基于跨學(xué)科融合的初中物理教學(xué)實(shí)踐*

陳海濤

(廣州荔灣區(qū)金道中學(xué) 廣東 廣州 510370)

1 物理新課標(biāo)變化

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2022 年版)》在課程內(nèi)容中新增了“跨學(xué)科實(shí)踐”一級(jí)主題,包含物理學(xué)與日常生活、工程實(shí)踐和社會(huì)發(fā)展3個(gè)二級(jí)主題.新課標(biāo)建議該主題既要立足物理課程內(nèi)容,又要融合其他學(xué)科,發(fā)展學(xué)生運(yùn)用跨學(xué)科知識(shí)分析和解決問(wèn)題的綜合能力、動(dòng)手操作的實(shí)踐能力,培養(yǎng)學(xué)生積極認(rèn)真的學(xué)習(xí)態(tài)度和樂(lè)于實(shí)踐、敢于創(chuàng)新的精神.

2 跨學(xué)科融合內(nèi)涵

跨學(xué)科融合學(xué)習(xí)是指整合兩種或兩種以上學(xué)科的內(nèi)容進(jìn)行的主題學(xué)習(xí),強(qiáng)調(diào)各個(gè)學(xué)科之間的相互配合與融合.跨學(xué)科學(xué)習(xí)相較于傳統(tǒng)的單學(xué)科學(xué)習(xí),具有綜合性、實(shí)踐性和社會(huì)性等特征.跨學(xué)科學(xué)習(xí)植根于學(xué)科核心素養(yǎng),它的直接目的是培養(yǎng)學(xué)生的“跨學(xué)科能力”和“跨學(xué)科素養(yǎng)”,它也間接推動(dòng)了“學(xué)科核心素養(yǎng)”的發(fā)展[1-2].

3 初中物理跨學(xué)科融合實(shí)踐案例

自然學(xué)科對(duì)跨學(xué)科融合有天生的優(yōu)勢(shì),特別是物理學(xué)科,本身就是一門注重動(dòng)手實(shí)踐的自然科學(xué)基礎(chǔ)課程,物理知識(shí)與工程、能源、環(huán)境、材料等跨學(xué)科知識(shí)有密切聯(lián)系.下面是筆者從“融合方式、融合程度、融合空間”3個(gè)維度對(duì)跨學(xué)科融合教學(xué)進(jìn)行實(shí)踐探索.

3.1 跨學(xué)科融合方式

初中物理跨學(xué)科融合學(xué)習(xí)可以是物理與單一學(xué)科融合,也可以物理與多學(xué)科融合,主要根據(jù)教學(xué)實(shí)際需要,對(duì)培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng)有利,既不能把物理知識(shí)復(fù)雜化,更不能增加學(xué)生學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān).

案例1:物理與單一學(xué)科融合

人教版第二章第3節(jié)聲的利用,教師在講授聲音可以傳遞信息時(shí)可以引用教材案例:“蝙蝠靠超聲波發(fā)現(xiàn)昆蟲”.讓學(xué)生思考為什么蝙蝠通常只在夜間出來(lái)活動(dòng)、覓食,但它們從來(lái)不會(huì)撞到墻壁、樹枝上,并且能以很高的精度確認(rèn)目標(biāo).它們的這些“絕技”靠的是什么?原來(lái)是蝙蝠在飛行時(shí)會(huì)發(fā)出超聲波,這些聲波碰到墻壁或昆蟲時(shí)會(huì)反射回來(lái),根據(jù)回聲到來(lái)的方位和時(shí)間,蝙蝠可以確定目標(biāo)的位置,蝙蝠這種方法叫做回聲定位.蝙蝠回聲定位的原理不僅僅是一種生物學(xué)奇觀,它還具有很多實(shí)際應(yīng)用價(jià)值.例如,倒車?yán)走_(dá)、超聲波導(dǎo)盲儀、聲吶、B超等.

案例2:物理與多學(xué)科融合

人教版第三章第1節(jié)溫度,教師在講授溫度計(jì)時(shí),要利用好教材給出的3種溫度計(jì)的圖示,即分別是實(shí)驗(yàn)室用溫度計(jì)、體溫計(jì)、寒暑表,讓學(xué)生思考3種溫度計(jì)不同,特別是體溫計(jì)、寒暑表在量程和分度值上設(shè)計(jì)不同的原因.教師可以引導(dǎo)從生物和醫(yī)學(xué)、地理、歷史多學(xué)科角度思考并解答這些問(wèn)題.

(1)物理與生物和醫(yī)學(xué)融合

比較3種溫度計(jì),體溫計(jì)量程最小,只有35～42 ℃;分度值也最小,只有0.1 ℃.體溫計(jì)為什么要這樣設(shè)計(jì)?教材解釋是因?yàn)槿说恼ｓw溫是“37 ℃”左右(口腔溫度),另一方面教師也可以通過(guò)“科學(xué)世界”給學(xué)生們科普,實(shí)際上人體各部分的溫度并不一樣.醫(yī)生檢查病人的體溫時(shí),常選3個(gè)地方的溫度:直腸溫度正常時(shí)為36.9～37.9 ℃;口腔下溫度正常時(shí)為36.7～37.7 ℃;人體腋窩的溫度正常時(shí)為36.0～37.4 ℃.直腸溫度最穩(wěn)定,但是腋窩溫度測(cè)量起來(lái)最方便.當(dāng)人體發(fā)燒生病時(shí),對(duì)測(cè)量體溫要求更準(zhǔn)確,誤差不能超過(guò)0.1 ℃.如果像寒暑表或?qū)嶒?yàn)用溫度計(jì)只是準(zhǔn)確到1 ℃,那就會(huì)影響到醫(yī)生對(duì)病情的診斷.

(2)物理與地理融合

寒暑表量程為什么要設(shè)計(jì)成-35～50 ℃?因?yàn)楹畋硎俏覀兙蛹沂褂玫?用來(lái)測(cè)量室溫.不同地方不同季節(jié),氣溫有很大差異,但國(guó)內(nèi)氣溫一般都在-35～50 ℃范圍內(nèi).我國(guó)最冷的地方通常都以為在漠河,其實(shí)在內(nèi)蒙古最北部的根河市.正是在根河,2009年時(shí)測(cè)得了零下58 ℃的極端低溫;2018年,國(guó)家氣象中心給根河頒了“中國(guó)冷極”的標(biāo)志證書,10多年來(lái)沒有城市超越.

(3)物理與歷史融合

通過(guò)閱讀教材“科學(xué)世界”,讓學(xué)生了解通過(guò)測(cè)量體溫診斷疾病的方法是1858年德國(guó)醫(yī)生馮德利希創(chuàng)造出來(lái)的.后來(lái)經(jīng)過(guò)英國(guó)醫(yī)生阿爾伯特改進(jìn),誕生了專用的體溫計(jì).而且隨著電子技術(shù)的發(fā)展,20世紀(jì)70年代出現(xiàn)了電子體溫計(jì),現(xiàn)在的電子體溫計(jì)通過(guò)液晶直接顯示體溫,有的可以精確到0.01 ℃.

3.2 跨學(xué)科融合程度

在跨學(xué)科學(xué)習(xí)中,根據(jù)融合程度,可以分為淺層融合和深度融合.淺層融合只是簡(jiǎn)單知識(shí)點(diǎn)互相滲透,屬于學(xué)科知識(shí)拓展,只是讓學(xué)生“知道”涉及到另一學(xué)科知識(shí),激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,如案例3.深度融合屬于學(xué)科間全方位融合,從淺層的知識(shí)到高階的方法、思維等互補(bǔ)互通,讓學(xué)生學(xué)會(huì)多學(xué)科多角度認(rèn)識(shí)問(wèn)題,培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng).如案例4,物理與數(shù)學(xué)的融合經(jīng)常就屬于這一類.

案例3:茅屋為秋風(fēng)所破歌

教師在講授“液體壓強(qiáng)與流速關(guān)系”應(yīng)用時(shí),可以先讓學(xué)生一起背誦杜甫經(jīng)典之作《茅屋為秋風(fēng)所破歌》,再問(wèn)這首詩(shī)體現(xiàn)了詩(shī)人什么樣的情感?“安得廣廈千萬(wàn)間,大庇天下寒士俱歡顏”體現(xiàn)了詩(shī)人憂國(guó)憂民情懷.再?gòu)奈锢砩辖忉屧?shī)人創(chuàng)作這首詩(shī)的緣起——“茅屋被秋風(fēng)所破”.當(dāng)屋外刮大風(fēng)時(shí),由于茅屋頂上方空氣流速快,氣壓小,而茅屋內(nèi)空氣流速慢,氣壓大,從而形成向上壓強(qiáng)差、壓力差,導(dǎo)致茅屋頂被大風(fēng)刮破刮走(圖1).用物理觀點(diǎn)解釋語(yǔ)文情景,別開生面,學(xué)生感覺特別新奇,當(dāng)然也要為詩(shī)人憂國(guó)憂民的崇高思想境界點(diǎn)贊.

圖1 茅屋為秋風(fēng)所破歌

案例4:電流與電壓和電阻關(guān)系

人教版第17章歐姆定律第一節(jié)“電流與電壓和電阻的關(guān)系”,從探究實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)分析、結(jié)論都體現(xiàn)了物理和數(shù)學(xué)融合之深、融合之美.

教學(xué)中學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到“電流與電壓”和“電流與電阻”的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),再根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),在數(shù)軸上以橫坐標(biāo)代表電壓或電阻,縱坐標(biāo)代表電流,用描點(diǎn)法作圖分別得到電流與電壓和電阻關(guān)系圖像(圖2和圖3).分析圖像得出結(jié)論:電阻不變時(shí),電流與電壓成正比;電壓不變時(shí),電流與電阻成反比.進(jìn)一步分析電流與電壓關(guān)系圖像可知,各點(diǎn)連成的直線代表電阻R的圖像;圖像中任何一點(diǎn)的橫坐標(biāo)與縱坐標(biāo)的比值是個(gè)定值,數(shù)學(xué)上這個(gè)定值就是正比例函數(shù)的K常數(shù),物理上這個(gè)定值就是電阻不變;同理,進(jìn)一步分析電流與電阻關(guān)系圖像可知,各點(diǎn)連成的曲線代表電壓U的圖像;圖像中任何一點(diǎn)的橫坐標(biāo)與縱坐標(biāo)的乘積是個(gè)定值,數(shù)學(xué)上橫坐標(biāo)與縱坐標(biāo)的乘積就是長(zhǎng)方形的面積,實(shí)質(zhì)這個(gè)定值就是反比例函數(shù)的K常數(shù),物理上這個(gè)定值就是電壓不變.階段檢測(cè)也經(jīng)?？疾檫@個(gè)知識(shí)點(diǎn),如2023年廣州市荔灣區(qū)九年級(jí)物理第17題第3問(wèn)(圖3),求電流與電阻關(guān)系圖中陰影面積的物理意義是( ),數(shù)值為( ).

圖2 電流與電壓關(guān)系

圖3 電流與電阻關(guān)系

“電流與電壓和電阻的關(guān)系”是物理和數(shù)學(xué)深度融合的典型教學(xué)案例,“數(shù)軸、描點(diǎn)法、正比例函數(shù)、反比例函數(shù)、面積”都是典型的數(shù)學(xué)研究方法.電流與電壓和電阻關(guān)系正是建立在數(shù)學(xué)函數(shù)圖像基礎(chǔ)上分析得到的結(jié)論.學(xué)生從多學(xué)科多角度觀察物理問(wèn)題、學(xué)習(xí)物理規(guī)律,可以加深對(duì)物理知識(shí)的理解,提高學(xué)生跨學(xué)科綜合素養(yǎng).

3.3 跨學(xué)科融合空間

在初中物理跨學(xué)科融合學(xué)習(xí)中,根據(jù)融合實(shí)施空間和時(shí)間可以分為課內(nèi)跨學(xué)科融合和課后跨學(xué)科融合.課內(nèi)跨學(xué)科融合主要為知識(shí)融合、方法融合、情感融合,實(shí)施的主要方式可以是物理與單一學(xué)科融合,也可以是物理與多學(xué)科融合,最終目標(biāo)都是培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng),同時(shí)提高學(xué)生的跨學(xué)科綜合素養(yǎng).課后跨學(xué)科融合主要體現(xiàn)為物理實(shí)踐作業(yè)的跨學(xué)科設(shè)計(jì),通常結(jié)合STEM教育理念,以項(xiàng)目引領(lǐng)實(shí)施,如案例5[3].

案例5:“水瓶琴”

人教版第二章第2節(jié)聲音的特性,教材設(shè)計(jì)的課后實(shí)踐作業(yè)水瓶琴制作.教師在實(shí)施過(guò)程中,可以設(shè)計(jì)幾個(gè)跨學(xué)科任務(wù).

任務(wù)1:生活中有哪些材質(zhì)可以做成水瓶琴.

任務(wù)2:音調(diào)的高低與水量多少有什么關(guān)系(定性分析)?

任務(wù)3:敲打水瓶琴和吹水瓶琴兩種方式發(fā)出的音調(diào)規(guī)律一樣嗎?

任務(wù)4:用自己做的水瓶琴演奏一支小曲,如兩只老虎、小星星等.

學(xué)生實(shí)踐作業(yè)的完成情況很讓人驚喜,你不得不為學(xué)生的想像力和創(chuàng)造力嘆服.任務(wù)1中學(xué)生制作水瓶琴時(shí)有用啤酒瓶的,也有用可樂(lè)瓶的,甚至用高腳玻璃杯的,如圖4所示;但不管什么材質(zhì)做的水瓶琴,學(xué)生都能敲打出簡(jiǎn)單的小曲,如兩只老虎、小星星等,著實(shí)讓人為學(xué)生的動(dòng)手能力和音樂(lè)天賦驚喜.開心之余學(xué)生們都能順利完成任務(wù)3,即瓶?jī)?nèi)水量越多,相同力度敲打的音調(diào)越低.如果是改為吹水瓶琴,則水量越多音調(diào)越低,進(jìn)而引出樂(lè)器中的打擊樂(lè)和管樂(lè),并通過(guò)教材“科學(xué)世界”對(duì)兩類樂(lè)器進(jìn)行科普.

圖4 學(xué)生作品

4 跨學(xué)科融合實(shí)踐反思

初中物理跨學(xué)科融合教學(xué)必須以培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)為中心,必須緊密結(jié)合教學(xué)內(nèi)容,靈活采用融合方式,把握好融合程度,利用好融合空間,發(fā)展學(xué)生的“跨學(xué)科能力”和“跨學(xué)科素養(yǎng)”.同時(shí)跨學(xué)科教學(xué)并不是在任何時(shí)候都是適用的,實(shí)踐時(shí)要充分考慮到學(xué)科知識(shí)間的契合度,不能生硬地將關(guān)聯(lián)性不大的知識(shí)強(qiáng)行融合,這樣反而增加了學(xué)生負(fù)擔(dān).同時(shí)實(shí)踐證明教師的綜合素質(zhì)對(duì)跨學(xué)科實(shí)踐的成敗有非常大的影響.