核心素養(yǎng)下跨學科融合的高中物理教學策略

摘 要：文章探討了物理學科與數(shù)學、化學、地理、信息技術(shù)及德育等學科的融合方式，分析了這些融合策略在提升學生綜合素質(zhì)、培養(yǎng)科學思維和樹立正確價值觀等方面的作用.通過對具體教學案例的分析，強調(diào)跨學科融合在物理教學中的重要性，旨在為一線教師提供參考，進一步推動教育改革，提升物理教學的有效性和學生的核心素養(yǎng).

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng)；跨學科融合；高中物理；教學策略

中圖分類號：G632

文獻標識碼：A

文章編號：1008-0333（2024）33-0089-03

收稿日期：2024-08-25

作者簡介：高作（1994.1—），男，中學一級教師，從事高中物理教學研究.

在高中物理教學中，核心素養(yǎng)的培養(yǎng)不僅要求學生掌握基本的物理知識和技能，還要具備跨學科的整合能力、科學思維能力以及社會責任感，因此，跨學科融合教學策略應(yīng)運而生.將物理學科與其他相關(guān)學科有機結(jié)合，能夠形成更加全面和系統(tǒng)的學習模式.這種融合策略不僅幫助學生在更廣闊的知識背景下理解物理概念，還培養(yǎng)了學生解決復雜現(xiàn)實問題的能力.

1 核心素養(yǎng)下跨學科融合的高中物理教學意義

1.1 促進學生綜合能力的發(fā)展

在核心素養(yǎng)背景下，教育的目標不僅僅是傳授單一學科的知識，更重要的是培養(yǎng)學生在現(xiàn)實中解決復雜問題的綜合能力^[1].物理學作為一門自然科學，涉及許多跨學科的內(nèi)容，例如數(shù)學、化學、生物和地理等.在物理教學中引入跨學科融合的內(nèi)容，可以幫助學生在解決問題時，不局限在物理學的框架內(nèi)，而是能夠綜合運用多個學科的知識.例如，在學習光學時，將物理與生物結(jié)合，學生可以理解人眼是如何接收和處理光線的，這不僅強化了學生對光的物理特性的理解，也讓學生了解了生物學中的視覺過程，并且，通過跨學科融合，學生能夠在更廣泛的知識背景下提出解決方案.

1.2 增強知識的連貫性與系統(tǒng)性

在傳統(tǒng)教學模式中，學生常常會將不同學科的知識割裂開來，各學科之間的聯(lián)系較少，導致知識的理解和應(yīng)用較為局限.而通過跨學科融合教學，教師可以將不同學科的知識進行有機結(jié)合，幫助學生形成對知識的整體性理解.例如，在學習電磁學時，可以結(jié)合數(shù)學中的向量知識，幫助學生更好地理解電磁場的空間分布與變化.這樣，學生不僅掌握了物理概念，還能夠運用數(shù)學工具進行分析，使得知識結(jié)構(gòu)更加完整.在學習熱力學時，可以結(jié)合化學中的反應(yīng)熱、平衡態(tài)等概念，幫助學生理解熱力學定律的實質(zhì)，這種內(nèi)在邏輯的強化，使得學生對知識的掌握更加深刻，理解更加透徹.

1.3 激發(fā)學生的物理學習興趣

興趣是學生自主學習的內(nèi)在動力，物理學科中有許多抽象的概念和復雜的理論，學生有時會感到難以理解和枯燥乏味.通過跨學科融合，教師可以將物理知識與其他學科內(nèi)容或現(xiàn)實生活中的實際問題相結(jié)合，使物理學習變得更加生動有趣，從而激發(fā)學生的學習興趣.例如，在講解力學時，可以結(jié)合建筑學中的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使學生了解物理力學在建筑物穩(wěn)定性中的應(yīng)用.通過這樣的方式，學生不僅能夠理解力學原理，還能看到它在現(xiàn)實中的應(yīng)用，從而激發(fā)學習興趣^[2].

2 核心素養(yǎng)下跨學科融合的高中物理教學策略

2.1 與數(shù)學知識融合，培養(yǎng)學生探究意識

物理學和數(shù)學有著密不可分的聯(lián)系，數(shù)學不僅是學習物理的重要工具，也是理解物理現(xiàn)象的語言.通過將物理與數(shù)學知識相融合，學生可以更深刻地理解物理概念和原理.例如，物理學中的運動學、力學、電磁學等內(nèi)容都需要通過數(shù)學方程式描述和分析.將數(shù)學知識應(yīng)用于物理教學，可以幫助學生更好地理解和掌握這些物理現(xiàn)象背后的規(guī)律，從而深化對物理學科的理解^[3].

在學習“力的分解”這部分內(nèi)容時，教師首先通過實際生活中的例子引入力的分解問題.例如，展示靜止在斜面上的物體，學生可以看到這個物體受到的重力可以分解成垂直于斜面和沿斜面方向的兩個分力.接著，教師提出問題：我們?nèi)绾未_定這兩個分力的大?。咳缓?，教師展示一個受兩個不同方向力作用的物體，通過矢量圖示畫出兩個力的合成，得到合力的大小和方向.再通過簡單的數(shù)學加減法幫助學生理解逆向思維，將此數(shù)學方法類比到物理問題上，在黑板上畫出一個合力F的矢量圖，然后讓學生思考：如果我們已知這個合力，如何找到沿兩個已知方向的分力？通過討論，教師引導學生得出可以利用幾何方法（如三角形法則）或者代數(shù)方法（利用平行四邊形法則）來分解力.最后鼓勵學生分組討論，并通過畫圖和計算解決這個問題.

2.2 與化學知識融合，豐富學生知識儲備

物理與化學作為兩門緊密聯(lián)系的自然科學學科，許多現(xiàn)象和原理在兩者之間都有交叉和重疊.例如，熱力學定律、電解質(zhì)溶液的電導率、反應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)換等都涉及物理與化學的知識.通過將物理與化學知識融合，學生能夠更好地理解這些現(xiàn)象的本質(zhì)，打破學科之間的壁壘，從而提高學生的綜合素養(yǎng).通過這種融合，學生也能夠形成更完整的知識體系，理解自然界的統(tǒng)一性和規(guī)律性，進而提升整體的科學素養(yǎng)和解決實際問題的能力.

針對“電荷守恒定律”這部分內(nèi)容時，教師為學生布置如下任務(wù)：請寫下鐵和稀鹽酸溶液反應(yīng)的化學方程式和離子方程式，分析反應(yīng)前后電荷的變化情況.然后提出問題：鐵與氫離子反應(yīng)過程中，電荷是如何轉(zhuǎn)移的？反應(yīng)前后的電荷總量是否發(fā)生了變化？在討論過程中，教師引導學生逐步得出結(jié)論：反應(yīng)前后，系統(tǒng)內(nèi)的電荷總量保持不變，進而驗證了電荷守恒定律.教師進一步引導學生思考：為什么化學反應(yīng)后的生成物通常呈現(xiàn)中性？學生也會了解到，在許多化學反應(yīng)中，電子從一種物質(zhì)轉(zhuǎn)移到另一種物質(zhì)，導致反應(yīng)物中的正負電荷相互抵消，生成物呈現(xiàn)中性.為了加強學生的理解，教師可以進一步布置拓展任務(wù)：在課后尋找其他常見化學反應(yīng)，并嘗試分析這些反應(yīng)中電荷的變化情況，觀察是否符合電荷守恒定律，以此讓學生進一步理解電荷守恒定律.

2.3 與地理知識融合，掌握多種學習方法

物理學與地理學之間存在許多緊密的聯(lián)系，特別是在理解自然現(xiàn)象和環(huán)境變化時，兩者常常需要相互借鑒.例如，大氣運動、地震、海洋潮汐等現(xiàn)象都涉及物理學中的力學、熱學、波動等知識.通過將物理與地理知識相融合，學生可以在更廣闊的背景下理解和分析這些自然現(xiàn)象，建立學科間的知識聯(lián)結(jié)，從而提升整體認知水平.該種聯(lián)結(jié)不僅使學生更深入地理解物理概念，還能夠幫助學生將所學知識應(yīng)用于地理情境中，提高知識的實際應(yīng)用能力.

在“動能”知識的學習過程中，教師首先介紹動能的基本概念，解釋動能與物體質(zhì)量和速度之間的關(guān)系，并提出核心問題：速度如何影響動能的大??？接著，教師通過展示科羅拉多大峽谷的圖片，引入地理學中的流水地貌作為教學情境，啟發(fā)學生思考動能在自然界中的作用.教師接著提出問題：是什么原因?qū)е铝丝屏_拉多大峽谷的形成？學生首先需要了解流水侵蝕作用.科羅拉多河流經(jīng)的區(qū)域長時間受到流水的侵蝕，尤其是在流速較快的河段，水流對巖石的動能較大，侵蝕作用更強.教師進一步解釋，水流的速度越快，其動能越大，侵蝕能力越強，這意味著流速在大峽谷形成過程中起到了關(guān)鍵作用.通過觀察地理景觀并分析其形成原因，學生學會了如何從實際例子中提取和運用物理概念.

2.4 與信息技術(shù)融合，鍛煉科學學習思維

信息技術(shù)在教育中的應(yīng)用為物理教學提供了新的可能性，尤其是在培養(yǎng)學生科學思維能力方面.科學思維包括邏輯推理、批判性分析、系統(tǒng)性思考等，而這些思維能力的培養(yǎng)往往需要借助工具和技術(shù)^[4].通過將信息技術(shù)引入物理教學，教師可以幫助學生更直觀地理解抽象的物理概念、進行復雜的數(shù)據(jù)分析和模型構(gòu)建，從而大幅提升學生的科學思維能力.

教師為學生講解“自由落體運動”相關(guān)知識點時，首先介紹自由落體運動的基本概念，解釋在理想情況下（即無空氣阻力，重力加速度不變），物體在重力作用下沿垂直方向做加速運動.教師接著提問：在現(xiàn)實生活中，我們能否看到真正的自由落體運動？為了幫助學生更好地理解理想中的自由落體運動，教師引入信息技術(shù)，通過物理建模軟件展示自由落體運動的理想情況.使用投影設(shè)備展示物理建模過程，首先設(shè)置理想條件，即關(guān)閉空氣阻力，設(shè)定恒定的重力加速度（例如 9.8 m/s），然后模擬不同質(zhì)量物體的自由落體運動.學生通過觀察模擬視頻，可以清楚地看到不同物體在相同條件下同時釋放時，它們的下落時間完全相同，可知，物體的運動只取決于重力加速度，與質(zhì)量無關(guān).學生通過比較理想和現(xiàn)實的自由落體現(xiàn)象，學習如何批判性地思考模型的適用性和局限性，認識到在物理學中，所有模型都是對現(xiàn)實的一種簡化，需要根據(jù)具體情況加以調(diào)整和完善.

2.5 與德育知識融合，樹立正確學習態(tài)度

德育教育注重學生道德品質(zhì)的培養(yǎng)，強調(diào)責任感、堅持性和集體意識等核心價值觀，這些與物理學習中的求真務(wù)實、堅持不懈等科學精神有著內(nèi)在的契合.物理學不僅是一門自然科學，更是一種培養(yǎng)理性思維、科學精神和探索精神的重要途徑.通過與德育知識的融合，物理教學可以幫助學生在掌握科學知識的同時，樹立正確的學習態(tài)度和價值觀，培養(yǎng)學生成為具有社會責任感和科學精神的全面發(fā)展的人才.

在學習物理定律時，教師可以引入科學家們?yōu)榱税l(fā)現(xiàn)這些規(guī)律所付出的艱辛努力，培養(yǎng)學生尊重科學、尊重知識的態(tài)度.例如，介紹我國在物理學領(lǐng)域的重大成就，如“兩彈一星”工程，可以增強學生的民族自豪感和愛國情懷，樹立為國家貢獻力量的理想.在講解力學知識時，教師可以介紹錢學森、鄧稼先等科學家在“兩彈一星”工程中的貢獻，激勵學生學習物理知識，并樹立報國的理想.再如，在學習能源和電力知識時，教師可以引導學生思考如何通過科學技術(shù)的創(chuàng)新，解決能源危機和環(huán)境保護問題，以增強學生的社會責任感和生態(tài)意識.在講解電磁學和能源時，教師可以討論如何使用清潔能源減少碳排放，幫助學生樹立環(huán)境保護的意識.

3 結(jié)束語

綜上所述，跨學科融合的高中物理教學策略為學生提供了豐富的學習體驗，不僅增強了學生對物理知識的理解和應(yīng)用能力，還培養(yǎng)了科學思維、創(chuàng)新能力和社會責任感.這種教學模式打破了學科間的壁壘，能夠幫助學生形成更加系統(tǒng)和全面的知識體系.可見，在核心素養(yǎng)教育的背景下，跨學科融合已成為提高教學質(zhì)量、培養(yǎng)學生綜合素質(zhì)的重要途徑.未來的物理教學中，教師應(yīng)繼續(xù)優(yōu)化跨學科融合教學模式，以適應(yīng)教育改革的需求，培養(yǎng)面向未來的創(chuàng)新型人才.

參考文獻：

[1] 王慧.核心素養(yǎng)下的高中物理跨學科教學探索：以電場教學片段為例[J].數(shù)理天地（高中版），2024（12）：114-116.

[2] 丁慧.高中物理跨學科教學的內(nèi)涵與實踐探索[J].現(xiàn)代教學，2024（11）：55-56.

[3] 張焱頡，姚華鑫，楊師杰，等.試論跨學科視角下的高中物理作業(yè)設(shè)計[J].物理教師，2024，45（06）：12-16.

[4] 張國勤.學科融合，深度學習：滲透科學素養(yǎng)的高中物理跨學科教學研究[J].數(shù)理天地（高中版），2024（10）：86-88.

[責任編輯：李 璟]