基于核心素养的初中物理跨学科实践教学路径探究

核心素养导向的初中物理教学强调培养学生综合运用多学科知识解决实际问题的能力。跨学科实践作为联结学科知识与现实情境的桥梁，有助于打破知识碎片化壁垒，提升学生的创新思维与实践能力。“密度秤制作”作为典型的物理实践项目，融合力学、数学建模、工程设计等多学科知识，是开展跨学科教学的理想载体。 ot≡ 文以此课例为切入点，探索初中物理跨学科实践的具体教学路径。

1. 情境驱动：用真实任务激发多学科联动

教师创设“如何帮助学校实践基地选豌豆种”的真实情境，引导学生思考：需配置合适密度的盐水进行筛选（干瘪种子漂浮，饱满种子沉底）。教师展示 配置好的盐水并提问：如何确定盐水密度是否合适？如何测量？学生提出使用密度计。教师追问密度计 及刻度特点 生分析： 基于漂浮原理，ρ液与V 排成反比，结合函数图像可知刻度具有上疏下密的特点。教师演示高精度电子液体密度计（原理： ∇ρ_∗=（m₁⋅m₂）/V） ，学生操作体验其自动调零、自动计算等功能，感受现代技术的优势。通过对两种装置的原理分析及使用，启发学生思考并设计处更多测量液体密度的方案。

2. 项目分层：多样任务促进合作与差异发展

将学生分为六组，为每组提供三种液体：酒精 （0.8g/cm³ ）、水 （1.0g/cm³） ）、盐水 （1.2g/cm³） ）。提供三种器材供选择（每种由两组使用，规格略有差异，为后续对比做铺垫）：

器材A： 弹簧测力计、空小桶（容积不同）、胶头滴管、记号笔器材B： 弹簧测力计、装沙玻璃瓶（体积不同）、记号笔器计C

器材C： 电子秤、长柱形容器（粗细不同）、胶头滴管、刻度尺、记号笔

任务：各小组独立将所选器材改装成密度秤。组内分工（方案设计、数据计算、器材操作、报告撰写等），确保全员参与。设置分层任务满足差异需求：基础层聚焦密度秤构建，理解物理概念；进阶层分析测量结果与变量关系，强化建模与推理；拓展层鼓励自主改进装置。分层设计既能保障基础，又能促进拔尖，激发全体学生的探究热情，使学生在协作中共同进步。

3. 展示交流：发现差异，深化思考与创新各小组代表上讲台展示成果，对比分析：

器材A（等体积法）：

制作：用弹簧测力计测小桶重力为G 桶，在G O_∗U 用记号笔标 ^∗0^∗ 刻度；桶内依次加等体积的各类液体，在相应拉力 F 拉处标各液体的密度值 ℘_R. 。

对比：两组改装的密度秤刻度均呈现上小下大，分布均匀的特征，相邻刻度线的间距以及量程、分度值有所不同。

分析：各小组将数据导入电子表格生成 F_i：i. -ρ液图像近似直线。由受力平衡可得： F_ii=G_ii+G_re=ρΛ_iigV_ii +G 桶，得出 为一次函数关系，故刻度均匀。

发现：两组同学所得图像的斜率不同。结合推导过程可知： V_∗ 越大，斜率越大，刻度间距越大（灵敏度越高）。

思考：如何增大量程？答：所选弹簧测力计的最大值是定值，若ρ液越大可适当减小 $＼mathrm { ～ V ～ } _ { ＼ast } ＼flat ＼hat { ＼Chi } ＼mathrm { ～ G ～ } _ { ＼ast ＼ast } ，$ 。

器材B（浸没法）：

制作：用弹簧测力计测装沙子的密封玻璃瓶重力为G ，在G 瓶处用记号笔标 ^∗0^∗ 刻度；将玻璃瓶分别浸没各液体，在相应拉力F 拉处标各液体的密度值 ρ_Ω;ε 。

对比：两组改装的密度秤刻度均呈现上大下小，分布均匀的特征，相邻刻度线的间距以及量程、分度值有所不同。

分析：将数据导入电子表格生成 F_ℓ^-ρ 图像近似直线。根据浮力公式和阿基米德原理进一步推导： F_i2=G-F = G-ρ _dV_#，g ，F 与ρ 为一次函数关系，故刻度均匀。

发现：两组同学所得图像的斜率不同。结合推导过程可知： V_∗ （瓶体积）越大，斜率的绝对值越大，刻度间距越大（灵敏度越高）。

思考：如何增大量程？答：玻璃瓶能浸没的前提瓶子的密度大于等于液体密度，所以最大测量值为瓶子整体的密度，可以适当增大G （瓶内装更多沙子）或减小 ΔV_Δψ （用更小体积的玻璃瓶）来实现。

器材C（等质量法）：

制作：将容器放置在电子秤上并调零；依次倒入等质量的各类液体，在容器外侧相应的液面高度 h 处标出各液体的密度值 ρ_∗ 。

对比：两组改装的密度秤刻度均呈现上小下大，分布不均匀的特征，相邻刻度线的间距以及量程有所不同。分析：将数据导入电子表格生成 h-ρ液图像近似为曲线。进一步推导： p_n=m_n/v_n=m_n/sh ，h 与ρ液成反比，故刻度不均匀。

发现：对密度为 p₁ 、ρ2 的液体有：h1=m 液/sρ1，h2=m 液/sρ2，h1-h2=（1/ρ1-1/ρ2）m 液/s，若 m 液越大、S（横截面积）越小，则有h1-h2 的值越大，即密度秤越灵敏。

4. 评价多元：关注过程表现与素养发展

跨学科教学评价需兼顾过程与结果。建立涵盖知识掌握、能力发展、态度行为的多元评价体系，结合自评、互评与教师观察，全面评估学生在设计、实施、交流等环节的表现。例如，通过密度秤刻度分析、量程设计及误差讨论，观察其科学思维与工程视角。多元评价有助于及时发现问题、激励进步，促进核心素养在真实任务中落地。

5. 跨学科融合：联结物理与数学、工程、技术

物理与数学： 物理规律的定量表达依赖数学工具。学生运用一次函数（器材 A、B）或反比例函数（器材C）建模，通过图像直观分析变量关系（ h- ρ_∗） ，深化概念理解，训练图像分析能力。将实际问题抽象为数学模型并通过数据验证规律，提升了数理综合分析能力。

物理与工程： 工程设计思维贯穿始终。学生需根据任务选择合适的工具和材料，制定可行方案，并在不同组别的对比中（如器材规格差异）主动权衡测量范围、精度等因素进行优化。在反复试验与调整中体会工程设计的实用性与创造性，提升面对实际问题的设计改进能力。

物理与技术： 现代技术（电子秤、高精度密度计）的应用拓展了传统实验边界。学生体验自动调零、自动计算、数显读数等功能，感受技术优势。数据处理中，除手工记录绘图外，运用电子表格自动生成图像进行数据拟合与对比分析，提升了效率与精度。技术工具的使用增强了实验效果，加深了学生对现代测量技术、误差控制及数据可视化的理解。

结语

该实践促使学生科学思维从“单一推理”向“系统分析”进阶：学生需综合考量“物理原理→数学表达→工程实现→技术优化”的完整链条。例如，推导F 拉-ρ液关系需结合力学平衡与函数思想；优化量程需权衡弹簧弹性限度、容器容积、密度范围；分析刻度均匀性需判断物理量间是否线性相关。这种训练打破了学科割裂，能够培养学生从系统视角分析解决问题的能力。以“密度秤制作”为载体的初中物理跨学科实践教学，通过物理与数学、工程、技术的深度融合，构建了“情境驱动—项目分层—展示交流—评价多元”的教学路径，有效促进了学生科学思维、实践能力与合作意识的协同发展。

参考文献

[1] 中华人民共和国教育部.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，2022：33-38.

[2] 杨润，赵子烟，张聪.基于 STEM 理念的初中物理跨学科实践活动——以“自制简易密度计”为例.物理之友[J].2024，（07）：55-57