音的響度，容易影響樂曲演奏的整體感和舒適感。

師：那你們還能想到別的方式來彈奏簧片嗎？

生：可以制作一個帶有固定凸起塊的滾軸，滾軸滾動時，自動撥動簧片。只要滾軸上的凸起塊相同，滾軸到簧片的距離相等，彈奏簧片產(chǎn)生的聲音的響度就能保持一致。

師：我們該如何讓滾軸滾動起來呢？

生：我可以用樂高組裝出一個搖柄，固定在滾軸上，搖柄離滾軸中心遠(yuǎn)一點，撥動簧片時就能更省力。

設(shè)計意圖：由于對八音盒的構(gòu)造沒有深入了解，學(xué)生對發(fā)聲的方式還停留在簡單的敲擊方面，后來通過查閱資料才認(rèn)識到引起物體振動發(fā)聲的方式很多。學(xué)生通過搖柄的制作，也學(xué)習(xí)到了輪軸的知識，這樣既拓寬了學(xué)生的視野，也讓他們了解到工藝制作的復(fù)雜多變，體會到“從物理走向社會”的真諦。

3.音樂演奏

師：請同學(xué)們用制作好的八音盒演奏一段樂曲。

（學(xué)生展示）

師：多么動聽的聲音??！不過八音盒的聲音比較小，有什么辦法解決一下呢？

生1：可以將滾軸上的凸起塊制作得大一些，這樣簧片振動的幅度變大，聲音的響度也會變大。

生2：可以再安裝一個共鳴箱，使聲音疊加起來，增強(qiáng)原聲。

…………

設(shè)計意圖：學(xué)生通過演奏自己制作的樂器，可以樹立物理學(xué)習(xí)的自信心，培養(yǎng)探索鉆研知識的興趣。在實際演奏中，學(xué)生根據(jù)所聽樂曲的效果，可以進(jìn)一步了解樂器制作過程中存在的問題和改進(jìn)的方向。以問題為驅(qū)動，激發(fā)學(xué)生的探索興趣，鍛煉學(xué)生利用跨學(xué)科思維解決問題的能力。通過不斷的動腦思考、動手實踐，學(xué)生進(jìn)一步把學(xué)科知識融合起來。

（三）成果展示總結(jié)，思維拓展成長

師：請各小組展示所制作的樂器，并演奏一段樂曲。

（各小組演奏）

師：每個小組制作的樂器都很棒??！那么，現(xiàn)在請大家來分享一下，你在自制樂器的過程中有著怎樣的想法，制作完成后又有什么收獲呢？

吉他組：沒制作之前，我們覺得制作吉他很簡單，后來才發(fā)現(xiàn)，平時彈奏的吉他竟然蘊(yùn)藏著這么多的物理知識，每一個小誤差都可能導(dǎo)致音質(zhì)的變化，所以我們在吉他弦的材料選擇和安裝上花費了很多時間，從橡皮筋到魚線再到鋼絲等，我們做了很多嘗試；在繃緊弦的過程中，螺絲釘經(jīng)常被拉歪，我們又不斷用其他物品進(jìn)行固定，這些都讓我們的動手能力變強(qiáng)，也讓我們在一次次的失敗中不斷錘煉心態(tài)，持之以恒。

八音盒組：在簧片的制作過程中，我們請家長幫忙加工；在滾軸和齒輪的制作過程中，我們嘗試了3D 打??；在搖柄和盒體的制作過程中，我們用樂高進(jìn)行了組裝。我們發(fā)現(xiàn)，物理不只是書本上的知識，還可以往外延伸很多，這讓我們對物理的學(xué)習(xí)更有興趣了！

…………

師：請各位同學(xué)和聽課老師將你認(rèn)為樂器制作最優(yōu)秀的一組寫在投票紙上進(jìn)行投票，參與樂器制作的同學(xué)不得給本組投票，我們來看看哪組制作的樂器更受大家的喜愛和認(rèn)可。

設(shè)計意圖：參與樂器制作的學(xué)生通過講解選擇制作該樂器的緣由、團(tuán)隊成員的分工、材料的選擇和制作、遇到的問題和解決方法、最終的收獲和成長等，進(jìn)一步回顧和思考自己在項目學(xué)習(xí)過程中的得與失，也讓其他同學(xué)和老師了解到每組成員的參與度、完成度等，每個聽課成員都能根據(jù)自己所了解的信息進(jìn)行較為準(zhǔn)確的評價。這種個人與他人評價相結(jié)合、過程與結(jié)果評價相結(jié)合、理論和實際操作相結(jié)合的綜合性評價機(jī)制，可以幫助學(xué)生總結(jié)知識、提升認(rèn)知，讓學(xué)生的學(xué)科思維得到進(jìn)一步優(yōu)化，核心素養(yǎng)得到鍛煉，學(xué)習(xí)興趣再次激發(fā)，達(dá)成深度學(xué)習(xí)的目的。

三、初中物理跨學(xué)科綜合實踐活動的思考

通過物理與音樂的跨學(xué)科實踐的初步嘗試，我們可以發(fā)現(xiàn)此類型項目活動的安排和執(zhí)行并不容易。筆者認(rèn)為目前存在的問題主要有以下幾方面。

一是如何進(jìn)行有效設(shè)計。本活動的設(shè)計初衷是運(yùn)用物理知識來解決音樂學(xué)科學(xué)習(xí)中存在的問題，那又該如何用音樂知識來解決物理學(xué)科學(xué)習(xí)中存在的問題呢？以此類推，又該如何設(shè)計活動讓學(xué)生從多個學(xué)科角度思考，從而解決問題？這需要物理教師更深入地了解其他學(xué)科的特點，更有針對性地去設(shè)計跨學(xué)科實踐活動的學(xué)習(xí)項目。

二是如何提高學(xué)生的參與度。實踐活動的設(shè)計要考慮學(xué)生的操作時間和空間問題，不能超出學(xué)生現(xiàn)有的條件，否則項目活動無法順利完成；學(xué)生的分工也要安排好，確保每個人都能發(fā)揮自己的特點，有所展示和收獲。

三是如何進(jìn)行有效評價。綜合實踐活動沒有標(biāo)準(zhǔn)答案，界定學(xué)生對知識的理解和掌握的角度需要從制作過程和成果展示上入手，而如何知悉學(xué)生的制作過程，需要教師全程參與。學(xué)生的每一個想法和行動都是他在嘗試用所學(xué)知識去解決問題，所以關(guān)鍵過程的記錄必不可少。

在初中物理跨學(xué)科綜合實踐活動中，筆者力求從理論和實踐兩個方面同時著手，開展切實可行的活動設(shè)計和評價，從中培養(yǎng)學(xué)生的跨學(xué)科思維和動手能力，豐富活動形式，提高教學(xué)質(zhì)量，為落實物理學(xué)科核心素養(yǎng)提供新的途徑。