核心素養(yǎng)跨界融合的教學(xué)探索

高中階段，盡管物理和生物兩門學(xué)科在具體的知識(shí)內(nèi)容上有所不同，但在核心素養(yǎng)的屬性、內(nèi)涵和價(jià)值上存在顯著的一致性。這種一致性不僅有助于學(xué)生更全面地發(fā)展科學(xué)思維和實(shí)踐能力，也為物理和生物學(xué)科的融合提供了理論基礎(chǔ)。在教學(xué)實(shí)踐中，教師可以通過跨學(xué)科的教學(xué)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)物理和生物知識(shí)的互通與整合，從而提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。以下，筆者將以物理學(xué)科的“物理觀念”和生物學(xué)科的“生命觀念”的融合為例，分享自己的看法。

“物—生”跨學(xué)科觀念融合的邏輯

物理觀念和生命觀念屬性相近。生命觀念和物理觀念都源于自然科學(xué)領(lǐng)域，是科學(xué)觀念的重要組成部分。物理學(xué)和生物學(xué)是自然科學(xué)的兩條主線，分別通過觀察及實(shí)驗(yàn)的形式構(gòu)建各自的理論體系。教學(xué)中讓學(xué)生掌握這兩種觀念后進(jìn)行融合交流，可以幫助他們形成更加全面、完整的科學(xué)觀念。另外，科學(xué)觀念也屬于更加廣泛的價(jià)值觀、人生觀、自然觀等，上述這些觀念一起構(gòu)成了學(xué)生發(fā)展所需要具備的整體觀念框架。這種觀念融合，不僅是兩個(gè)學(xué)科內(nèi)部的交匯，更是多個(gè)層面、領(lǐng)域觀念的交織，共同構(gòu)筑了學(xué)生對(duì)世界的綜合理解。可以說，這種跨學(xué)科的“物—生”觀念融合，為學(xué)生提供了更廣闊、更全面的認(rèn)知視角，促使其形成更豐富、更深刻的科學(xué)觀念體系。

物理觀念和生命觀念內(nèi)涵一致。物理觀念與生命觀念盡管來自不同的學(xué)科領(lǐng)域，但在物質(zhì)、運(yùn)動(dòng)、能量等方面存在顯著的交融與呼應(yīng)。這種內(nèi)涵的交融，是解釋自然現(xiàn)象與解決問題的關(guān)鍵。要想實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，人類就需要以跨學(xué)科的視角更深入地思考自然界與人類行為及其發(fā)明創(chuàng)造之間的聯(lián)系。而物理和生物的跨學(xué)科融合與交流，可以促使學(xué)生在面對(duì)復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)問題時(shí)綜合運(yùn)用物理觀念和生命觀念作出更為全面和深刻的分析。

物理觀念和生命觀念價(jià)值觀一樣。物理觀念與生命觀念分別代表了從物理學(xué)與生物學(xué)的視角對(duì)世界的認(rèn)知，它們均是對(duì)現(xiàn)象背后根本屬性的洞察。這些觀念是一種經(jīng)過提煉的思維模式，它們的跨學(xué)科交融，能夠使學(xué)習(xí)者從更加宏觀、全面的視角理解現(xiàn)實(shí)世界，培養(yǎng)解決真實(shí)情境中復(fù)雜性、綜合性問題的思維方式。這一過程，彰顯了學(xué)科育人的深刻價(jià)值。

“物—生”跨學(xué)科觀念融合的可行性

建構(gòu)形成的觀念具有概括性、統(tǒng)領(lǐng)性。學(xué)習(xí)應(yīng)該是一個(gè)積極建構(gòu)的過程，從積累“具體經(jīng)驗(yàn)”到構(gòu)建“知識(shí)體系”，再到提煉“核心理念”和“宏觀概念”，最終塑造出具有普遍性和指導(dǎo)性的觀念。教學(xué)的核心目的應(yīng)聚焦于觀念的培養(yǎng)，這樣才能將分散的知識(shí)整合成系統(tǒng)，構(gòu)建核心概念，并進(jìn)一步發(fā)展為大概念。以觀念指導(dǎo)教學(xué)，有利于推動(dòng)課時(shí)教學(xué)向單元教學(xué)轉(zhuǎn)變，對(duì)幫助學(xué)生弄清概念和規(guī)律之間的關(guān)系、加深對(duì)知識(shí)結(jié)構(gòu)的理解有著重要作用。

情境中生成的觀念具有遷移性、穩(wěn)定性。隨著科技的快速進(jìn)步和知識(shí)的持續(xù)更新，未來的人才需要具備在不斷變化的環(huán)境中分析與解決問題的能力。為此，課堂教學(xué)應(yīng)該向重視觀念形成的方向轉(zhuǎn)變——當(dāng)觀念在學(xué)生思維中穩(wěn)固下來后，即使具體的學(xué)科知識(shí)變得模糊，他們也能在現(xiàn)實(shí)世界中運(yùn)用物理觀念和生命觀念來主動(dòng)探索和解決問題。具體來說，課堂教學(xué)應(yīng)該從單純的知識(shí)記憶轉(zhuǎn)向?qū)嶋H應(yīng)用，創(chuàng)設(shè)多樣化的情境，讓學(xué)生經(jīng)歷實(shí)踐與思考的過程，對(duì)知識(shí)進(jìn)行深入處理，形成個(gè)人的理解，并構(gòu)建起內(nèi)在的觀念結(jié)構(gòu)。

進(jìn)階中樹立的觀念具有發(fā)展性、批判性。學(xué)生的物理觀念及生命觀念，本質(zhì)上是對(duì)我們所生存的物質(zhì)世界的反映。而物質(zhì)世界是不斷發(fā)展的，從這個(gè)角度來看，觀念也不是固定不變的。隨著對(duì)某一觀念理解的加深，學(xué)生的思維方式會(huì)從基礎(chǔ)層次向更高層次過渡。我們的課程設(shè)計(jì)和教學(xué)實(shí)踐應(yīng)當(dāng)致力于為學(xué)生觀念的進(jìn)階構(gòu)建支持體系，創(chuàng)造一系列完整且有批判意義的學(xué)習(xí)材料，與國(guó)際科學(xué)教育研究的前沿趨勢(shì)和學(xué)習(xí)進(jìn)階理論所提出的方向保持一致。

“物—生”跨學(xué)科觀念融合的實(shí)踐

以能量觀的跨界融合為例。能量在物理學(xué)中被廣泛研究。物理學(xué)區(qū)分了多種能量類型，包括光能、動(dòng)能、熱能和化學(xué)能等。在生物學(xué)中，能量同樣扮演著核心角色，無論是動(dòng)物的肌肉運(yùn)動(dòng)、螢火蟲的發(fā)光還是人體溫度的維持，都需要能量。

物理學(xué)和生物學(xué)都涉及不同形式的能量轉(zhuǎn)化。物理領(lǐng)域的動(dòng)力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)，都有體現(xiàn)能量守恒觀念的內(nèi)容，如熱力學(xué)定律、電荷守恒定律等。生物學(xué)領(lǐng)域也有反映能量守恒觀念的內(nèi)容，如有氧呼吸中的糖酵解階段，就是由化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，進(jìn)而形成ATP的能量，并伴隨熱量釋放。能量是守恒的，只是在不同形式間轉(zhuǎn)化。

那么，既然能量不會(huì)消失，為何我們需要“節(jié)約能源”？

物理學(xué)領(lǐng)域的能量耗散理論為這一看似矛盾的現(xiàn)象提供了解釋。通常，在密閉系統(tǒng)中，能量不變，自發(fā)過程才會(huì)使熵增加，造成系統(tǒng)從有序狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序狀態(tài)。但是，細(xì)胞和生物體實(shí)際上是開放系統(tǒng)，它們與外部保持著持續(xù)的物質(zhì)和能量交換，以維持其存在的有序狀態(tài)。在這個(gè)過程中，雖然不可避免地會(huì)有能量以熱的形式散失，導(dǎo)致熵增，但同時(shí)，生物體也會(huì)通過攝取高能量的物質(zhì)（如植物通過光合作用吸收太陽能）來補(bǔ)充能量，從而支持其生命活動(dòng)。這種能量的轉(zhuǎn)化與循環(huán)是生物體生存和進(jìn)化的基礎(chǔ)，也是生物體能夠進(jìn)行有序化學(xué)反應(yīng)和機(jī)械功操作的關(guān)鍵。簡(jiǎn)而言之，生物體通過不斷地從環(huán)境中獲取能量并排出廢物，以維持其低熵的有序狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)生長(zhǎng)、繁殖等功能。

【本文系福建省廈門市“市管區(qū)培”學(xué)科帶頭人專項(xiàng)課題“基于核心素養(yǎng)下跨學(xué)科融合高中物理課堂教學(xué)策略研究”的研究成果（課題立項(xiàng)號(hào)：XMXDHC20230101+36）】

（作者單位：廈門海滄實(shí)驗(yàn)中學(xué)）