好文推读 | 课标背景下初中物理跨学科教学策略探索——以“自制太阳能风扇”为例

课标背景下初中物理跨学科教学策略探索

——以“自制太阳能风扇”为例

作者简介

李国平，淮安工业园区实验学校，一级教师。

摘要

在课标背景下，初中物理跨学科实践教学具有如下重要意义：打破学科知识壁垒，构建完整认知体系；聚焦实践育人，落实核心素养目标；衔接生活实际，适应时代育人需求。以 "自制太阳能风扇" 教学为例，教师可采取以下教学策略开展初中物理跨学科教学活动；创设真实情境，明确问题需求；探究学科原理，设计制作方案；选择合适材料，动手制作产品；测试产品功能，方案迭代优化；成果展示评价，深化交流论证。

0  引言

《义务教育物理课程标准 (2022年版)》( 以下简称课标) 中新增了 “跨学科实践” 一级主题^[1]7, 体现了物理学与日常生活、工程实践、社会发展等方面的联系。初中物理作为一门基础学科，与数学、化学、生物等学科联系紧密，能够为跨学科教学的有效开展提供合适载体。将跨学科实践融入初中物理课堂，既能够激发学生探究物理知识的兴趣，也可打破各学科之间的界限，培养学生综合运用多学科知识解决实际问题的能力^[2]。但现阶段物理跨学科教学仍存在学科融合流于表面、实践任务设计形式化等突出问题。基于此，本文选取 “自制太阳能风扇” 实践作为教学案例，融合劳动学科与信息科技学科相关内容，深入探讨课标背景下初中物理课堂落实跨学科实践要求的意义与策略，以期为同类跨学科教学活动设计提供实践参考。

1  重要意义

课标提出，要设立学科主题学习活动，加强学科间的关联，带动课程综合化实施，强化实践性要求^[1]4。传统初中物理教学多以章节为单位开展模块化教学，知识点相对零散，且与数学、劳动、环境科学、工程技术等学科知识相互割裂，导致学生难以建立系统化的知识网络，无法灵活运用多学科知识解决复合型问题。初中物理跨学科实践教学能够构建多元知识融合情境，引导学生建立物理学科与其他学科知识间的内在联系，促使学生突破单一学科知识框架的局限，构建系统化知识体系，最终实现知识的融会贯通与灵活迁移^[3]。

课标明确提出，物理课程要培养的核心素养，主要包括物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任^[1]4。跨学科实践以综合性真实任务为纽带统筹多学科育人目标，为学科核心素养落地构建立体化实践路径。在物理观念培育层面，教师整合能量转化、电路规律等物理知识与机械传动、结构力学等工程相关内容，将抽象物理概念融入动手制作的实践情境，可引导学生在跨情境运用中深化概念认知，形成系统的物理认知框架。在科学思维培育层面，教师依托工程实践任务搭建思维支架，引导学生综合运用物理推理、工程设计、信息分析等多学科思维方式进行方案构思与问题诊断，可推动系统思维与创新思维协同发展。在科学探究培育层面，教师构建涵盖调研分析、方案论证、作品制作、迭代优化的完整探究流程，突破单学科验证性实验的局限，可使学生在涉及多变量的真实任务中锻炼问题提出、方案调整、结论论证等综合探究能力。在科学态度与责任培育层面，教师融入清洁能源、低碳发展等跨领域议题，将价值引领嵌入实践全过程，可引导学生感知科技的社会价值，树立绿色发展理念，进而形成对科学、技术、社会、环境关系的理性认知。

跨学科实践依托生活化、社会化主题作为学习载体，教师整合物理原理、工程技术、生态理念、劳动技能等多学科内容，将日常生活降温需求、低碳发展等相关现实议题转化为可落地的实践任务。教师通过创设教学情境与全程引导，使学生得以清晰感知物理知识的应用价值，厘清科技创新与社会发展之间的内在联系，持续提升多学科知识综合应用能力与社会责任感，以契合新时代基础教育培育创新型人才的核心育人诉求。

2 教学策略

真实情境是跨学科教学的核心载体，也是区别于传统课堂教学的关键特征。课标提出，跨学科主题的情境素材很丰富，与日常生活议题、实践操作、社会发展热点等有关的素材均可选择^[1]38。这就要求教师结合跨学科学习主题，挖掘兼具生活贴合度与时代关联性的真实素材，搭建承载多学科要素的沉浸式教学场景，以明确的问题导向锚定实践任务，保障跨学科实践的育人价值与应用价值。

在“自制太阳能风扇” 跨学科教学活动中，教师首先呈现夏季用电高峰新闻报道、居民夏季用电能耗数据等具象化生活素材，指导学生借助公开数据平台检索本地近年夏季用电峰值信息，运用电子表格软件统计家中台式风扇、空调等设备的日均耗电量，生成可视化的柱状图和折线图，直观对比不同降温方式的能耗差异，以此锻炼学生数据收集、整理与可视化表达的信息处理能力。随后，教师引导学生回顾日常使用与清洁降温电器的劳动体验，整理出家用风扇的使用场景、操作步骤与常见故障，立足真实劳动生活需求确立实践主题，使学生体会作品制作的现实应用价值。在此基础上，教师结合“双碳”发展政策组织课堂研讨，提出 “能否依托清洁能源满足日常降温需求”“太阳能向风能转化需要哪些技术路径”“如何用简单材料做到太阳能风扇稳定运转”等问题，引导学生逐步聚焦主要目标，最终确定“制作一台可稳定运转的简易太阳能风扇”的实践任务。在这一环节，教师依托能耗数据的数字化分析与劳动生活需求创设真实情境，有序开展需求分析，不仅能够增强学生课堂参与感、引发情感共鸣，有效贯穿和驱动后续的学习，还有助于培育学生节约资源、保护环境的意识。

第一，确定研究方法，培养系统思维。在明确太阳能风扇的制作需求后，教师设计并发放调研任务单，明确光电转化原理、小型电机驱动条件、简易电路搭建方法、清洁能源装置案例四大调研方向，组织学生依托教材文本、科普文献与科创视频开展小组合作调研。在调研过程中，教师重点指导学生在数字科普平台查阅权威资料，运用在线思维导图工具分类梳理调研成果，将零散的原理知识点转化为结构化的知识图谱。同时，要求学生梳理电风扇装置从设计到成品的通用工序，了解常见切割、黏接、组装工具的功能与适用场景，建立对制作流程的初步认知，为后续劳动实践做好铺垫。

第二，构思设计方案，发展创造思维。工程设计的可视化呈现是跨学科工程实践的重要环节，也是学生创新思维、建模思维落地的关键载体。在这一环节，教师设计了以下三个任务活动。活动一：太阳能风扇电路原理探究。教师首先展示太阳能小风扇成品装置，引导学生结合光电转化原理与电路相关知识，系统分析太阳能风扇的整体构造及各部件的核心功能。经由师生共同梳理归纳，一套完整的太阳能风扇装置主要由能量采集模块、动力驱动模块、结构支撑模块与电路连接模块构成，对应配备太阳能电池板、电机扇叶、木质支架与连接导线等核心器材。活动二：太阳能风扇的图纸设计。教师讲解简易二维绘图工具的基础使用方法，指导学生用数字化绘图软件画出装置的平面设计图，精准标注出每个部件的尺寸参数、安装位置与连接方式，利用软件自带的对齐、测量功能提高设计精准度，让学生体会数字化设计对比手绘在效率和精度上的优势。活动三：太阳能风扇的制作工艺。立足劳动加工视角，教师引导学生在设计方案中规划出完整制作步骤，厘清各环节操作要点、所需工具及对应的质量要求，同时结合不同材料的加工特点，设计结构连接方式。例如，针对木质材料提前规划黏接拼接方案，为电路部件预留出放置导线的槽位，保障设计方案具备可实施性。通过一系列活动，学生能掌握工程方案的基本设计方法，建立结构与功能相匹配的设计思维，学会将抽象的科学原理转变成具体的可视化设计方案。

第一，确定材料，培养决策思维。工程选材是方案落地的关键环节，直接影响成品的运行效果与实用价值，合理利用信息工具能有效提高选材的科学性和精准度。在这一环节，教师先抛出问题:“制作一台可稳定运转的太阳能风扇，选择材料需要同时满足功能适配、可以加工、控制成本等多个要求，如何选出最佳的材料？” 学生围绕前期梳理好的装置结构与原理知识，以小组为单位进行材料选择与方案论证。在这个过程中，教师主要引导学生通过正规电商平台、建材科普网站查找各类材料的规格参数、市场价格和用户评价，利用电子表格软件搭建选材对比模型，从物理参数、加工难度、采购成本三个维度赋值打分，通过量化计算选出最优材料方案，以此锻炼学生的数据化决策能力。如此一来，学生在教师的引导下完成选材论证工作，不仅能够掌握工程选材的基本逻辑，还可在参数比对、综合权衡、方案论证的过程中增强工程决策能力与理性思维，真正转变为实践探究的主体。

第二，小组制作，锻炼实践能力。在确定装置设计图与制作材料后，各小组正式开展实物制作工作。制作开始前，教师先强调安全操作规范，再分发防护手套与护目镜。随后，各小组组长领取电路板、传感器及连接线等核心材料，按照设计图逐步完成组装。作品制作阶段，教师要求学生在开展每一步操作前对照设计图纸与实物构件，确认连接无误后方可通电测试。若遭遇接线、焊接故障，学生应优先自主开展故障排查，必要时再寻求教师协助。教师全程巡回指导，针对学生实操中出现的各类问题，逐一现场示范与纠正，并适时抛出问题，启发学生剖析故障成因。例如，当太阳能风扇出现齿轮咬合松散、传动卡顿等现象时，教师引导学生检查齿轮型号是否匹配、安装角度是否准确，鼓励学生通过微调轴距或更换齿轮提高传动效率。上述劳动实践不仅能够使学生深化对电路原理、机械传动、结构力学等知识的理解，熟练掌握螺丝刀、电烙铁等工具的操作方法，也能够推动物理学科教学与劳动教育实现深度融合。

装置功能测试与迭代优化是工程实践活动的核心环节，是检验设计合理性、排查制作缺陷、落实学以致用的关键步骤。为实现产品功能最大化、结构最优化，教师结合太阳能风扇的功能特点，引导学生从运转效果、传动稳定性、采光适配性、装置耐用性四个维度，共同制定太阳能风扇验收测试标准与等级评价体系(表1)。

结合测试数据与物理原理，教师引导各小组针对性开展讨论，分析装置运行中暴露出的问题，并共同探讨优化方案。例如，针对太阳能风扇转速不足的情况，教师引导学生从光照强度、电机功率、扇叶角度等维度展开分析，结合物理教材中能量转化效率与影响功率因素的相关知识，提出调整太阳能板朝向、更换高扭矩电机或优化扇叶倾角等改进措施。优化完成后，学生再次开展对照测试，对比改进前后的转速、稳定性与采光适配效果，量化优化成效，形成完整的测试、分析、改进、再测试的工程迭代优化流程。

成品展示环节，各小组依次面向全班展示作品，围绕原理探究、材料选择、小组分工、问题解决、优化效果及外观等方面阐述模型制作过程。小组汇报结束后，其余组员针对展示内容提出质询，由汇报小组予以回应解答。同时，为保障评价的科学性、全面性与公正性，教师结合物理、劳动、信息科技三门学科素养，制定细化评价表(表2), 全程量化打分、综合评定。评价环节结束后，教师结合各组评分结果、作品特色与共性问题进行总结点评，肯定学生在原理探究、智能选材、创新优化、团队协作等方面取得的成果，针对性回应实践过程中的共性难题，并引导学生梳理项目开展全过程的收获与存在的不足。

3  结语

课标背景下的初中物理跨学科教学，是基础教育课程改革的必然趋势，也是培育学生核心素养、落实全面育人目标的重要路径。跨学科教学突破了传统物理单一学科的教学局限，推动物理知识与其他学科的有机融合，促使学生在真实的实践活动中深化知识理解、锤炼实践能力、塑造科学品格。未来初中物理跨学科教学的开展，应当立足课标要求，持续挖掘跨学科教学的育人价值，推动跨学科实践常态化走进课堂、赋能学生发展，为培养兼具科学思维、实践能力与创新素养的新时代青少年提供有力支撑。

参考文献

[1] 教育部.义务教育物理课程标准(2022年版)[M]. 北京：北京师范大学出版社，2022.

[2] 荆鹏，侯恕.初中物理跨学科实践教学的内涵、价值与路径[J]. 物理教师，2022,43(10):32‑36. 

[3] 唐洁，莫洪全，王太军，等.物理跨学科实践教学设计与实施：以 “制作简易杆秤” 为例[J]. 物理教学探讨，2025,43(7):93‑96.