李俊秀 王儷運 湯金波

“跨學科實踐”是《義務教育物理課程標準（2022年版）》（以下簡稱“課標”）提出的義務教育物理課程內(nèi)容五個一級主題之一。該主題涉及物理學與日常生活、工程實踐和社會發(fā)展三個二級主題。筆者基于云南風土人情，以民族音樂《琵琶行》為線索，創(chuàng)設情境開展跨學科教學，帶領學生唱民歌、譜民歌、奏民歌、制作民族樂器，促進物理與語文、音樂、信息科技等學科的融合。學生在跨學科學習過程中應用多學科知識解釋生活現(xiàn)象，有利于樹立正確價值觀、健全品格、提升能力，傳承中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化。

一、開展《琵琶行》跨學科教學可一舉多得

云南是中國民族種類最多的省份，世居少數(shù)民族有25個，其民歌蘊含著濃厚的民族風情，具有鮮明的民族特色。云南少數(shù)民族被贊譽為“會說話就會唱歌、會走路就會跳舞”。然而，云南民歌在當今中學生中傳唱度并不高。筆者嘗試在云南民族音樂視角下開展《琵琶行》跨學科教學，為傳承云南民族文化出份力。筆者圍繞課標要求的“物理觀念、科學思維、科學探究、科學態(tài)度與責任”四方面素養(yǎng)目標，聚焦云南具有代表性的民歌和民族樂器來設計關鍵問題，讓學生在解決問題的過程中了解“運動和相互作用”主題下的“機械運動和力”和“聲和光”對日常生活、社會發(fā)展的影響，并開展民族樂器制作和改進活動，初步體驗物理與工程技術的跨學科實踐（見表1）。立足物理學科，筆者引導學生在項目活動中回歸生活、融入社會，不僅能使其學習工程技術、信息技術，而且能提高文學和藝術素養(yǎng)。

二、多維度融合實踐促進學生能力與素養(yǎng)提升

（一）物理與日常生活融合，情境再現(xiàn)，現(xiàn)場演繹《琵琶行》

愛因斯坦說，興趣是最好的老師。處于青春期的學生喜歡自彈自唱，筆者基于此創(chuàng)設情境，引導他們以物理視角認識“運動和相互作用”，使其了解身邊的運動形式，理解聲、光、力、運動的含義，初步形成“運動和相互作用”相關觀念。

情境一 ：合作演繹物理視角下的《琵琶行》。

全班學生聲情并茂地齊誦《琵琶行》，其中兩人上臺飾演“夜送客”。使用教學一體機配音：潯陽江頭夜送客，楓葉荻花秋瑟瑟。主人下馬客在船，舉酒欲飲無管弦。醉不成歡慘將別，別時茫茫江浸月。忽聞水上琵琶聲……此時琵琶聲響起。

甲學生用吉他彈唱《琵琶行》，和著節(jié)拍從教室最后一排走向講臺，并講解從教室后排走到臺上過程中的物理知識：以其他學生為參照物，甲是運動的；以吉他為參照物，甲是靜止的。甲撥動琴弦，吉他發(fā)聲，這說明聲音是因物體振動而產(chǎn)生的。吉他聲由空氣傳到耳朵里，大家就聽到了聲音。其他學生看到甲走上臺，說明有反射光進入他們的眼睛。甲用力撥動吉他弦，手感到疼痛，說明力的作用是相互的。一個小小的場景涉及初中物理的運動學、力學、聲學、光學等相關知識，說明物理來源于生活。

情境二：乙同學飾演琵琶女，“猶抱琵琶半遮面”，“轉軸撥弦三兩聲”。

筆者不斷挖掘初中物理課程資源，引領學生“另眼看物理”。選取的素材通俗且富有趣味性和民族性，為抽象的物理平添了別樣的味道。

乙同學抱著琵琶從大屏后面走出，作“猶抱琵琶半遮面”狀。半遮面的原因是琵琶是不透明物體，而光在同種均勻介質(zhì)中是沿直線傳播的，所以其他人看不到乙同學的臉。“轉軸撥弦三兩聲”，琵琶弦由于振動發(fā)出聲音。撥動了三兩下，發(fā)出三兩聲，這說明振動停止發(fā)聲也停止。

情境三：琵琶彈奏“大弦嘈嘈如急雨，小弦切切如私語。嘈嘈切切錯雜彈，大珠小珠落玉盤”，小組合作交流討論其物理含義。

筆者用大屏展示彈奏細節(jié)，讓學生分組交流討論各場景中的物理現(xiàn)象。在臺上領學，一起分析其中的物理原理，以實際行動傳承中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化，回味古詩詞的旋律，感受發(fā)聲體的大小、粗細、松緊的改變對音調(diào)的影響。

（二）物理與工程技術跨學科融合，異器同奏，解析物理視角下的《琵琶行》

筆者將《琵琶行》中的經(jīng)典名句譜成云南民歌，并讓學生用不同樂器演奏。五名學生用自制的笛子、鼓、三弦、排簫、二胡在臺上演奏自譜版《琵琶行》，與此同時其他學生在臺下用豎笛合奏（掃碼看視頻）。臺上的學生逐一展示、試奏、解釋自制樂器的發(fā)聲原理及蘊含的物理知識。臺下的學生觀看表演并從物理視角感受民族樂器、民族音樂的魅力。

1.展示自制樂器笛子

丙同學現(xiàn)場吹奏自制笛子，發(fā)現(xiàn)響度變化并不明顯——盡管用很大的力吹笛子，響度依然很小。筆者讓學生將市面上的笛子與學生自制笛子進行對比。他們發(fā)現(xiàn)市面上的笛子有笛膜，還有一個孔，決定對自制笛子進行改進。笛子的發(fā)聲原理：笛子是靠吹奏者呼出的氣流與吹孔的邊棱碰撞而發(fā)出聲音的，具體來說就是演奏者通過風門將氣流呼出，呼出的氣流撞擊吹孔前沿壁，被邊棱分成向內(nèi)、向外二股氣流。氣流50%進入笛內(nèi)，另外50%在笛外，這樣笛子就會發(fā)出“基音”。演奏者呼出氣流的粗細、快慢，以及氣流與笛子吹孔的角度，直接影響笛腔內(nèi)空氣柱長短粗細的變化，造成竹笛音調(diào)發(fā)生變化。

2.展示自制樂器燈罩鼓

丁同學手持自制燈罩（模擬鼓）進行解說并演奏。學生發(fā)現(xiàn)敲擊鼓面和鼓邊發(fā)出聲音的音調(diào)不同。筆者示范敲擊非洲鼓與學生自制鼓。學生發(fā)現(xiàn)非洲鼓發(fā)出咚噠咚噠、咚咚噠的聲音，鼓面音調(diào)低，鼓邊音調(diào)高，這與鼓振動頻率有關。鼓的發(fā)音原理是擊打張緊的皮膜使之發(fā)生逐漸衰減的振動，振動頻率與皮膜的張緊度有關，還與皮膜面積有關，其頻率在40～300 Hz。

3.展示自制樂器三弦

戊同學手持自制三弦。同時，筆者展示市面上的三弦，并讓學生思考如何改進自制的三弦。學生對比后發(fā)現(xiàn)，自制三弦松緊不可調(diào)、三根弦粗細相同、沒有音筒而是用一個簡單的水桶蓋代替。要改進自制三弦，可以在材質(zhì)、弦的粗細松緊方面下功夫。三弦的發(fā)聲原理是演奏者撥動琴弦，使得琴弦振動通過琴碼傳遞到蟒皮，造成聲波在兩面蟒皮和琴鼓間來回振動。

4.展示自制樂器排簫

己同學現(xiàn)場吹奏排簫，并講解其發(fā)聲原理：排簫靠氣流與吹孔邊緣摩擦，造成空氣振動而發(fā)出聲音，聲音高低取決于空氣柱長短。在演奏排簫的時候，氣流會從吹口上方飄過，從而撞擊到簫管的內(nèi)壁，繼而發(fā)生振動，便產(chǎn)生聲音。

5.展示自制樂器二胡

庚同學簡介自制的二胡，“它主要由塑料瓶子、衣架、塑料管子和筷子及尼龍繩自制而成”。顧名思義二胡就是因為它有兩根弦而得名。學生發(fā)現(xiàn)，自制的二胡演奏起來聲音很小，音調(diào)變化也不大。學生對比市面上的二胡后，發(fā)現(xiàn)原因在于弦的材質(zhì)及二胡的音筒比較粗糙。如果增加薄膜來代替蟒皮，將二胡的弦換成粗細不同的鐵絲，演奏效果會更好。由于二胡依賴手推動弓毛摩擦琴弦，傳達琴弦的振動，再由蟒皮推動紙盤音節(jié)發(fā)出聲音，故蟒皮的厚薄、松緊起重要作用。

筆者讓學生制作并展示樂器，體會實踐是檢驗真理的唯一標準，培養(yǎng)其信息提取與處理的能力。在所獲取的有用信息之間，建立符合學科邏輯的關聯(lián)，讓學生感受自制樂器帶來的成就感，增強從物理和民族音樂學的視角認識周圍事物的意識，初步嘗試物理與工程技術跨學科融合。

（三）物理與社會發(fā)展融合，走近民族樂器視角下的《琵琶行》

筆者帶領學生用云南的民族樂器葫蘆絲、巴烏演繹自譜版《琵琶行》中的名句。筆者先播放老藝術家演奏的視頻，讓全班學生合著節(jié)拍一起演唱：千呼萬喚始出來，猶抱琵琶半遮面……嘈嘈切切錯雜彈，大珠小珠落玉盤……接著，筆者現(xiàn)場利用葫蘆絲、巴烏分別吹奏一段小曲，并讓學生上臺體驗。筆者示范演奏，讓學生體會到云南民族樂器簡單易學，并將葫蘆絲、巴烏拆開讓學生觀察，引導他們發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。

筆者分別用葫蘆絲和巴烏演奏同一曲子，讓學生從物理視角解釋其發(fā)聲原理。學生查閱資料并現(xiàn)場對比后發(fā)現(xiàn)，巴烏和葫蘆絲的主管相同，不同之處在于葫蘆絲比巴烏多了一個大葫蘆和兩根副管。用葫蘆絲演奏，給人一種飄逸的感覺，而巴烏之音則較為渾厚。大的、低音的葫蘆絲和巴烏相比，兩者音色比較接近，尤其是在低音區(qū)域。由于巴烏沒有高音附管和低音附管，因此不能用于演奏和聲。巴烏主要流行于彝族、哈尼族、傣族、佤族、布朗族、苗族等民族之中，哈尼族稱各比，彝族稱比魯或烏勒，侗族稱拜等。巴烏常用于獨奏，也可以為歌曲或說唱伴奏。傳統(tǒng)優(yōu)美的音色源自制作上的世代傳承、發(fā)展創(chuàng)新、探索研究，現(xiàn)今已摸索出用竹片作為標尺做出不同調(diào)子的葫蘆絲。按照這樣的標尺制作出的葫蘆絲音色和調(diào)子，音色具有輕、飄、柔的特點。

中學是學生價值觀念養(yǎng)成的關鍵時期。教師引領學生學習民族樂器葫蘆絲、巴烏的制作與演奏方法，對他們認同、珍視和傳承民族文化有積極意義。筆者讓學生結合初中物理中“聲音的世界”的相關知識，演奏民族音樂，對民族樂器葫蘆絲與巴烏進行比較，進而感受、分析兩種樂器的發(fā)聲原理。課標指出：遵循初中學生身心發(fā)展規(guī)律，貼近學生生活，關注學生成長點，以具體事實、鮮活案例、生活經(jīng)驗和基本概念等引導學生，有利于學生理性思考。這樣，學生對物體發(fā)聲原理知其然，也知其所以然。

（四）物理與信息科技跨學科融合，復活古畫中的《琵琶行》

筆者帶領學生利用多媒體技術復活《琵琶行》中的古畫面，讓學生走進古畫意境，理解《琵琶行》。筆者借助動漫視頻，展示古畫復活的細節(jié)，每句詩文對應一幅古畫，讓學生身臨其境去感受。學生觀看動漫視頻，探究古畫中的物理學知識，嘗試用思維導圖繪制初中物理知識網(wǎng)絡。筆者播放有文本意境的動漫，引導學生揭示其中的物理奧秘。學生分組交流合作，并利用大屏書寫、勾畫并現(xiàn)場總結、匯報。學生學習了聲、光、力等知識，以及古代詩歌和民族音樂，不僅鞏固了初中物理知識，而且對云南民族音樂、民族樂器有了更多了解。學生意識到應該繼承和發(fā)揚民族音樂，不應該將它們遺留在歷史的長河里。

筆者點評：演奏好云南的民族樂器二胡、三弦難度較大，但是制作和改進二胡和三弦并理解其發(fā)聲原理大家做到了。本人學習吹奏葫蘆絲、巴烏也是從零基礎開始的，僅僅用一個假期就從“音樂小白”成為吹奏小曲的樂手，相信同學們也一定能學會吹奏，并深入了解云南民族樂器。從“古詩中來”到“古畫中去”，再到“動漫世界中去”，如此引導就是為了實現(xiàn)古代文化與現(xiàn)代藝術交融，讓同學們感受中國傳統(tǒng)文化的博大精深。

作業(yè)（任選一項）：①從初中物理中選擇一個主題，改編成云南民歌，并錄制視頻上傳平臺。②嘗試制作一件云南民族樂器，并記錄制作過程。③部分同學口述各樂器發(fā)聲原理。

課程升級：布置不同類型作業(yè)。后續(xù)，筆者利用個人視頻號、公眾號、抖音號等自媒體，展示學生作品并轉發(fā)到學生家長群。筆者開展跨學科教學的宗旨就是：堅持核心素養(yǎng)導向，通過正向評價引導學生科學發(fā)展，關注學生個體差異，幫助學生建立信心，激發(fā)學生學習興趣和“內(nèi)驅(qū)力”，充分發(fā)揮評價的育人功能。

三、寓教于樂，以文化人，事半功倍

在上述案例中，教師采用多種方式教學，合理運用信息技術，注重時代性，加強與生產(chǎn)生活、社會發(fā)展及科技進步的聯(lián)系，凸顯我國科技成就，引導學生增強文化自信，樹立科技強國的遠大理想。教學中，教師注重科學探究，堅持問題導向，創(chuàng)設真實問題情境，引導學生不斷探索，提高分析問題、解決問題的本領和科學思維能力，發(fā)展核心素養(yǎng)。學生利用不同的自制樂器演繹了自譜曲《琵琶行》，分組用云南民歌的方式演唱《琵琶行》，扮演白居易、琵琶女、小老師等角色，充分展示自我，增強了自信心。學生用自己的方式詮釋了初中物理視覺下的經(jīng)典長詩《琵琶行》，借此復習初中物理相關知識。在教師的引導下，學生學會從物理和民歌視角認識周圍事物；嘗試綜合運用多學科知識解釋生活現(xiàn)象；培養(yǎng)家國情懷，體會到中華文化博大精深，奏響民族團結強音。

注：本文系昆明市教育科學研究“十四五”規(guī)劃第一批課題“‘雙減政策下初中物理分層設計實踐研究”（編號：JY2021040）的階段性研究成果。

（作者李俊秀、王儷運系云南省安寧市昆鋼實驗學校教師；湯金波系南京師范大學附屬中學樹人學校特級教師）

責任編輯：祝元志