多學(xué)科交叉在高中物理教學(xué)中的作用

陳和英

摘要：不同學(xué)科之間的交叉、滲透與融合使世界科技有了重大突破。本文結(jié)合高中教學(xué)，舉例說明地理、數(shù)學(xué)、生物、化學(xué)這四門學(xué)科在物理教學(xué)中的滲透，不僅對學(xué)生的學(xué)習(xí)有促進(jìn)作用，同時也提高了教師的能力。

關(guān)鍵詞：學(xué)科交叉；物理；教學(xué)

中圖分類號：G633.7

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1003-6148（2014）5（S）-0019-2

當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展越來越依賴于不同學(xué)科之間的交叉、滲透與融合，世界許多重大科技的突破都是從多學(xué)科的角度。運用多種知識、理論和方法才得以解決的。特別是物理作為一門重要的基礎(chǔ)學(xué)科。在科技發(fā)展的過程中。一直起著先導(dǎo)作用。從18世紀(jì)中葉，物理學(xué)就與化學(xué)學(xué)科融合形成物理化學(xué)這門交叉學(xué)科。這是第一個具有現(xiàn)代意義的、系統(tǒng)而完備的邊緣性交叉學(xué)科，在跨學(xué)科發(fā)展史上占有重要地位。從20世紀(jì)物理學(xué)的發(fā)展來看：物理學(xué)與其他學(xué)科的交叉和結(jié)合已產(chǎn)生了許多新的、富有極強(qiáng)生命力的邊緣科學(xué)，成為很有發(fā)展前景的科學(xué)前沿。

高中的教學(xué)也在順應(yīng)著這種學(xué)科間的交叉融合。雖然在高中階段仍然分為物理、數(shù)學(xué)、化學(xué)、生物、地理等課程，但是已進(jìn)行嘗試性的融合，比如，理綜知識的考查。在高中注重學(xué)科之間的交叉不僅有利于中學(xué)生對科學(xué)世界的整體認(rèn)識和全面理解，建立正確的科學(xué)觀與世界觀。而且加強(qiáng)了學(xué)科之間的聯(lián)系，對學(xué)生的知識遷移能力有較好訓(xùn)練，也有利于課程教學(xué)的綜合性和多樣性。筆者以高中物理為例，分析各學(xué)科在物理教學(xué)中的滲透與融合，以及物理教學(xué)又是如何與其他學(xué)科相輔相成，從而提高課堂教學(xué)成效的。當(dāng)教師將其他學(xué)科的知識引入課堂中時，學(xué)生往往會有一個思維轉(zhuǎn)換、知識遷移的過程。雖然會占用一些課堂時間。但是對學(xué)生來說不僅接受理解了物理知識，而且對涉及到的其他學(xué)科的知識也進(jìn)行了鞏固與反思。兩者相互促進(jìn)、共同幫助學(xué)生理解知識。本文結(jié)合高中教學(xué)，舉例說明地理、數(shù)學(xué)、生物、化學(xué)這四門學(xué)科在物理教學(xué)中的滲透。

1 地理學(xué)科在物理教學(xué)中的基礎(chǔ)作用

地理是高中階段與物理交叉的地方比較多的學(xué)科，有多個重要的知識點都要配合地理知識進(jìn)行理解。

（1）萬有引力定律中，萬有引力是重力和地球自轉(zhuǎn)的向心力的合力，隨著緯度的增大，重力加速度增加。使學(xué)生建立起地球自西向東自轉(zhuǎn)的立體圖景。并形象地理解自轉(zhuǎn)、公轉(zhuǎn)、角速度相等、線速度不等的物理含義。

（2）學(xué)習(xí)開普勒行星運動三定律，在處理近日點與遠(yuǎn)日點時都可以配合地理教學(xué)中農(nóng)歷的節(jié)氣進(jìn)行講解。并使學(xué)生理解開普勒第二定律“在相等時間內(nèi)。太陽和運動中的行星的連線所掃過的面積都是相等的”。

（3）講解地球磁場的分布情況，涉及到的切割磁感線的電磁感應(yīng)現(xiàn)象和交流電問題，并結(jié)合左手定則和右手定則，確定電流方向或?qū)w運動方向。

（4）學(xué)習(xí)原子結(jié)構(gòu)和原子核時。太陽能量的來源：核聚變反應(yīng)等知識都需要引用地理的知識和概念。

（5）在2012年的金星凌日和日食、月食現(xiàn)象是物理與地理很好的契合點，可以利用特殊的天文現(xiàn)象開設(shè)專題課程，增加學(xué)生學(xué)習(xí)知識的興趣。

2 物理知識將數(shù)學(xué)中的抽象概念具象化

數(shù)學(xué)和物理學(xué)在發(fā)展歷史上一直密不可分。許多數(shù)學(xué)理論是在物理問題的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。很多數(shù)學(xué)方法和工具通常也只在物理學(xué)中找到實際應(yīng)用。

（1）數(shù)學(xué)的計算一直是物理學(xué)習(xí)中不可缺少的運算工具。物理的計算結(jié)果包含了數(shù)值和單位，使數(shù)字有了具體的含義。比如，最新的百米飛人的成績是多少？博爾特創(chuàng)下的9秒58的世界紀(jì)錄。配合自己百米跑的速度，學(xué)生就會對數(shù)字有較深的印象。再如，各單位、數(shù)量級之間的轉(zhuǎn)換也充分體現(xiàn)了數(shù)學(xué)在物理中扮演的重要角色。

（2）數(shù)學(xué)的函數(shù)關(guān)系式和圖表在物理中有廣泛的應(yīng)用。物理學(xué)科中的某些規(guī)律使數(shù)學(xué)的表達(dá)更加生動。比如，表述彈力和形變量的關(guān)系時，學(xué)生對線性關(guān)系的含義有了非常直觀的認(rèn)識：繪制小燈泡的阻值隨溫度升高的曲線圖時，學(xué)生又會對非線性關(guān)系有深刻的理解。

（3）雖然在大學(xué)階段才開始大量運用數(shù)學(xué)物理方法，比如，求解一定邊界條件下的微分方程、矢量分析、張量分析等，但是在高中階段也有所涉及。從高一必修學(xué)習(xí)位移、速度等有方向的物理量時，學(xué)生就開始接觸矢量的概念，將數(shù)學(xué)的術(shù)語具象化。

（4）對于某些邏輯推理的教學(xué)，數(shù)學(xué)上常?；逎y懂，不易理解。但物理就能做到四兩撥千斤，給予形象的事例進(jìn)行說明。比如，講到壓力時，兩粉筆盒之間有接觸是存在壓力的必要條件，但不是充要條件，接觸并有擠壓才是充要條件。學(xué)生通過這個例子對必要條件和充要條件就有很清晰的認(rèn)識。

3 生物與物理的并行發(fā)展

（1）通過公開課，不同學(xué)科老師之間有了更多的交流和理解，也使學(xué)科之間有了融合與滲透。比如。物理中經(jīng)常會用到能量守恒定律。但是作為物理教師對能量守恒的理解也僅限于動能、勢能等各種能之間的轉(zhuǎn)化。在聽了一堂生物公開課后，筆者深刻了解到了生物中的能量守恒。光能被植物吸收，通過一層層營養(yǎng)級利用和分解，最后用數(shù)值證明能量守恒。在筆者看來，生物實驗不僅需要在一個完整的生態(tài)系統(tǒng)中進(jìn)行，而且需要長時間的觀察和統(tǒng)計，跟物理中的實驗相比難度更大。對生物知識了解的同時，佩服之情油然而生。學(xué)生在不同學(xué)科之間都能認(rèn)識到能量守恒，也將體會到能量守恒定律是遵循自然界最普遍、最基本的規(guī)律。

（2）物理光學(xué)中的幾何光學(xué)，將涉及到顯微鏡的原理?？梢宰寣W(xué)生回顧生物實驗中顯微鏡的使用方法，從而加深對幾何光學(xué)的理解。

（3）在講光譜知識時，可以引用光合作用的研究歷史上恩吉爾曼的實驗：利用光通過棱鏡時的色散，從形成的連續(xù)光譜獲得了葉綠素的作用光譜，說明光譜的應(yīng)用。

4 化學(xué)在物理中的重要地位

自然科學(xué)中許多單獨應(yīng)用物理方法或化學(xué)方法都難以解決的問題得到滿意的結(jié)果。所以物理與化學(xué)學(xué)科的交叉融合在科學(xué)發(fā)展史上有著深遠(yuǎn)的影響和重要的地位。元素周期表既是化學(xué)又是物理學(xué)的研究對象。物理學(xué)和化學(xué)在元素問題上的統(tǒng)一，是建立在原子物理和核物理的理論基礎(chǔ)上的。

（1）分子式是物理中必須要涉及到的知識，化學(xué)給予了很好的鋪墊和普及。當(dāng)物理計算某種電解液中電子的定向流動所形成的電流大小時，離子電量的多少就成為計算電流值的關(guān)鍵。并且在學(xué)習(xí)電場、電磁感應(yīng)章節(jié)時，要解決電場和磁場中的偏轉(zhuǎn)問題，某些簡單的原子，比如氫氘氚的荷質(zhì)比也需要學(xué)生記憶。

（2）核反應(yīng)過程中原子核的衰變、裂變和聚變也少不了化學(xué)方程式的引入。如，人類第一次實現(xiàn)的原子核的人工轉(zhuǎn)變，將氦原子轟擊氮原子核，產(chǎn)生氧17和一個質(zhì)子。

（3）新教材重視教材內(nèi)容與現(xiàn)代科技的關(guān)聯(lián)，也可以在課堂中進(jìn)行引申。對新型的材料比如納米材料，很難將它定義在物理或者化學(xué)領(lǐng)域。物理上可以研究納米材料的結(jié)構(gòu)、力熱光電磁性能、表面活性等性能，化學(xué)上可以研究吸附、分散與團(tuán)聚特性。

總的來說，關(guān)注多學(xué)科綜合交叉有利于提高教師能力，不僅要求教師有扎實的物理學(xué)基礎(chǔ)知識，還要具備自我學(xué)習(xí)與自我發(fā)展的能力，注重知識體系的更新，從而在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)行之有效的教學(xué)方法。各學(xué)科內(nèi)容的融合還有利于培養(yǎng)學(xué)生的知識遷移能力和創(chuàng)新能力。學(xué)生的思維處于活躍期，不能低估學(xué)生的能力?，F(xiàn)代科技有了交叉才有那么多的創(chuàng)新性成果，筆者相信學(xué)科交融也將使學(xué)生有新的思考和新的發(fā)現(xiàn)。但是，在物理中大量引用其他學(xué)科的知識也會適得其反，不僅會分散學(xué)生的注意力，還會使課堂授課內(nèi)容零散而無條理。所以，各學(xué)科的滲透融合要引用得恰當(dāng)，可以以學(xué)生在課堂上能理解吸收的內(nèi)容為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選取。

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劉榮）