母小勇

（上海師范大學(xué)教育學(xué)院，上海 200234）

《義務(wù)教育物理課程標準》完成了第2 次修訂，教育部于2022年正式頒布.2022 年版《義務(wù)教育物理課程標準》把“跨學(xué)科實踐”作為課程內(nèi)容的一級主題之一，確立了“物理學(xué)與日常生活”“物理學(xué)與工程實踐”“物理學(xué)與社會發(fā)展”等3個二級主題.2022 年版《義務(wù)教育課程方案》要求“跨學(xué)科實踐”教學(xué)時間占總課時的10%.顯然，跨學(xué)科實踐不是可以在物理教學(xué)中隨意取舍的“水課”，而是有助于學(xué)生探究物理學(xué)與應(yīng)用物理學(xué)，發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的重要抓手.物理學(xué)來源于人類實踐，生活實踐、生產(chǎn)實踐與社會實踐構(gòu)成了物理學(xué)探究與應(yīng)用的場域.人為的學(xué)科之間必然存在著藩籬，而人類實踐卻始終遵循跨學(xué)科邏輯.學(xué)科本位課程必然使學(xué)生的學(xué)習(xí)成為接受知識、背誦知識與套用知識的過程.基礎(chǔ)教育課程改革正致力于將學(xué)生的學(xué)習(xí)盡可能“還原”為人類實踐活動，讓學(xué)生“重演”人類知識的探究活動與應(yīng)用活動.中學(xué)物理課程應(yīng)盡可能“還原”實踐的邏輯，通過探究型跨學(xué)科實踐、應(yīng)用型跨學(xué)科實踐和升華型跨學(xué)科實踐，促進學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展.

1 人類實踐：物理學(xué)發(fā)展的源泉

實踐是人類同現(xiàn)實世界進行有目的的、復(fù)雜的但有時又不可理喻的相互作用過程.眾所周知，“動物僅僅利用外部自然界，單純地以自己的存在來使自然界改變；而人則通過他所作出的改變來使自然界為自己的目的服務(wù)，來支配自然界.這便是人同其他動物的最后的本質(zhì)區(qū)別，而造成這一區(qū)別的還是勞動.”［1］人類實踐或勞動的目的是探索、認知、干預(yù)與改造現(xiàn)實世界，以保證人類自身的生存與發(fā)展.人類實踐包括生活實踐、生產(chǎn)實踐、社會實踐與科學(xué)實踐等4種類型，四種類型的實踐，互為場域，相互影響.實踐不僅造就了物質(zhì)形態(tài)的文化，還產(chǎn)生了知識、思想、觀念和意識等精神形態(tài)的文化.“思想、觀念、意識的產(chǎn)生最初是直接與人們的物質(zhì)活動，與人們的物質(zhì)交往，與現(xiàn)實生活的語言交織在一起的.觀念、思維、人的精神交往在這里還是人們物質(zhì)關(guān)系的直接產(chǎn)物”.［2］為了滿足生活實踐、生產(chǎn)實踐與社會實踐的需要，人們在生活、生產(chǎn)與社會中有目的地開展科學(xué)實踐，并在其中應(yīng)用所發(fā)現(xiàn)的知識、方法、思想和觀念.作為科學(xué)實踐，與物理學(xué)相關(guān)的探究活動與應(yīng)用活動，都發(fā)生在生活、生產(chǎn)與社會所提供的場域；推動物理學(xué)發(fā)展的動力，也來自生活實踐、生產(chǎn)實踐與社會實踐.這正是2022 年版《義務(wù)教育物理課程標準》確立“物理學(xué)與日常生活”“物理學(xué)與工程實踐”“物理學(xué)與社會發(fā)展”等3個跨學(xué)科實踐二級主題的根本原因.

物理學(xué)從誕生之時就與人類日常生活密切關(guān)聯(lián).一方面，物理學(xué)探究活動都緣起于人類對現(xiàn)實生活中遇到的各種物理現(xiàn)象的疑惑，好奇心與求知欲驅(qū)使人們在生活中探索物理學(xué)知識.晝夜、季節(jié)與氣候等的變化，雷電、虹霓與海市蜃樓等自然現(xiàn)象，都激發(fā)人們?nèi)ヌ骄?中國早在殷代甲骨文里就有虹的記載，唐初的《禮記注疏》則粗略地揭示出彩虹的光學(xué)成因；根據(jù)天體周而復(fù)始運動的現(xiàn)象，古希臘人認為“太陽、月亮和行星都在一些以地球為中心的同心球殼中運動”，［3］這一宇宙模型后來發(fā)展成為“地心說”.另一方面，當(dāng)人們在生活中遇到解釋不了的奇異現(xiàn)象，總會嘗試用已知的物理學(xué)知識去分析，這既促進了物理學(xué)發(fā)展，又使人們的生活變得更加智慧.劃過兩極地區(qū)上空耀眼的極光，讓人產(chǎn)生無盡的遐想，人們最終清楚，它是因帶電粒子流受到地球磁場產(chǎn)生的洛倫茲力而發(fā)生路線偏轉(zhuǎn)所致；沙漠地區(qū)的溫差往往比海濱地區(qū)的溫差大，人們嘗試用物質(zhì)的比熱容進行解釋并獲得成功，甚至幫助人們找到植樹造林、治理沙漠的策略.

物理學(xué)與工程技術(shù)始終互動發(fā)展，相得益彰.古人因為建筑房屋、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和航海旅行等的需要，探索并形成了早期的機械力學(xué)和天文學(xué)；物理學(xué)借鑒并引入早期工程技術(shù)中運用的“功”“潛活力”“活性力矩”或“作用矩”等概念及其計算方法，促進了能量守恒定律的最終確立.［3］精確定量的經(jīng)典物理學(xué)研究促進了分析、歸納和演繹方法的發(fā)展，導(dǎo)致牛頓力學(xué)體系的建立.從此，物理學(xué)實現(xiàn)了從認識與解釋自然世界，發(fā)展為將物理學(xué)原理轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)工具的新時代，開發(fā)出紡織、磨坊、鐘表、抽水與灌溉等機械.工業(yè)革命對推動機械的動力要求越來越高，提高原始蒸汽機的效率迫在眉睫，蒸汽機修理工瓦特（J.Watt）的反復(fù)技術(shù)改造，既推動人類進入蒸汽機時代，又促進了熱力學(xué)的發(fā)展.人類在探索物理世界的過程中，通過物理學(xué)與工程技術(shù)結(jié)合，創(chuàng)造了內(nèi)燃機、發(fā)電機、電動機、視聽設(shè)備、通訊設(shè)備、計算機及網(wǎng)絡(luò)等儀器、設(shè)備與工具，不僅改善了物理學(xué)探究的條件，還讓人類生產(chǎn)和生活方式發(fā)生了巨大改變.毋庸置疑，電動機只有實現(xiàn)了持續(xù)轉(zhuǎn)動，才能為人類服務(wù)；物理學(xué)只有利用工程技術(shù)，才能設(shè)計出保證電動機持續(xù)轉(zhuǎn)動的換向器.

物理學(xué)與社會往往以思想觀念為中介，相互作用，共同發(fā)展.經(jīng)典物理學(xué)的誕生，蕩滌著腐朽的宗教神學(xué)和落后的封建迷信思想，特別是由它引起的一次次工業(yè)革命都顯示著磅礴的力量，人們在實踐中越來越自覺地運用物理學(xué)知識、方法和思想，進行社會行動決策與社會組織管理.物理學(xué)還在同各種社會思潮斗爭中發(fā)展，不斷更新人們的世界觀.克勞修斯（R.E.Clausius）等人把熱力學(xué)第二定律或“熵增加原理”外推到整個宇宙.他們認為，自然界中其他形式的能量最終都會轉(zhuǎn)變?yōu)闊?，由于熱平衡，各處溫度將趨于相同，宇宙必定趨于一個終點——“熱寂”狀態(tài).恩格斯曾及時對“熱寂說”這一社會思潮進行了基于辯證唯物主義的批判：“放射到太空中的熱一定有可能通過某種途徑（指明這一途徑，將是以后自然科學(xué)的課題）轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N運動形式，在這種運動形式中，它能夠重新集結(jié)和活動起來.”［1］恩格斯預(yù)言的途徑，被后來的普利高津（I.Prigogine）發(fā)現(xiàn).普利高津創(chuàng)建自組織和耗散結(jié)構(gòu)理論，給出了一種新的宇宙秩序觀.相對論與量子力學(xué)的建立，進一步改變了人類的物質(zhì)觀、運動觀、時空觀與因果觀，展現(xiàn)了全新的世界圖景，推動了人類社會的飛速發(fā)展.當(dāng)看到有人極端功利地使用科學(xué)技術(shù)，給人類生存與環(huán)境造成種種危害，人們不得不重新審視科學(xué)技術(shù)的價值，逐步形成了新的科學(xué)價值觀.

2 跨學(xué)科范式：人類實踐的基本邏輯

人類通過觀察認知、耕耘勞作、加工制造、行為試誤、行動決策與組織管理等實踐活動，創(chuàng)造了人類文化與各類知識.為了討論問題方便，我們把直接來源于人類實踐，沒有經(jīng)過任何實質(zhì)性人為加工的人類文化，稱為“原初文化”.由于早期人類探索、認知、干預(yù)與改造世界的目的、對象、視野、條件與方式大同小異，生活因素、人文因素、社會因素、技藝因素與科學(xué)因素等共同制約了各種人類實踐.因此，人類早期實踐創(chuàng)造出的各類“原初文化”及其知識之間的界限并不涇渭分明.亞里斯多德（Aristotle）的《物理學(xué)》就是以自然界為特定的探索與認知對象，其研究涉及到現(xiàn)代意義上的物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、天文學(xué)和地理學(xué)等方面的內(nèi)容.從現(xiàn)代學(xué)科的觀點看，人類實踐先天具有的根本特征是跨學(xué)科性，人類實踐遵循跨學(xué)科范式或跨學(xué)科邏輯.當(dāng)社會分工越來越細化時，人們因為選擇不同的視角、方法、形式與過程，開展不同的探索、認知、干預(yù)與改造世界的活動，生產(chǎn)了不同的“原初文化”及其知識.那些采取類似視角、方法、形式與過程開展探索、認知、干預(yù)與改造活動的人，必然形成一個特殊的文化共同體或知識共同體.在生活、工程與社會場域中，各共同體為了方便，總要對實踐情境與真實研究對象進行簡化或理想化處理，忽略或淡化次要因素，從而提出概念、建構(gòu)模型和總結(jié)規(guī)律.人類多元的文化共同體或知識共同體，為后來眾多學(xué)科的產(chǎn)生奠定了堅實基礎(chǔ).

隨著人類“原初文化”的積淀及社會文明形態(tài)的形成與發(fā)展，為了進一步推動文化發(fā)展與知識探索，人們便不斷運用理性與邏輯的方法，依據(jù)探究目的、對象、方法與視角的差別，對各種復(fù)雜混沌的“原初文化”及其知識進行分類、歸納和整理，以方便各文化共同體或知識共同體進行知識的傳承、交流、生產(chǎn)與創(chuàng)新.由此，人們將“原初文化”分解并改造成為一系列不同的知識領(lǐng)域——學(xué)科（discipline）.“歐幾里得幾何學(xué)”樹立了學(xué)科的典范.歐幾里得（Euclid）在《原本》中收錄了當(dāng)時幾乎所有古希臘時期的數(shù)學(xué)研究成果，構(gòu)建了以數(shù)、點、線、面、體為邏輯線索的幾何學(xué)知識體系.學(xué)科雖然源于“原初文化”，卻烙上了再次人為加工與構(gòu)造的痕跡.除了數(shù)學(xué)之外，物理學(xué)科是最嚴格的和最典型的學(xué)科.以物理學(xué)科為例，可以明晰人類構(gòu)建學(xué)科的邏輯：精確界定研究對象及其基本性質(zhì)，提出基本公設(shè)，并“保證這些公設(shè)是相容的和獨立的”，物理學(xué)科知識便“耐心地以無瑕疵的秩序展開包含在公設(shè)中的定律的長鏈”.［4］可見，學(xué)科是人為加工形成的遠離人類實踐與“原初文化”的知識體系.換言之，任何學(xué)科的知識邏輯并不是人類探索世界的邏輯，更不是人類實踐的邏輯.

學(xué)科的產(chǎn)生，使得文化共同體或知識共同體演變?yōu)閷W(xué)科共同體，并形成一種社會建制.“既定的學(xué)科，為其每個成員提供了事業(yè)基礎(chǔ)、社會身份和作為研究者或教師的公共舞臺”；［5］學(xué)科共同體也“設(shè)立一定程度的權(quán)威標準”，［6］以便其成員不僭越所在學(xué)科的話語體系、研究方法、價值標準、行為方式與倫理規(guī)范；學(xué)科共同體既生產(chǎn)新知識，又為發(fā)展本學(xué)科而培養(yǎng)人才.毋庸置疑，各學(xué)科共同體極大地促進了各知識領(lǐng)域的縱深探究，也方便了各學(xué)科共同體學(xué)者之間的內(nèi)部交流與對話.隨著知識的不斷增長與學(xué)科的不斷分化，人們越來越崇尚知識的學(xué)科化或邏輯化，越來越追求抽象封閉與獨立自洽的知識體系.但是，“各自為政”的學(xué)科逐步在知識生產(chǎn)與實踐創(chuàng)新中舉步維艱.在人為劃分得越來越細的學(xué)科中，人們雖然能夠進行知識生產(chǎn)，它卻不是人類探究知識的唯一路徑.為了知識生產(chǎn)與實踐創(chuàng)新，必須遵循人類探索世界的邏輯與人類實踐的邏輯，突破學(xué)科藩籬，開展基于實踐的跨學(xué)科探究.

其實，“科學(xué)是內(nèi)在的統(tǒng)一體，它被分解成單獨的部門不是由于事物的本質(zhì)，而是由于人類認識的局限性.實際上存在著由物理到化學(xué)，通過生物學(xué)和人類學(xué)到社會科學(xué)的連續(xù)鏈條，這是任何一處都不能被打斷的鏈條”.［7］也就是說，各學(xué)科的發(fā)展并不是互不相干的.科學(xué)中發(fā)展最快的物理學(xué)科往往為其他新興學(xué)科提供探究工具與方法，物理學(xué)科也在學(xué)習(xí)與借鑒其他學(xué)科的過程中得到發(fā)展.例如，1938年布拉格（W.L.Bragg）擔(dān)任卡文迪許實驗室第5任主任后，開發(fā)出用X 射線研究生物分子結(jié)構(gòu)的強大工具，為沃森（J.Watson）等學(xué)生發(fā)現(xiàn)DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)創(chuàng)造了條件，開創(chuàng)了生命科學(xué)研究的新時代.20世紀后半葉，學(xué)科探索領(lǐng)域的交叉及學(xué)科研究方法的互相借鑒，使得學(xué)科互涉或?qū)W科滲透成為一種普遍的知識生產(chǎn)現(xiàn)象.物理學(xué)在化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)和心理學(xué)等學(xué)科的應(yīng)用，使得這些學(xué)科的原創(chuàng)學(xué)術(shù)成果如雨后春筍，也使得物理學(xué)發(fā)展出繁榮的分支領(lǐng)域；化學(xué)的化學(xué)分析、有機合成與電泳等理論與技術(shù)在生物學(xué)與醫(yī)學(xué)等學(xué)科的廣泛應(yīng)用，使得生物學(xué)、生理學(xué)與醫(yī)學(xué)的原創(chuàng)學(xué)術(shù)成果層出不窮，化學(xué)也獲得長足的發(fā)展.這使得人們重新對跨學(xué)科（interdiscipline或transdiscipline）的知識生產(chǎn)范式深信不疑.跨學(xué)科范式回歸人類探索世界邏輯與人類實踐邏輯，關(guān)注到由于單一學(xué)科局限而無法企及的認知空白，極大地促進了介于學(xué)科之間的交叉地帶的新知識發(fā)現(xiàn).

從人類實踐的目的、對象、視野、條件與方式看，當(dāng)代社會的實踐比早期人類的實踐復(fù)雜得多，但是，實踐先天具有的根本特征——跨學(xué)科性沒有改變，實踐也沒有改變其跨學(xué)科范式或跨學(xué)科邏輯.人類總是瞄準豐富多彩的生活世界，進行著生活實踐、生產(chǎn)實踐、社會實踐與科學(xué)實踐；人類總是希望對探究的問題、對象與條件進行整合性與情境性研究，從而解決由多種因素影響的實踐問題.總之，人類實踐需要提出戰(zhàn)略性與創(chuàng)新性實踐對策與實踐方式，最終實現(xiàn)干預(yù)與改造世界、促進人類發(fā)展的目的.這就是人類實踐的跨學(xué)科范式或跨學(xué)科邏輯.英國社會學(xué)家吉本斯（M.Gibbons）甚至用“知識生產(chǎn)模式2”來描述人類實踐的根本特征與基本邏輯.在吉本斯看來，所謂“知識生產(chǎn)模式1”，主要指早期物理學(xué)科探究知識的知識生產(chǎn)模式，它屬于單一學(xué)科知識生產(chǎn)的范疇；所謂“知識生產(chǎn)模式2”，主要指現(xiàn)代社會基于多學(xué)科探究實踐知識、情境知識與行動知識的知識生產(chǎn)模式，它屬于“戰(zhàn)略性科學(xué)”范疇.［8］“應(yīng)用情境知識生產(chǎn)”“跨學(xué)科性”“異質(zhì)性和組織多樣性”“社會責(zé)任和反身性”“質(zhì)量控制”是“知識生產(chǎn)模式2”的顯著特征.［9］顯然，在“知識生產(chǎn)模式2”的人類實踐中，生活因素、人文因素、社會因素、技藝因素與科學(xué)因素共同決定了實踐的目的、方法、視野與策略；“知識生產(chǎn)模式2”通過多學(xué)科融合，既克服人類實踐所面臨的現(xiàn)實困難，又促進人類知識的跨學(xué)科生產(chǎn).

3 跨學(xué)科實踐：超越學(xué)科本位課程的必然選擇

學(xué)科的產(chǎn)生，使得人類似乎找到了一種有效的、經(jīng)濟的教育策略：利用學(xué)科的知識邏輯，構(gòu)建學(xué)科課程或?qū)W科本位課程，開展學(xué)科教學(xué).學(xué)科本位課程是一個凌駕于教師和學(xué)生生活、經(jīng)驗與活動之上的符號系統(tǒng)或知識實體，它從某一學(xué)科中選擇部分內(nèi)容，按照該學(xué)科的知識邏輯展開.學(xué)科本位課程使學(xué)生的學(xué)習(xí)成為接受知識、背誦知識與套用知識的過程.在學(xué)科教學(xué)中表現(xiàn)為：（1）界定概念，即所謂“形成概念”；（2）分析概念之間的邏輯關(guān)系，即所謂“掌握規(guī)律”；（3）應(yīng)用概念與規(guī)律，即所謂“解題訓(xùn)練”.眾所周知，在學(xué)科本位課程的背景下，學(xué)生“形成概念”與“掌握規(guī)律”的情境往往遠離生活世界和人類實踐，人類實踐的興趣動機、生活經(jīng)驗與情感體驗等均被排斥在課程與教學(xué)之外；學(xué)生“解題訓(xùn)練”的內(nèi)容是根據(jù)學(xué)科知識邏輯編制的，目的是讓學(xué)生厘清“概念”，正確套用“概念”與“規(guī)律”.

1957年，在前蘇聯(lián)衛(wèi)星上天的震撼下，美國進行了教育反思，開始在認知心理學(xué)家布魯納（J.S.Bruner）的思想指導(dǎo)下，聲勢浩大地推動“學(xué)科結(jié)構(gòu)運動”，倡導(dǎo)強化中小學(xué)生獨立學(xué)習(xí)與思考的“發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)”.布魯納率先批判了行為主義心理學(xué)對課程的錯誤導(dǎo)向，關(guān)注人類用于構(gòu)建和形成有關(guān)自己和世界意義的符號活動.［10］他認為，人類用符號構(gòu)建所形成的學(xué)科就是典型的認知結(jié)構(gòu)，因此，“不論我們選教什么學(xué)科，務(wù)必使學(xué)生理解學(xué)科的基本結(jié)構(gòu)”.［11］于是，美國物理科學(xué)研究委員會（PSSC）聲稱要“以物理學(xué)家認識世界的本來面目去寫教材”.［12］該委員會編寫的教科書《PSSC物理》并沒有展示物理學(xué)家認識世界的本來面目，卻成為學(xué)科本位教科書的經(jīng)典.《PSSC 物理》包括第一篇“宇宙”、第二篇“光學(xué)與波”、第三篇“力學(xué)”和第四篇“電與原子結(jié)構(gòu)”，外加一個補篇.補篇涉及角動量、統(tǒng)計力學(xué)、狹義相對論和量子物理學(xué)等介紹性的“高等課題”.學(xué)科結(jié)構(gòu)課程理論認為，由知識、概念及其概念框架構(gòu)成的學(xué)科結(jié)構(gòu)，雖然已被學(xué)科領(lǐng)域的學(xué)者與專家構(gòu)造完成，但是，學(xué)生學(xué)習(xí)學(xué)科時必須“再構(gòu)造”學(xué)科結(jié)構(gòu)，這種“再構(gòu)造”的過程就是“發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)”.“布魯納提倡的發(fā)現(xiàn)法和他提倡的學(xué)習(xí)學(xué)科結(jié)構(gòu)這兩者之間，存在著必然的內(nèi)在聯(lián)系.學(xué)科結(jié)構(gòu)是不能簡單地傳授的，因為它不是靜物，必須教學(xué)生去不斷構(gòu)造即必須去發(fā)現(xiàn)”.［13］“學(xué)科結(jié)構(gòu)運動”把學(xué)科本位課程推到了極致.據(jù)美國1000多所中小學(xué)的調(diào)查表明，“大多數(shù)學(xué)生沒有從事問題解決任務(wù)，而只是從事被動的、機械的任務(wù)”，［14］從而學(xué)生不可能“再構(gòu)造”學(xué)科結(jié)構(gòu).這必然導(dǎo)致布魯納倡導(dǎo)的“變革計劃實際上壓根兒就沒有實施過”.［15］這次課程改革沒有達到預(yù)期的目的，反而導(dǎo)致美國基礎(chǔ)教育質(zhì)量下降.

眾所周知，皮亞杰（J.Piaget）的發(fā)生認識論認為，“人類知識的邏輯與理性組織的發(fā)展與兒童相應(yīng)觀念形成的心理過程之間存在相似性”.［16］庫恩（T.S.Kuhn）指出，皮亞杰“對兒童對空間、時間、運動或世界本身的概念等主題的敏銳研究，一再揭示了兒童科學(xué)學(xué)習(xí)過程形成的不準確概念與人類早期成年科學(xué)家所持的概念有驚人的相似之處”.［17］這就是皮亞杰與庫恩的所謂“文化重演”的觀點.“文化重演”課程觀認為，中小學(xué)生的學(xué)習(xí)過程可能與人類的知識探索過程高度相似，學(xué)生在認知過程中遇到的困難可能正是人類知識生產(chǎn)過程中遇到過的困難.為了引導(dǎo)學(xué)生認知發(fā)展，教師的理想工作方式是，讓學(xué)生“重演”人類的知識探索過程，暴露他們的認知困難，進而通過師生對話與交往克服困難，最終讓學(xué)生自主完成知識建構(gòu).雖然布魯納的“再構(gòu)造”也屬于“文化重演”的范疇，但是，他讓學(xué)生“重演”的是學(xué)科領(lǐng)域?qū)W者與專家人為構(gòu)造學(xué)科知識結(jié)構(gòu)的過程，他倡導(dǎo)學(xué)生去“發(fā)現(xiàn)”僵化的、統(tǒng)一的學(xué)科知識結(jié)構(gòu).“文化重演”課程觀所追求的學(xué)生知識建構(gòu)，不同于布魯納的“再構(gòu)造”，而是學(xué)生自主建構(gòu)個性化的世界圖景、認知經(jīng)驗與實踐方式.

近些年，科學(xué)教育倡導(dǎo)科學(xué)探究.人們達成共識，“學(xué)科學(xué)是積極主動的過程”“學(xué)科學(xué)的中心環(huán)節(jié)是探究”.“科學(xué)探究指的是科學(xué)家用以研究自然界并基于此種研究獲得的證據(jù)提出種種解釋的多種不同途徑.科學(xué)探究也指的是學(xué)生用以獲取知識、領(lǐng)悟科學(xué)的思想觀念、領(lǐng)悟科學(xué)家研究自然界所用的方法而進行的各種活動”.“讓學(xué)生參與探究可以幫助學(xué)生：理解科學(xué)概念；對于我們是‘如何知道’我們所知道的科學(xué)事實這一過程有驚羨之感；理解科學(xué)的本質(zhì)；掌握對自然界進行獨立探究的必要技能；形成運用技能、能力和秉持科學(xué)態(tài)度的習(xí)慣”.［18］為了倡導(dǎo)科學(xué)探究，美國科學(xué)教育界強調(diào)，每個人幼年時都是科學(xué)家，每個孩子都有科學(xué)家的好奇心和敬畏感.“美國國家科學(xué)教育標準呼吁實現(xiàn)一種科學(xué)課堂曾經(jīng)罕見的科學(xué)教育，在聚焦核心科學(xué)概念的同時，也強調(diào)學(xué)生如何學(xué)習(xí)科學(xué)的重要性.學(xué)生需要學(xué)會發(fā)現(xiàn)問題、建構(gòu)自己的答案、用科學(xué)知識檢驗自己的推斷和同他人交流觀點”.［19］可見，科學(xué)探究不再像“學(xué)科結(jié)構(gòu)運動”那樣強調(diào)學(xué)生發(fā)現(xiàn)或探究的結(jié)果，而是關(guān)注學(xué)生的自主學(xué)習(xí)方式與主動學(xué)習(xí)過程，并把人類探究與實踐的興趣動機、生活經(jīng)驗與情感體驗納入科學(xué)課程之中，讓學(xué)生帶著問題，主動歷經(jīng)探究的一般過程，從而獲得知識與發(fā)展能力.科學(xué)探究突出學(xué)生在真實科學(xué)實踐中的探究體驗與主動建構(gòu)，“重演”的不是學(xué)科知識結(jié)構(gòu)的構(gòu)造活動，而是“重演”人類的科學(xué)實踐活動.

在現(xiàn)代社會，科學(xué)技術(shù)為人類創(chuàng)造了物質(zhì)文明，也在某種程度給人類造成了身心的傷害.人們明白，這并不是科學(xué)技術(shù)本身的過錯，而是人類自身的問題.因此，現(xiàn)代社會需要培養(yǎng)了解社會、致力于造福社會的科學(xué)家和技術(shù)人才；需要培養(yǎng)了解科學(xué)技術(shù)及其后果并能夠參與涉及科學(xué)技術(shù)決策的公民.在這種背景下，被稱為“科學(xué) 技術(shù) 社會”（STS）的跨學(xué)科研究應(yīng)運而生，“STS”教育也列入議事日程.“STS”教育的核心觀點是，按照科學(xué)、技術(shù)、社會三者間的關(guān)系來進行跨學(xué)科科學(xué)教育，讓科學(xué)教育不僅盡可能“還原”科學(xué)實踐的邏輯，還進一步盡可能“還原”人類實踐的邏輯，把科學(xué)教育與人類可持續(xù)發(fā)展、現(xiàn)代化生產(chǎn)和學(xué)生生活緊密聯(lián)系在一起.“STS”教育既考慮如何促進科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以滿足社會的需要；又研究如何使社會成員按照科學(xué)本質(zhì)觀與科學(xué)價值觀，做出正確的人類行為決策與社會管理，促進人類可持續(xù)發(fā)展.

2021年，聯(lián)合國教科文組織發(fā)布《共同重新構(gòu)想我們的未來：一種新的教育社會契約》.該報告認為，“革新教育需要新的教學(xué)法、課程、教師功能、學(xué)校愿景和教育時空等”“課程應(yīng)強調(diào)生態(tài)、跨文化和跨學(xué)科學(xué)習(xí)”“通過科學(xué)、數(shù)字和人文素養(yǎng)來培養(yǎng)學(xué)生辨別真?zhèn)蔚哪芰Α?［20］因此，在廣泛實施學(xué)科課程的現(xiàn)實環(huán)境下，強調(diào)跨學(xué)科實踐是未來中小學(xué)課程的發(fā)展趨勢，也是超越學(xué)科本位課程的必然選擇.其實，2011年，美國發(fā)布的《K-12年級科學(xué)教育框架：實踐、跨學(xué)科概念和核心概念》，就已提出實踐、跨學(xué)科概念和核心概念等3個維度，并以這3 個維度規(guī)劃了《下一代科學(xué)標準》的目標體系.［21］美國為了給中小學(xué)生日后大學(xué)階段選擇主修科學(xué)、技術(shù)、工程或數(shù)學(xué)專業(yè)創(chuàng)造條件，倡導(dǎo)中小學(xué)開展“STEM”教育.［22］中小學(xué)開展的“STEM”教育，強調(diào)“整合的課程設(shè)計模式”，屬于跨學(xué)科教育范疇.［23］

在近幾十年各國基礎(chǔ)教育課程改革的過程中，無論是倡導(dǎo)“再構(gòu)造”學(xué)科知識結(jié)構(gòu)還是強調(diào)多維體驗與自主建構(gòu)的科學(xué)探究，無論是倡導(dǎo)跨學(xué)科的“STS”教育與“STEM”教育還是強調(diào)發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)，都是試圖在廣泛采用學(xué)科課程的現(xiàn)實背景下，超越學(xué)科本位課程，使學(xué)生獲得全面發(fā)展.可見，基礎(chǔ)教育課程改革正致力于將學(xué)生的學(xué)習(xí)盡可能“還原”為人類實踐活動，讓學(xué)生“重演”人類知識的探究活動與應(yīng)用活動.“還原”與“重演”的目的顯然是增強學(xué)生學(xué)習(xí)的情境性、體驗性、主動性與建構(gòu)性，引導(dǎo)學(xué)生自主建構(gòu)多維知識，以便學(xué)生未來能夠運用多學(xué)科知識解決真實的實踐問題.

4 “還原”實踐邏輯：實現(xiàn)物理課程的目標

物理課程既要啟發(fā)學(xué)生探究物理學(xué)，又要引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用物理學(xué)解決人類實踐的問題，從而促進學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展，推動人類科學(xué)事業(yè)發(fā)展與社會進步.在實施學(xué)科課程的背景下，物理課程的跨學(xué)科實踐，強調(diào)立足物理學(xué)，盡可能“還原”生活、工程與社會場域，讓學(xué)生探究物理學(xué)與應(yīng)用物理學(xué)，促進其物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任等核心素養(yǎng)發(fā)展.

物理觀念是物理概念和規(guī)律的升華，物理概念和物理規(guī)律是物理學(xué)探究活動的核心內(nèi)容；科學(xué)思維主要包括模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證與質(zhì)疑創(chuàng)新，而跨學(xué)科推理與跨學(xué)科論證則正是質(zhì)疑創(chuàng)新的前提.在生活、工程與社會場域中，物理學(xué)家為了方便，總要對實踐情境與真實研究對象進行簡化或理想化處理，忽略次要因素，淡化非物理因素，從而提出物理概念、建構(gòu)物理模型、總結(jié)物理規(guī)律.但是，在學(xué)科本位課程背景下，學(xué)生“形成概念”“建構(gòu)模型”“掌握規(guī)律”等物理學(xué)習(xí)活動，成為教師“灌輸概念”“強加模型”“推演規(guī)律”的過程，學(xué)生根本不清楚產(chǎn)生物理概念、模型與規(guī)律的真實的實踐背景和推理論證過程，因此，他們在應(yīng)用物理學(xué)解決實際問題時也必然張冠李戴.按照2022年版《義務(wù)教育物理課程標準》，科學(xué)探究活動，正是遵循“知識生產(chǎn)模式2”的跨學(xué)科實踐邏輯展開的；科學(xué)態(tài)度與責(zé)任則突出學(xué)生把握科學(xué)、技術(shù)、社會、環(huán)境之間的關(guān)系，基于物理學(xué)及其他學(xué)科綜合形成科學(xué)本質(zhì)觀與科學(xué)價值觀，為推動人類社會可持續(xù)發(fā)展和實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興做好準備.可見，“還原”人類實踐的跨學(xué)科邏輯，是實現(xiàn)物理課程目標的必然要求.中學(xué)物理課程應(yīng)該通過探究型跨學(xué)科實踐、應(yīng)用型跨學(xué)科實踐和升華型跨學(xué)科實踐，促進學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展.

4.1 探究型跨學(xué)科實踐

探究型跨學(xué)科實踐以探究物理學(xué)為目的，“還原”生活情境或生產(chǎn)情境，將人類物理探究中原本有的跨學(xué)科環(huán)節(jié)，以學(xué)生觀察實驗、動手制作與科學(xué)推理等跨學(xué)科探究任務(wù)，嵌入學(xué)習(xí)過程，讓學(xué)生“重演”人類探究物理世界的真實過程，理解提出物理概念、建構(gòu)物理模型與概括物理規(guī)律的跨學(xué)科背景與推理過程，發(fā)展科學(xué)思維與科學(xué)探究能力.

嵌入與生活相關(guān)的跨學(xué)科探究任務(wù)，有助于學(xué)生深入探究物理學(xué).例如，生理學(xué)和醫(yī)學(xué)告訴我們，聲波既可以通過空氣傳導(dǎo)，又可以通過骨傳導(dǎo)，刺激大腦聽神經(jīng)后，便產(chǎn)生聽覺.［24］因此，一些存在空氣傳導(dǎo)障礙的人，如果聽神經(jīng)沒有被損壞，還可以利用骨傳導(dǎo)聽到聲音.貝多芬（L.Beethoven）失聰后用牙咬住小木棍抵住鋼琴堅持創(chuàng)作，就是通過骨傳導(dǎo)聽到自己的音樂.從探究物理學(xué)的角度看，骨傳導(dǎo)是一個值得讓學(xué)生完成的跨學(xué)科探究任務(wù).目前已有教科書率先將其成功嵌入.［25］這一跨學(xué)科探究任務(wù)需要學(xué)生合作完成，在堵住某一同學(xué)耳朵的情況下，用消毒干凈的振動音叉尾部，安全地抵在該同學(xué)的前額、耳后的骨頭和牙齒上，看看該同學(xué)能否聽到音叉的聲音.當(dāng)然，學(xué)生探究過程還可以嵌入對貝多芬自強不息精神的討論.又例如，為了探究眼睛晶狀體的調(diào)焦原理，物理課程可以讓學(xué)生選取器材，制作一個可以用注射器改變彎曲程度的“水透鏡”來模擬眼睛，探究眼睛成像過程.［26］這一跨學(xué)科探究任務(wù)，不僅能讓學(xué)生清楚近視眼的成因，還能指導(dǎo)學(xué)生如何預(yù)防近視眼.

嵌入與生產(chǎn)相關(guān)的跨學(xué)科探究任務(wù)，也有助于學(xué)生深入探究物理學(xué).例如，眾所周知，電動機是重要的生產(chǎn)工具.它是根據(jù)通電導(dǎo)體在磁場中受到力的作用這一原理研制出的.物理學(xué)與技術(shù)結(jié)合，巧妙地在電動機電源的引入處設(shè)計了一個能夠及時改變線圈中電流方向的換向器，解決了電動機不能持續(xù)轉(zhuǎn)動的困難，實現(xiàn)了電動機在生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用.由于認為換向器屬于純粹技術(shù)問題，過去的物理課程對此往往忽略或進行淡化處理.顯然，將探究電動機換向器作為一個跨學(xué)科探究任務(wù)嵌入，讓學(xué)生解構(gòu)電動機，有助于探究電動機的技術(shù)設(shè)計原理.目前也已有教科書率先將其成功嵌入.［27］2022年版《義務(wù)教育物理課程標準》已將“新材料的特點及其應(yīng)用”等內(nèi)容納入跨學(xué)科實踐.過去的物理課程主要羅列新材料的知識，介紹這些新材料的生產(chǎn)應(yīng)用.物理課程完全可以嵌入跨學(xué)科探究任務(wù)，讓學(xué)生通過現(xiàn)場觀察、實驗探究或查閱資料等活動，獲得關(guān)于新材料的感性經(jīng)驗與理性認知.例如，學(xué)生對生產(chǎn)中廣泛運用的納米材料非常好奇，常常苦于沒有接觸真實納米材料的機會.其實，“文房四寶”中的墨，其超微碳粒就屬于納米材料，物理課程可以用墨作為載體，設(shè)計跨學(xué)科探究任務(wù)，探究納米材料光反射率低和電磁波吸收率高的特性.

4.2 應(yīng)用型跨學(xué)科實踐

應(yīng)用型跨學(xué)科實踐以應(yīng)用物理學(xué)為目的，在學(xué)生探究某一物理原理之后，“還原”生活情境或生產(chǎn)情境，設(shè)計應(yīng)用該原理的跨學(xué)科應(yīng)用項目，讓學(xué)生通過調(diào)查、考察、設(shè)計、加工、制作與實驗等跨學(xué)科活動，提高其跨學(xué)科應(yīng)用知識的能力、分析和解決問題的綜合能力、動手操作的實踐能力.

與生活相關(guān)的跨學(xué)科應(yīng)用項目，有助于培養(yǎng)學(xué)生運用多學(xué)科知識解決實際問題的能力.例如，隨著生活水平的提高，家庭中使用的電器越來越多，當(dāng)電路中同時工作的大功率電器過多時，線路總電流就可能超過其額定值，使導(dǎo)線、開關(guān)和插座等處于過熱狀態(tài)，甚至引發(fā)事故.物理課程可以設(shè)計家庭電路防止過載的跨學(xué)科應(yīng)用項目，讓學(xué)生調(diào)查自己家庭各電器的功率、使用時間與導(dǎo)線的額定電流等，制訂家庭大功率電器錯時使用的方案，設(shè)計大功率電器專線供電的家庭電路圖.又例如，學(xué)生學(xué)習(xí)了影響蒸發(fā)快慢的規(guī)律后，可以設(shè)計一個關(guān)于家庭蔬菜和水果保鮮的跨學(xué)科應(yīng)用項目，讓學(xué)生查閱資料，明確保鮮就是保留其維生素（水溶性或脂溶性維生素）和水分，為家庭的不同蔬菜與不同水果制訂保鮮方案.

與生產(chǎn)相關(guān)的跨學(xué)科應(yīng)用項目，也有助于培養(yǎng)學(xué)生運用多學(xué)科知識解決實際問題的能力.例如，電磁鐵的制造，促進了繼電器、電報機、變壓器和電動機等電氣設(shè)備的產(chǎn)生.在探究了通電螺線管外部的磁場之后，結(jié)合電磁起重機利用電磁鐵工作的原理，可以設(shè)計一個跨學(xué)科應(yīng)用項目，讓學(xué)生制作簡易電磁鐵并探究影響其磁性強弱的因素.這個跨學(xué)科應(yīng)用項目，要求學(xué)生自選電磁鐵內(nèi)管、鐵芯、漆包線、電源與鐵質(zhì)重物等器材，獨立完成制作；再設(shè)計方案，合作探究影響電磁鐵磁性強弱的因素.這個跨學(xué)科應(yīng)用項目，涉及選材、加工與制作等技術(shù)工作，模擬電磁起重機工作開展實驗探究，能夠培養(yǎng)學(xué)生動手操作的能力與跨學(xué)科應(yīng)用知識的能力.類似的跨學(xué)科應(yīng)用項目題材很多.例如，制作腳踏垃圾桶模型、制作簡易電動機和制作機翼模型探究升力等.

4.3 升華型跨學(xué)科實踐

升華型跨學(xué)科實踐以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)本質(zhì)觀、科學(xué)價值觀與社會責(zé)任感為目的，針對社會熱點、“科學(xué) 技術(shù) 社會 環(huán)境”問題以及我國古代與當(dāng)代科技成就等，設(shè)計跨學(xué)科實踐課題，通過考察調(diào)研、實證分析、觀點交鋒和宣講報告等方式，促進學(xué)生更新理念與升華思想，自覺以科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任規(guī)范個人行為，增強科技強國的責(zé)任感和使命感.

在學(xué)生具有一定的物理學(xué)與其他學(xué)科知識儲備的條件下，物理課程可以根據(jù)社會熱點與“科學(xué) 技術(shù) 社會 環(huán)境”問題，設(shè)計跨學(xué)科實踐課題，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)本質(zhì)觀、科學(xué)價值觀與社會責(zé)任感.例如，全球變暖帶來了“熱島效應(yīng)”，人們往往要采取控制空調(diào)溫度、綠色出行、合理規(guī)劃建筑、加強城市綠化與改善城市水系等對策.物理課程可以讓學(xué)生設(shè)計課題方案，調(diào)查當(dāng)?shù)禺a(chǎn)生“熱島效應(yīng)”的原因，提出并制定緩解當(dāng)?shù)亍盁釐u效應(yīng)”的設(shè)想與措施.又例如，現(xiàn)代熱機的出現(xiàn)，極大地改進了人類的工作方式和生活條件，但是，所有熱機工作時都要排放有害物質(zhì)，控制廢氣的排放量，已成為熱機發(fā)展與環(huán)境保護的重要舉措.物理課程可以讓學(xué)生在安全的前提下，開展跨學(xué)科實踐課題研究，考察汽車發(fā)動機運行時對周圍環(huán)境的影響，運用化學(xué)與生物學(xué)知識，分析熱機排放的廢氣有哪些有害成分，對人體健康有什么危害.

我國古代的技術(shù)應(yīng)用案例，我國當(dāng)代科技特別是物理學(xué)發(fā)展的成就，我國物理學(xué)家的杰出貢獻和愛國情懷，都可以設(shè)計跨學(xué)科實踐課題，增強學(xué)生的自豪感、責(zé)任感和使命感，激發(fā)勇攀科技高峰的精神.我國古代“龍骨水車”始于東漢，是流行于我國大部分地區(qū)的灌溉工具.以“龍骨水車”為跨學(xué)科實踐課題，讓學(xué)生在考察“龍骨水車”的基礎(chǔ)上，設(shè)計與制作模擬裝置，既能夠讓學(xué)生了解我國古代的技術(shù)成就，又能夠訓(xùn)練學(xué)生的動手操作能力.類似的案例還很多，例如，設(shè)計與制作浮子式液體比重（密度）計等.以我國“兩彈一星”事業(yè)、核能和平利用和500 米口徑球面射電望遠鏡（FAST）等成就為主題，設(shè)計跨學(xué)科實踐課題，能夠激發(fā)學(xué)生強烈的物理學(xué)習(xí)動機.以我國物理學(xué)家的杰出貢獻和家國情懷為主題，開展跨學(xué)科實踐課題研究，更能從人格層面促進學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展，培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的社會主義建設(shè)者和接班人.例如，物理學(xué)家王淦昌為祖國科學(xué)事業(yè)獻出了畢生精力，周光召、鄧稼先、于敏和程開甲等都曾接受過他的直接指導(dǎo).但是，王淦昌不以權(quán)威自居，為人誠懇熱情、謙虛友善，還謙虛地向年輕人請教.［28］這是設(shè)計跨學(xué)科實踐課題的極好素材.