【初中物理论文】从真实情境走向工程实践 :初中物理 跨学科项目式学习探索——以 ＂简单机械跨楼运物＂ 为例

摘要：在课程改革背景下，如何通过真实情境解决复杂问题以培育学生核心素养，是物理教学的重要课题。本研究以“跨楼无障碍通道优化设计” 为载体，构建了 “情境 — 设计 — 探究 — 迭代” 的工程教育模式。通过 1∶50 比例模型建构、探究组合机械的机械效率与 “省力效率” 博弈分析，引导学生经历完整的工程设计闭环。研究发现，项目式学习能有效打破学科壁垒，不仅深化了学生对功与机械效率等物理概念的理解，更在模型建构、推理论证及工程伦理等方面显著提升了学生的综合素养，为初中物理与工程实践的深度融合提供了可操作的范例。

关键词：核心素养；跨学科实践；项目式学习；简单机械；工程思维

跨学科实践教学与传统教学在目标、方法和效果上存在显著差异。传统教学注重知识的系统性和深度，通常以考试的方式来评估学生的掌握情况。然而，这种模式可能忽略知识的实际应用和学科间的联系，而跨学科教学强调多学科知识的整合与应用，通过项目式学习、合作学习等方式，培养学生解决复杂问题的能力，提升批判性思维和创新意识。

笔者所在学校物理学科教室设于志远楼三层，而初二学生的常规教学区域位于意信楼二层，两栋楼宇间缺乏直达通道，师生需经意信楼二层穿越图书馆至志远楼二层，再换乘步梯或电梯方可抵达，通勤路线较为曲折。由于物理课教学需要，师生需频繁在两楼间搬运实验器材，这一空间布局上的不便给日常教学带来了较大的困扰。基于此真实情境，在“简单机械和功” 课堂教学中，学生主动提出设想：能否运用简单机械原理设计一个跨楼宇搬运实验器材的装置？

笔者课堂上肯定了学生的设想，课后带领学生以真实问题为驱动，借助工程思维开展“简单机械跨楼运物” 项目探索。师生精心设计了 “辘轳运货机械优化挑战赛”“探究组合机械的机械效率” 以及 “跨楼运物装置成果展评：我的大辘轳” 等系列进阶任务。以此为基础，笔者在 2026 年 6 月 24 日举行的海淀区物理教研活动中，成功执教了 “基于简单机械的跨楼无障碍通道优化设计” 单元教学课。经过系列跨学科项目式学习探索，笔者对教学有了更深的体会：跨学科教学实践不仅有效促进了物理、数学与工程技术的深度融合，更是践行了新课标中 “从生活走向物理，从物理走向社会” 的核心理念，通过 “做中学” 促进学生科学思维发展。

1 跨学科项目式学习教学准备

教学应基于学情，创设贴近学生生活的真实情境，关注学习生长点，帮助学生构建高效学习迁移通道。因此，在课堂教学前要做好教材、学情和素养目标的分析。

1.1 教材分析

北师大版八年级下册物理教材在“杠杆” 一节的 “科学窗” 中对轮轴原理进行了介绍，内容涵盖了轮轴的定义、工作原理和辘轳等典型实例及生活应用。然而，这种高度概括的处理方式虽便于学生快速理解，却容易导致认知停留在表层。当面对复杂的新情境时，学生往往难以做到学以致用，缺乏对知识应用价值的深刻体认。为此，若能将抽象知识转化为具身实践：让学生亲手操作辘轳模型，直观对比使用机械与直接提升重物的用力差异，并引导他们实测轮、轴半径，结合物重进行理论估算，最后通过测力计进行实际验证，将有效弥合理论与实践的差距。这种深度的探究体验对于培养学生解决实际问题的能力与创新素养，其价值优于单纯解答相关习题。

1.2 学情分析

通过前面课程的学习，学生已掌握杠杆、滑轮、斜面等简单机械的基础知识，并在“探究使用机械是否省功” 的实践中，初步建立起对 “省力” 与 “高效” 之间博弈关系的认知。然而，当面对辘轳这一具体机械模型时，学生在界定有用功与总功、推导机械效率表达式等方面仍存在认知模糊，难以将已有知识有效迁移至新情境中。为此，教学中采用小组合作探究模式，引导学生将复杂问题进行拆解与细化。通过层层递进的任务驱动，帮助学生逐步突破认知障碍，进而有效培养其动脑思考、动手实践的综合能力与创新意识。

1.3 单元教学素养目标

2 “简单机械跨楼运物” 教学片段实施

本研究构建了跨学科项目式学习的一般教学范式及科学探究的标准流程。在此基础上，设计了“基于简单机械的跨楼无障碍通道优化设计” 单元教学片段，其具体实施框架见表2。

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