【初中物理论文】指向工程思维培养的初中物理跨学科实践研究 —— 以 ＂自制太阳能风力小船＂ 教学为例

摘要：以工程思维培养为目标，以 "自制太阳能风力小船" 教学为例，让学生经历必要的科学探究过程，体验 "做中学、用中学、创中学" 的学习方式。培养学生创造性思维、决策思维、系统思维等工程思维，形成工程观念，建立像科学家一样思考、像工程师一样实践的学习方式。

关键词：工程思维跨学科实践太阳能风力小船

太阳能风力小船&学生操控太阳能风力小船

2025 年 10 月教育部等七部门《关于加强中小学科技教育的意见》（以下简称《意见》）提出加强中小学科技教育是服务国家创新驱动发展战略、培养未来科技创新人才的重要路径。《意见》倡导构建协同贯通的育人体系，在不同学段均要注重科学兴趣的培养。《意见》提出需要变革教学方式，始终坚持以学生为中心，注重分学科教学与跨学科教学之间的有机融合，引导学生主动学习、交流研讨、动手实验、实践探究，综合运用多学科知识和技能解决问题。

《义务教育物理课程标准（2022 年版）》增加了"跨学科实践" 一级主题，通过跨学科实践培养学生跨学科知识的运用能力、动手操作能力，能够形成解决真实问题的关键能力和核心素养。

本文阐明指向工程思维培养的初中物理跨学科实践研究的核心是 "设计性" 和"实践性"。"设计性" 是采用多学科原理解决实际问题的高阶思维；而 "实践性" 则是工程思维的核心特征，它强调理论与实践相结合，它是工程思维与跨学科实践共同的特征。立足初中物理知识，以解决实际工程问题为导向的跨学科实践教学应该匹配多学科的思维方式，突破固有问题视角，培养学生高阶的、综合的工程思维，形成物理观念，从而提升核心素养。

因此，提出以 "真实问题" 为起点，从确定主题、分解驱动任务（前置性、探究性、实践性任务）、落实项目设计、科学探究、动手实践、评价交流等环节开展教学，可达成学生物理学科核心素养提升的目标，具体教学设计流程如图1 所示。

1 以素养为导向，以情境为主题，预设学习目标

初中物理跨学科实践活动以生活情境中的真实问题为起点，以学科核心素养为育人价值的最终目标，确定融合多学科知识的实践主题。笔者通过 "自制太阳能风力小船" 的工程实践项目的实施，希望学生能够达到如表1 所示的工程教育目标。2 以任务为设计形式，驱动工程思维进阶

在跨学科实践学习中提出有意义、有挑战的任务；基于学生的能力构建以解决核心问题为中心的跨学科项目链；围绕教学目标将问题任务转化为学生的学习任务，引导学生在真实情境中进行跨学科实践学习；同时基于 "评价即学习" 的设计理念，将评价融入教学过程，有助于帮助学生对学科知识的深度理解和对工程思维的有效培养，从而促进了学生学科核心素养的进阶，有效发挥跨学科实践课程的协同育人功能 [3]。

工程思维的本质是在多种条件下寻求最优解决方案的系统性思维方式。它涵盖了从结构分析、跨学科整合到可行性的完整思考链条。在 "自制太阳能风力小船" 项目中，我们通过精心设计的三阶段任务：前置性任务、探究性任务与实践性任务，构建了一条引导学生工程思维从萌芽到进阶的清晰路径。这些任务引导学生在解决真实问题的过程中，像工程师一样思考、决策与创造，如图2 所示。

2.1 前置性任务—— 以驱动性问题，激发学习兴趣

前置任务的核心在于将学生引入真实的问题情境，激发其设计灵感与规划意识。在此阶段，学生需要面对 "如何设计一艘能稳定航行的太阳能风力小船？" 这一核心挑战，并围绕几个关键子问题展开小研讨，例如船体材料的选择依据、替代光源的配置方案以及光照效果的优化方式。这一过程促使学生调动已有知识，进行初步的可行性分析与决策。围绕任务难点，展开小组研讨：

① 你想选择哪种材料制作船体？说说你的理由；② 在没有阳光的情况下，你想为太阳能电池板配置哪一种光源？③ 用何种方式照射的效果更好？

根据项目要求，绘制设计图纸：设计并绘制一张太阳能风力小船的图纸，尝试与同学交流你设计思路（见图 3）。

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