初中物理跨學(xué)科實踐教學(xué)的路徑研究

紀(jì)賢勇,溫 蕓

(1.北海市教育教學(xué)科學(xué)研究所,廣西北海,536000;2北海市第七中學(xué),廣西北海,536000)

一、引言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,各學(xué)科之間的聯(lián)系越來越緊密,開展跨學(xué)科研究已經(jīng)成為當(dāng)前學(xué)術(shù)界的重要趨勢。在多學(xué)科交叉融合的背景下,跨學(xué)科實踐教學(xué)成為培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)的重要途徑。初中物理作為一門基礎(chǔ)學(xué)科,其教學(xué)過程涉及多個學(xué)科領(lǐng)域,與其他學(xué)科有交融點。然而,目前初中物理教學(xué)主要以知識點傳授為主,缺乏與其他學(xué)科的融合,拓展不足。本研究旨在探索初中物理跨學(xué)科實踐教學(xué)的路徑,通過整合不同學(xué)科的知識點和實踐資源,設(shè)計具有可操作性的實踐教學(xué)方案,旨在提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和解決問題的能力。為其他學(xué)科的交叉融合提供借鑒和參考經(jīng)驗,推動多學(xué)科交叉融合的發(fā)展和應(yīng)用。

二、價值意蘊

(一)有助于物理課程的體系整合式發(fā)展

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2022年版)》對初中物理教學(xué)課程內(nèi)容進行了詳細劃分,要求以五個主題層級對內(nèi)容進行呈現(xiàn),并在實踐教學(xué)中強化物理知識與技能的融合,在不斷豐富物理課程內(nèi)容的基礎(chǔ)上,推動物理課程體系的進階式發(fā)展。[1]通過梳理以往文獻,本研究認為跨學(xué)科實踐教學(xué)在物理課程體系整合式發(fā)展中具有以下價值。

第一,能夠促進知識與技能的整合。傳統(tǒng)的物理課程通常只注重對物理概念和原理的教學(xué),缺乏與其他學(xué)科的聯(lián)系。在跨學(xué)科教學(xué)中,物理能夠與數(shù)學(xué)、化學(xué)、生物等學(xué)科融合,通過多種視角理解某一物理知識點,可以引導(dǎo)學(xué)生更好地理解和應(yīng)用物理知識。例如,在學(xué)習(xí)有關(guān)電路的知識時,物理與數(shù)學(xué)可以相互補充,通過融入數(shù)學(xué)的乘除概念提高學(xué)生對物理中電流、電壓和電阻之間關(guān)系的理解。這種整合有助于培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng),使學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)的知識和技能真正應(yīng)用到實際問題中。

第二,能夠培養(yǎng)學(xué)生的綜合思考能力和解決問題的能力。將物理與其他學(xué)科的知識結(jié)合起來教學(xué),能夠使學(xué)生從多個學(xué)科的角度分析和探索問題。例如,在研究環(huán)境保護問題時,學(xué)生需要考慮到物理、化學(xué)和生物等多個學(xué)科的知識,并綜合運用這些知識制定解決方案。這種綜合思考能力的培養(yǎng)有助于使學(xué)生形成系統(tǒng)性思維,提高學(xué)生解決問題的能力。[2]

第三,有助于提升學(xué)生的實際應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。只注重講授的物理課程通常只有對抽象概念的講解,缺乏實際應(yīng)用的機會。在跨學(xué)科實踐教學(xué)中,學(xué)生可以將所學(xué)的物理知識應(yīng)用到現(xiàn)實生活解決問題。例如,在設(shè)計可持續(xù)能源系統(tǒng)的任務(wù)中,學(xué)生不僅需要運用物理知識評估不同能源的可行性和效率,還要結(jié)合其他學(xué)科的知識設(shè)計出最符合實際需求的方案。[3]這種實際應(yīng)用能力的培養(yǎng)有助于學(xué)生將所學(xué)物理知識應(yīng)用于現(xiàn)實生活,提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。

第四,有助于拓寬學(xué)生的視野,培養(yǎng)學(xué)生的跨文化素養(yǎng)。通過與其他學(xué)科的交叉融合,學(xué)生可以接觸到不同學(xué)科的思維方式和方法論。在深入探索不同的科學(xué)思維方式和觀點的過程中,能夠加深學(xué)生對多元文化的認識和理解,提升學(xué)生在跨文化環(huán)境下的溝通和合作能力。

(二)符合物理學(xué)科核心素養(yǎng)培育目標(biāo)

跨學(xué)科教學(xué)能夠促進學(xué)生對物理知識的深入理解和應(yīng)用。例如,在研究天氣現(xiàn)象時,學(xué)生需要運用物理和化學(xué)知識分析大氣層的組成和變化規(guī)律,并運用數(shù)學(xué)模型預(yù)測天氣變化。這種綜合性學(xué)習(xí)有助于學(xué)生深入理解物理知識的內(nèi)涵,提高知識應(yīng)用水平。[4]

跨學(xué)科教學(xué)還能夠培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新意識。初中物理跨學(xué)科教學(xué)通過融合不同學(xué)科的知識和方法,引導(dǎo)學(xué)生從多角度、多層次思考問題,激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。[5]例如,將化學(xué)、生物等學(xué)科的知識引入物理教學(xué),可以讓學(xué)生了解物理學(xué)科與其他學(xué)科的關(guān)聯(lián),進一步拓展學(xué)生的思維廣度和深度。同時,跨學(xué)科教學(xué)可以讓學(xué)生了解不同學(xué)科之間的交叉點和綜合性,幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)科學(xué)問題,培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題的能力。同時,初中物理跨學(xué)科教學(xué)可以讓學(xué)生了解科學(xué)知識的多樣性和復(fù)雜性,幫助學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)研究的方法,讓學(xué)生認識到樹立科學(xué)態(tài)度的必要性,了解科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用對人類社會的影響,培養(yǎng)學(xué)生的社會責(zé)任感和科學(xué)態(tài)度。[6]通過了解不同學(xué)科的研究方法和思路,學(xué)生可以更好地培育科學(xué)探究的基本素養(yǎng)。

(三)契合物理課程育人理念導(dǎo)向

初中物理教學(xué)要遵循學(xué)生的認知發(fā)展規(guī)律,密切關(guān)注物理知識與現(xiàn)實世界的關(guān)聯(lián),構(gòu)建符合教學(xué)主題的課程結(jié)構(gòu)體系,堅持以問題為導(dǎo)向,促進學(xué)生的全面發(fā)展。初中物理跨學(xué)科實踐教學(xué)與物理課程育人理念導(dǎo)向相契合,有利于促進學(xué)生更好地發(fā)展。其具體表現(xiàn)為以下幾點。

第一,跨學(xué)科教學(xué)能夠促進學(xué)生的全面發(fā)展?？鐚W(xué)科教學(xué)將物理與其他學(xué)科結(jié)合,使學(xué)生能夠綜合運用所學(xué)知識和技能。例如,通過與生物學(xué)的融合,學(xué)生可以研究生物機體的運動原理,通過與化學(xué)的融合,學(xué)生可以研究物質(zhì)的變化過程。這種多學(xué)科培養(yǎng)有助于學(xué)生在認知、情感、社會和實踐等多個方面的發(fā)展獲得平衡。[7]第二,跨學(xué)科教學(xué)能夠培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力?？鐚W(xué)科教學(xué)要求學(xué)生從多個學(xué)科角度思考問題,能夠培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和提高學(xué)生解決問題的能力。第三,跨學(xué)科教學(xué)能夠培養(yǎng)學(xué)生的人文關(guān)懷和社會責(zé)任感。將物理與文化、倫理等學(xué)科結(jié)合起來,學(xué)生可以從人文的角度理解物理現(xiàn)象。例如,在探究能源問題時,學(xué)生需要考慮不同社會群體對能源的需求以及不同能源對社會的影響,思考并提出可持續(xù)發(fā)展的方案。人文關(guān)懷和社會責(zé)任感的培養(yǎng)有助于使學(xué)生形成積極的社會價值觀和公民意識。

三、實施路徑

(一)深化頂層設(shè)計,構(gòu)建跨學(xué)科實踐體系

從學(xué)生跨學(xué)科能力角度出發(fā),深化頂層設(shè)計,構(gòu)建跨學(xué)科實踐體系,有利于打破學(xué)科界限,促進學(xué)科間的融合發(fā)展。頂層設(shè)計是初中物理跨學(xué)科實踐教學(xué)的核心,也是開展后續(xù)教學(xué)實踐工作的重要依據(jù)。深化頂層設(shè)計,構(gòu)建跨學(xué)科實踐教學(xué)體系,是當(dāng)前教育改革的重要方向?？鐚W(xué)科實踐教學(xué)體系旨在培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和綜合能力,通過將物理與其他學(xué)科交叉融合,學(xué)生能夠?qū)W得新知識,掌握新技能。

在構(gòu)建初中物理跨學(xué)科實踐教學(xué)體系時,應(yīng)明確實踐教學(xué)的目標(biāo)、原則、內(nèi)容、方法和評價等方面,確定實踐教學(xué)與理論教學(xué)的關(guān)系。在頂層設(shè)計中,應(yīng)突出學(xué)生的主體地位,以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和綜合能力為目標(biāo)。同時,注重實踐教學(xué)內(nèi)容的多樣性和靈活性,結(jié)合不同學(xué)科的特點設(shè)計適合學(xué)生的實踐項目。此外,應(yīng)采用多種教學(xué)方法和手段,如實驗教學(xué)、案例教學(xué)、項目式教學(xué)等,以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

初中物理跨學(xué)科實踐教學(xué)體系的核心是跨學(xué)科融合,即將不同學(xué)科的知識和技能融合在一起,形成綜合性實踐教學(xué)模式。這種模式可以讓學(xué)生在學(xué)習(xí)物理的同時了解其他學(xué)科的知識和技能,有助于提升學(xué)生的綜合能力和創(chuàng)新能力。例如,在物理實驗中引入化學(xué)知識,讓學(xué)生探究不同物質(zhì)之間的相互作用。在物理實驗中引入生物知識,讓學(xué)生探究生命現(xiàn)象中的物理規(guī)律。在物理實驗中引入數(shù)學(xué)知識,能鍛煉學(xué)生的數(shù)據(jù)處理和分析能力。在具體實踐中,初中物理跨學(xué)科實踐教學(xué)能夠讓學(xué)生掌握基本的實驗技能和方法,了解實驗原理和數(shù)據(jù)處理方法。

(二)結(jié)合學(xué)生基礎(chǔ),豐富跨學(xué)科教學(xué)內(nèi)容

初中物理跨學(xué)科實踐教學(xué)需要根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)特點與實際掌握情況合理調(diào)整教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法,在多學(xué)科知識融入下滿足學(xué)生的多元化學(xué)習(xí)要求。

1.數(shù)學(xué)與物理的結(jié)合

在教學(xué)中,可以在物理知識中引入數(shù)學(xué)概念和公式,幫助學(xué)生理解物理現(xiàn)象背后的數(shù)學(xué)原理。將數(shù)學(xué)與物理知識有機結(jié)合起來,可以幫助學(xué)生更好地理解和應(yīng)用物理概念。設(shè)計物理跨學(xué)科教學(xué)案例如下。

教學(xué)目標(biāo):理解物體的運動速度與加速度之間的關(guān)系;通過數(shù)學(xué)公式計算物體的運動速度和加速度;運用數(shù)學(xué)知識解決物理問題。具體教學(xué)內(nèi)容包括勻速直線運動和變速直線運動,一次函數(shù)和二次函數(shù)的圖象、函數(shù)表達式和運算。

在引入階段,教師向?qū)W生簡要介紹物理中的勻速直線運動和變速直線運動概念,并強調(diào)它們與數(shù)學(xué)中的一次函數(shù)和二次函數(shù)的聯(lián)系。在知識鞏固階段,教師通過舉例讓學(xué)生熟悉一次函數(shù)和二次函數(shù)的圖象、函數(shù)表達式和運算規(guī)則。教師提出相應(yīng)的物理問題,讓學(xué)生分析并繪制函數(shù)圖象。例如,一個質(zhì)點做勻速直線運動,其位移與時間之間的關(guān)系是否為一次函數(shù),請畫出圖象。在知識應(yīng)用階段,教師需要引導(dǎo)學(xué)生思考物體的速度與加速度之間的關(guān)系。例如,可以提問“若一個物體的速度是變化的,那么它的加速度是如何變化的”。在學(xué)生充分討論后,教師開始講解速度和加速度的數(shù)學(xué)計算公式,并結(jié)合具體的物理場景進行實例演示。之后,教師需要設(shè)計問題,讓學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)一次函數(shù)或二次函數(shù)的知識,計算物體的速度和加速度,如“一個自由落體運動的物體,已知它的位移隨時間的變化滿足二次函數(shù)關(guān)系,求它在某個時刻的速度和加速度”。在實踐活動階段,教師向?qū)W生提供不同的物品,讓學(xué)生分組進行實驗,在實驗中觀察物體在不同條件下的運動情況。在實踐中,學(xué)生可以根據(jù)實驗數(shù)據(jù),利用所學(xué)的數(shù)學(xué)知識計算物體的速度和加速度,并與實驗結(jié)果進行對比驗證。最后,在總結(jié)反思與評價階段,教師可以舉現(xiàn)實生活中的例子,讓學(xué)生總結(jié)數(shù)學(xué)與物理的結(jié)合在解決實際問題中的價值,引導(dǎo)學(xué)生思考如何將數(shù)學(xué)知識運用到其他物理現(xiàn)象中。教師根據(jù)學(xué)生對物理概念和數(shù)學(xué)應(yīng)用的理解程度,開展個人作業(yè)、小組討論和課堂展示等形式的評價。評價內(nèi)容主要包括對問題求解的準(zhǔn)確性、邏輯的清晰性和團隊合作能力。

2.化學(xué)與物理的結(jié)合

物理和化學(xué)有密切的聯(lián)系。教學(xué)時可以引入一些化學(xué)實驗,讓學(xué)生觀察現(xiàn)象,使其更加直觀地理解物理或化學(xué)概念。

教學(xué)目標(biāo):理解物質(zhì)的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)的關(guān)系;通過觀察和實驗,探索物質(zhì)的物理性質(zhì)對化學(xué)反應(yīng)的影響;運用化學(xué)和物理知識解決物質(zhì)變化的問題。教學(xué)內(nèi)容:物質(zhì)的密度、熱導(dǎo)率、電導(dǎo)率等物理性質(zhì);物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)、反應(yīng)速率、化學(xué)平衡等化學(xué)性質(zhì)。

在引入階段,教師向?qū)W生簡要介紹物質(zhì)的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)的概念,強調(diào)從微觀和宏觀視角理解物理和化學(xué)之間的聯(lián)系。在知識鞏固階段,教師可以通過示例讓學(xué)生回顧物質(zhì)的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)的知識。例如,讓學(xué)生分別描述氧氣和氯氣的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)。在實驗探究階段,教師設(shè)計實驗“觀察物質(zhì)的物理性質(zhì)對化學(xué)反應(yīng)的影響”。例如,教師可以引導(dǎo)學(xué)生將酵母加入不同溫度的水,觀察發(fā)酵速率的變化。學(xué)生觀察并記錄實驗數(shù)據(jù),分析實驗結(jié)果,探究物質(zhì)的物理性質(zhì)對化學(xué)反應(yīng)的影響規(guī)律。在知識應(yīng)用與實踐活動階段,教師講解物質(zhì)的物理性質(zhì)和化學(xué)反應(yīng),引導(dǎo)學(xué)生運用所學(xué)的物理和化學(xué)知識分析和解決相關(guān)問題,例如“為什么在相同條件下,導(dǎo)熱性能較好的金屬更適合用于制作散熱器”。教師將學(xué)生分組進行小項目研究,每個小組選擇一個特定的化學(xué)反應(yīng)或物質(zhì)變化,通過實驗和觀察,結(jié)合物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)的知識,解決相關(guān)問題。最后,在總結(jié)反思與評價階段,教師需要結(jié)合實際案例,引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)化學(xué)與物理的結(jié)合在解決實際問題中的價值,引導(dǎo)學(xué)生思考如何將化學(xué)知識運用到其他物理現(xiàn)象的解釋和計算中。根據(jù)學(xué)生對物理概念和化學(xué)應(yīng)用的理解程度,開展個人作業(yè)、小組討論和課堂展示等形式的評價活動。評價內(nèi)容主要包括學(xué)生對物質(zhì)性質(zhì)與化學(xué)反應(yīng)關(guān)系的理解、化學(xué)問題求解的準(zhǔn)確性和邏輯清晰性。

3.地理與物理的交叉

地理中包含了許多與物理相關(guān)的內(nèi)容,例如地球自轉(zhuǎn)、天氣變化等。將地理知識引入物理教學(xué),可以幫助學(xué)生更好地理解和應(yīng)用相關(guān)概念。

教學(xué)目標(biāo):理解自然界現(xiàn)象與物理規(guī)律間的關(guān)系;通過觀察和實驗,探索地理現(xiàn)象背后的物理原理;運用地理和物理知識解決實際問題。教學(xué)內(nèi)容:重力、電磁波等物理規(guī)律;地球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)、大氣環(huán)流、地震與地殼運動等自然現(xiàn)象。

在引入階段,教師向?qū)W生簡要介紹地理現(xiàn)象與物理規(guī)律之間的聯(lián)系,著重強調(diào)地理現(xiàn)象背后的物理原理。在知識鞏固階段,教師通過舉例讓學(xué)生回顧地球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)、大氣環(huán)流等地理現(xiàn)象的知識,引導(dǎo)學(xué)生思考這些地理現(xiàn)象與物理規(guī)律之間的關(guān)系,例如“為什么地球會有四季變化,這和地球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)有什么關(guān)系”。在實驗探究階段,教師設(shè)計實驗,讓學(xué)生觀察地理現(xiàn)象背后的物理原理。例如,教師模擬地震實驗,引導(dǎo)學(xué)生觀察懸掛的小球在地震時的擺動情況,帶領(lǐng)學(xué)生探索地震與地殼運動的關(guān)系。學(xué)生再自主進行實驗并記錄實驗數(shù)據(jù),分析實驗結(jié)果,探究地理現(xiàn)象與物理規(guī)律的關(guān)聯(lián)性。在知識應(yīng)用與實踐階段,教師向?qū)W生講解地理現(xiàn)象背后的物理理論,引導(dǎo)學(xué)生運用所學(xué)的地理和物理知識分析和解決相關(guān)問題,例如“為什么赤道附近的地區(qū)熱帶風(fēng)暴較為頻繁”。學(xué)生分組進行小項目研究,選擇一個地理現(xiàn)象,結(jié)合地理和物理知識解決相關(guān)問題。在總結(jié)反思與評價階段,教師結(jié)合實際案例,引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)地理與物理的結(jié)合在解決實際問題中的應(yīng)用價值。根據(jù)學(xué)生對地理概念和物理應(yīng)用的理解程度,開展多種形式的評價。評價內(nèi)容主要包括學(xué)生對地理現(xiàn)象與物理規(guī)律關(guān)系的理解、分析的準(zhǔn)確性和團隊合作能力。

(三)注重實施過程,進行跨學(xué)科評價引導(dǎo)

在當(dāng)前的教育背景下,初中物理跨學(xué)科實踐教學(xué)已經(jīng)成為提高學(xué)生綜合素質(zhì)的重要手段。為了更好地實施和評價初中物理跨學(xué)科實踐教學(xué),需要關(guān)注其實施過程,并進行評價引導(dǎo)。首先,需要確定教學(xué)目標(biāo)。教學(xué)目標(biāo)應(yīng)圍繞物理學(xué)科知識、技能和能力,結(jié)合其他學(xué)科的要求進行制定。其次,進行教學(xué)資源整合。為了更好地開展跨學(xué)科實踐教學(xué),需要整合豐富多樣的教學(xué)資源,包括實驗器材、實地考察地點和科學(xué)數(shù)據(jù)庫等。最后,優(yōu)化教學(xué)環(huán)節(jié)。根據(jù)教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容,教師需要對初中物理理論學(xué)習(xí)、實驗操作、小組討論和成果展示等環(huán)節(jié)進行科學(xué)化設(shè)計。在實驗操作環(huán)節(jié),教師可以結(jié)合物理學(xué)科的實驗開展其他相關(guān)學(xué)科的實驗操作。在小組討論環(huán)節(jié),教師可以引導(dǎo)學(xué)生進行跨學(xué)科的思考和交流。

初中物理跨學(xué)科實踐教學(xué)需要從多個層面進行評價。教師在對學(xué)生的學(xué)習(xí)成果進行評價時,要將多種評價方式結(jié)合起來,例如,采用書面測試、實驗操作、作品展示和小組討論等多種形式進行評價,以提升跨學(xué)科實踐教學(xué)評價的全面性。評價應(yīng)以評價標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù),教師在制定評價標(biāo)準(zhǔn)時,需要結(jié)合物理教學(xué)目標(biāo)和不同教學(xué)內(nèi)容進行制定。例如,在進行光的折射和全反射現(xiàn)象教學(xué)時,可以制定以下評價標(biāo)準(zhǔn):第一,掌握光的折射和全反射現(xiàn)象的物理原理;第二,了解全反射現(xiàn)象在日常生活中的應(yīng)用;第三,能夠運用數(shù)學(xué)幾何知識解釋光的折射和全反射現(xiàn)象;第四,能夠通過實驗操作驗證光的折射和全反射現(xiàn)象;第五,能夠運用化學(xué)分子結(jié)構(gòu)知識解釋光的折射和全反射現(xiàn)象的微觀機制;第六,能夠在小組討論中表達自己的觀點和理解;第七,能夠積極參與課堂討論和實驗操作;第八,能夠認真完成學(xué)習(xí)任務(wù)并遵守實驗室規(guī)章制度。

四、結(jié)語

初中物理跨學(xué)科實踐教學(xué)旨在提升學(xué)生核心素養(yǎng)。在物理跨學(xué)科實踐教學(xué)中,教師應(yīng)深刻認識到跨學(xué)科的內(nèi)涵與實際應(yīng)用價值,規(guī)避教學(xué)誤區(qū),堅持在正確的育人理念下開展初中物理教學(xué)工作。物理跨學(xué)科實踐教學(xué)的開展要經(jīng)過長期的實踐與經(jīng)驗總結(jié),在深化頂層設(shè)計下,注重學(xué)生學(xué)習(xí)情況,強化教學(xué)實踐過程,不斷完善教學(xué)評價體系,并根據(jù)物理教學(xué)內(nèi)容的差異性與層次性進行階段性調(diào)整,從而發(fā)揮跨學(xué)科實踐教學(xué)的真正價值。