跨學(xué)科概念融入高中物理教學(xué)研究

【摘要】在高考模式創(chuàng)新、課程標(biāo)準(zhǔn)革新、教材版本更新的“三新”背景下，物理跨學(xué)科教學(xué)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)和成長(zhǎng)尤為重要，探索如何將跨學(xué)科概念融入教學(xué)之中，也成了教師亟須解決的問題.文章分析了物理跨學(xué)科教學(xué)的作用，并結(jié)合具體教學(xué)案例，從物理與數(shù)學(xué)融合、物理與信息技術(shù)融合、物理與語(yǔ)文融合、物理與化學(xué)融合四個(gè)方面，探究跨學(xué)科概念融入高中物理教學(xué)的策略，旨在為教師教學(xué)提供思路.

【關(guān)鍵詞】跨學(xué)科；高中物理；教學(xué)策略

1 引言

所謂“跨學(xué)科”概念，指的是在教學(xué)過(guò)程中，以某一學(xué)科為主，其他學(xué)科為輔，對(duì)知識(shí)進(jìn)行發(fā)散整合和有序串聯(lián)，讓學(xué)生學(xué)習(xí)視野不再局限于教材之中，以達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生綜合素養(yǎng)的目標(biāo).而從物理學(xué)科特點(diǎn)出發(fā)，它與其他學(xué)科之間也存在著密切的聯(lián)系.對(duì)此，為了助力學(xué)生全面發(fā)展，教師在跨學(xué)科教學(xué)過(guò)程中，可以將物理知識(shí)與數(shù)學(xué)、化學(xué)、語(yǔ)文、信息技術(shù)等學(xué)科知識(shí)相融合，幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)到知識(shí)之間的聯(lián)結(jié)，進(jìn)而構(gòu)建更加完善的認(rèn)知框架.

2 物理跨學(xué)科教學(xué)的作用

跨學(xué)科教學(xué)是一種創(chuàng)新性的教學(xué)策略，它可以突破某一學(xué)科的界限，將不同學(xué)科的知識(shí)、技能、方法和思維方式整合在一起，構(gòu)建綜合性學(xué)習(xí)模式.這種教學(xué)模式下，教師不僅要關(guān)注學(xué)科知識(shí)的傳授，還要突出學(xué)科之間的聯(lián)系和交叉融合，以促進(jìn)學(xué)生綜合素養(yǎng)、創(chuàng)新思維和問題解決能力的發(fā)展.跨學(xué)科概念融入高中物理教學(xué)后，教學(xué)視野不再局限于學(xué)科本身，而是巧妙融合其他多個(gè)學(xué)科的知識(shí)，升華物理教學(xué)的層次和深度，并為學(xué)生提供一個(gè)全方位、多角度的學(xué)習(xí)平臺(tái)，對(duì)學(xué)生成長(zhǎng)和發(fā)展有著重要意義［1］.

2.1 促進(jìn)深度理解物理概念

跨學(xué)科教學(xué)能推動(dòng)學(xué)生將物理抽象概念與其他學(xué)科具體應(yīng)用相結(jié)合，在多個(gè)學(xué)科背景下理解和掌握物理概念，如物理中的運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)可以與數(shù)學(xué)中的幾何、代數(shù)等相結(jié)合，讓學(xué)生直觀理解物體運(yùn)動(dòng)中的速度變化和受力情況，從而加深對(duì)物理知識(shí)的理解.

2.2 構(gòu)建系統(tǒng)的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)

跨學(xué)科概念融入高中物理教學(xué)，還能助力學(xué)生構(gòu)建系統(tǒng)的知識(shí)網(wǎng)絡(luò).教師以物理知識(shí)為核心，搜集與其相關(guān)的其他學(xué)科知識(shí)，形成一個(gè)更加完整、系統(tǒng)的知識(shí)網(wǎng)絡(luò).這樣一來(lái)，學(xué)生可以在理解物理知識(shí)的同時(shí)，內(nèi)化其他學(xué)科知識(shí)，并打破不同學(xué)科之間的壁壘，將所學(xué)知識(shí)有機(jī)串聯(lián)起來(lái)，形成一個(gè)更加全面的知識(shí)體系.

2.3 提升解決問題的能力

跨學(xué)科教學(xué)具有實(shí)踐性特征，是理論知識(shí)與實(shí)踐應(yīng)用相結(jié)合的新教學(xué)模式，引入貼近生活的問題和案例，能提升學(xué)生解決問題的能力.教師可以將社會(huì)熱點(diǎn)問題作為切入點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用物理、化學(xué)、生物等多學(xué)科知識(shí)來(lái)分析和解決問題.這種教學(xué)方式不僅能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還能提升學(xué)生的綜合思維能力和實(shí)踐能力.

3 跨學(xué)科概念融入高中物理教學(xué)策略

3.1 物理與數(shù)學(xué)融合，突出理性邏輯

物理是一門研究物質(zhì)的學(xué)科，而數(shù)學(xué)是一門抽象學(xué)科，用來(lái)描述和分析物質(zhì)的性質(zhì)和運(yùn)動(dòng)，二者的邏輯性較強(qiáng)，聯(lián)系也較為緊密.學(xué)生在解決物理問題時(shí)，也經(jīng)常會(huì)用到數(shù)學(xué)知識(shí).因此，在高中物理教學(xué)中，教師應(yīng)突出物理學(xué)科與數(shù)學(xué)知識(shí)之間的關(guān)聯(lián)，引導(dǎo)學(xué)生利用數(shù)學(xué)眼光去觀察物理現(xiàn)象，有效發(fā)展學(xué)生的邏輯思維，進(jìn)而對(duì)物理知識(shí)形成深刻的理解和感悟.值得注意的是，教師在推動(dòng)物理與數(shù)學(xué)融合時(shí)，應(yīng)突出數(shù)學(xué)的工具性特點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生利用數(shù)學(xué)語(yǔ)言去表示或描述物理概念、規(guī)律［2］.

例如 以人教版高中物理必修第一冊(cè)“勻變速直線運(yùn)動(dòng)的速度與時(shí)間的關(guān)系”教學(xué)為例，本課中的實(shí)驗(yàn)是教學(xué)中的重點(diǎn)，教師可以引入數(shù)學(xué)數(shù)列知識(shí)，開展跨學(xué)科教學(xué).首先，在實(shí)驗(yàn)中引導(dǎo)學(xué)生動(dòng)手操作，借助打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、小車、木板、重物等材料，測(cè)量物體的加速度.這一過(guò)程中，學(xué)生需要根據(jù)紙帶上點(diǎn)的距離，計(jì)算出每一段路程的平均速度，再分析各段路程的平均速度，得出規(guī)律：時(shí)間相同的條件下，小車速度的變化量也是相等的.教師引入代數(shù)思想，將任意相等的時(shí)間設(shè)置為t，那么任意相等時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)的速度差也是一個(gè)常數(shù)，本質(zhì)上是等差數(shù)列.由此，將晦澀難懂的物理問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問題，降低學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識(shí)的難度，為后續(xù)學(xué)習(xí)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).其次，教師在實(shí)驗(yàn)中還可以引入函數(shù)及其圖象相關(guān)知識(shí)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)展示“速度與時(shí)間”“位移與時(shí)間”相關(guān)圖象，讓學(xué)生運(yùn)用已掌握的函數(shù)知識(shí)展開分析，了解速度、時(shí)間、位移之間的重要關(guān)系.同時(shí)，根據(jù)圖象信息運(yùn)用函數(shù)推導(dǎo)出物理關(guān)系式，并提出問題引導(dǎo)學(xué)生思考：“一個(gè)物體正在做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，它的瞬時(shí)速度和時(shí)間之間的關(guān)系，與哪種函數(shù)關(guān)系類似？若這個(gè)物體的位移隨著時(shí)間變化規(guī)律為x=4t－2t2+4，那么，這個(gè)物體是做什么運(yùn)動(dòng)？”學(xué)生通過(guò)前面的引導(dǎo)，自然會(huì)聯(lián)系到函數(shù)思想，結(jié)合問題分析后得出對(duì)應(yīng)的答案.最后，教師在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)結(jié)束后，還可以在總結(jié)階段滲透數(shù)學(xué)思想，如通過(guò)數(shù)形結(jié)合的思想，模擬物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到的力，以及運(yùn)動(dòng)的狀態(tài).基于此，學(xué)生能在分析問題、解決問題中模糊物理與數(shù)學(xué)之間的界限，充分感知兩個(gè)學(xué)科之間的邏輯關(guān)系.

3.2 物理與信息技術(shù)融合，構(gòu)建直觀氛圍

課程改革強(qiáng)調(diào)物理教學(xué)中，要讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)家探究的過(guò)程，達(dá)到深入理解知識(shí)的目的.而信息技術(shù)的運(yùn)用能為物理教學(xué)提供更多可能性，教師可以從兩個(gè)方面入手，推動(dòng)物理與信息技術(shù)融合，為學(xué)生學(xué)習(xí)構(gòu)建直觀環(huán)境［3］.展開來(lái)說(shuō)，一方面利用信息技術(shù)導(dǎo)入新課，生動(dòng)呈現(xiàn)物理現(xiàn)象，能有效激發(fā)學(xué)生探究物理的興趣，另一方面，信息技術(shù)能為學(xué)生提供豐富的視覺和聽覺刺激，幫助學(xué)生建立直觀的物理概念，為其后續(xù)知識(shí)學(xué)習(xí)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).

例如 以人教版高中物理必修第一冊(cè)“摩擦力”教學(xué)為例，為了提高學(xué)生對(duì)摩擦力的掌握程度，教師應(yīng)利用信息技術(shù)展開教學(xué).首先，教師在課堂初始利用課件展示“冰球運(yùn)動(dòng)員在冰面上滑行”的視頻，視頻中的運(yùn)動(dòng)員在冰面上快速滑行，時(shí)而靈活轉(zhuǎn)彎，時(shí)而快速?zèng)_刺，展現(xiàn)出了極高的運(yùn)動(dòng)技巧.學(xué)生觀看視頻后，教師提出問題：“運(yùn)動(dòng)員為什么可以在冰面上控制自己的行動(dòng)，他們的速度為什么忽快忽慢？”讓學(xué)生回憶冰刀與冰面接觸的細(xì)節(jié)變化，從而引出摩擦力這一教學(xué)主題.其次，教師回放課件內(nèi)容，突出冰刀與冰面接觸、運(yùn)動(dòng)員用力蹬冰等過(guò)程，讓學(xué)生仔細(xì)觀察著其中的細(xì)節(jié)，發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)員滑行的過(guò)程中，冰刀與冰面之間存在一些微小的顆粒，這些顆粒在冰刀滑行時(shí)，相互摩擦、擠壓，形成了一層薄薄的液體膜，減少了冰刀和冰面之間的摩擦力.然而，冰刀與冰面之間仍然存在摩擦力，運(yùn)動(dòng)員需要不斷蹬冰才能保持速度，從而意識(shí)到摩擦力才是運(yùn)動(dòng)員能自由控制滑行方向和速度的關(guān)鍵因素.最后，教師繼續(xù)利用視頻中的細(xì)節(jié)，向?qū)W生講解摩擦力是如何產(chǎn)生的，以及摩擦力對(duì)運(yùn)動(dòng)員滑行的影響，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的同時(shí)，為其后續(xù)學(xué)習(xí)奠定良好的基礎(chǔ).

3.3 物理與語(yǔ)文融合，培養(yǎng)兼容思維

很多學(xué)生認(rèn)為物理邏輯嚴(yán)密、內(nèi)容抽象，理性的邏輯思維是學(xué)好物理學(xué)科的關(guān)鍵，忽視了感性語(yǔ)言與物理學(xué)科之間的關(guān)聯(lián).其實(shí)，語(yǔ)文具有明顯的工具性和人文性，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識(shí)也有一定的影響，尤其是在學(xué)習(xí)概率、規(guī)律等抽象性較強(qiáng)的知識(shí)時(shí)，學(xué)生的閱讀理解能力可以關(guān)系到最終學(xué)習(xí)成效［4］.因此，在高中物理教學(xué)中，教師應(yīng)圍繞物理與語(yǔ)文學(xué)科設(shè)計(jì)跨學(xué)科學(xué)習(xí)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的語(yǔ)言能力去分析、理解物理知識(shí).展開來(lái)說(shuō)，教師在跨學(xué)科教學(xué)中應(yīng)突出語(yǔ)文學(xué)科的特點(diǎn)，并鼓勵(lì)學(xué)生借助語(yǔ)言運(yùn)用能力分析物理現(xiàn)象，讓學(xué)生更好地理解和掌握物理知識(shí).

例如 以人教版高中物理必修第一冊(cè)“力的合成和分解”教學(xué)為例，教師結(jié)合教學(xué)方案和學(xué)生學(xué)習(xí)需求，靈活滲透語(yǔ)文知識(shí)，助力學(xué)生理解物理知識(shí).首先，教師在課堂導(dǎo)入環(huán)節(jié)中，可以借助“游刃有余”這個(gè)成語(yǔ)引入主題，如“大家聽過(guò)‘迎刃而解’這個(gè)成語(yǔ)嗎，這個(gè)成語(yǔ)是什么意思？”很多學(xué)生會(huì)對(duì)問題產(chǎn)生探究興趣，并根據(jù)自己對(duì)成語(yǔ)的理解給出了答案.教師再利用課件展示成語(yǔ)原有的意思，并借助“劈竹子”的場(chǎng)景向?qū)W生解釋力的分解.其次，教師在引導(dǎo)學(xué)生探究“力的合成和分解”知識(shí)時(shí)，還可以引入趣味故事：“古人稱刀斧的刃部為劈，一邊厚一邊薄的斜面木料為楔.劈能輕而易舉地劈開堅(jiān)硬的物體，楔可使物體間接觸得更緊密.相傳某個(gè)地方的古建筑因年久失修，建筑主體逐漸傾斜，有人提出可以利用楔修復(fù)，請(qǐng)問這個(gè)建議可行嗎？”最后，教師鼓勵(lì)學(xué)生以小組合作的方式，動(dòng)手實(shí)踐再現(xiàn)故事中的場(chǎng)景，并借助物理模型分析其中蘊(yùn)含的物理知識(shí).生動(dòng)、有趣的故事不僅可以豐富課堂內(nèi)容，還可以讓學(xué)生感受到物理學(xué)科的魅力，強(qiáng)化學(xué)生的語(yǔ)言表達(dá)能力.

3.4 物理與化學(xué)融合，發(fā)展科學(xué)素養(yǎng)

物理與化學(xué)同屬科學(xué)課程，是學(xué)生理解自然現(xiàn)象、掌握物質(zhì)本質(zhì)的關(guān)鍵學(xué)科.高中物理教學(xué)中，教材中包含著化學(xué)思想或知識(shí)，教師將物理與化學(xué)相融合，引導(dǎo)學(xué)生從微觀視角出發(fā)探究物理現(xiàn)象，精確掌握物理現(xiàn)象中蘊(yùn)含的原理.因此，教師有必要根據(jù)學(xué)生實(shí)際情況，引導(dǎo)學(xué)生多角度看待問題，并嘗試用化學(xué)知識(shí)解釋物質(zhì)變化的本質(zhì)，進(jìn)而加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的認(rèn)知［5］.

例如 以人教版高中物理必修第三冊(cè)“電荷”教學(xué)為例，當(dāng)教師講解“電荷守恒定律”知識(shí)時(shí)，為了讓學(xué)生深度理解電荷轉(zhuǎn)移的過(guò)程，以及電荷守恒的原理，教師應(yīng)引導(dǎo)從化學(xué)角度出發(fā)探索物理現(xiàn)象，發(fā)展學(xué)生的遷移運(yùn)用能力.首先，教師展示鐵、銅和稀鹽酸溶液組成的原電池，并利用動(dòng)畫模擬原電池中電荷移動(dòng)的過(guò)程，要求學(xué)生觀看后寫出鐵、銅和稀鹽酸溶液反應(yīng)的方程式和離子方程式.學(xué)生寫完之后，教師在黑板上寫下正確的方程式和離子式，并引導(dǎo)學(xué)生思考：“反應(yīng)中電荷是怎樣轉(zhuǎn)移的？反應(yīng)前后電荷數(shù)量是否存在變化？”其次，教師指導(dǎo)學(xué)生結(jié)合問題展開探究，通過(guò)小組討論認(rèn)識(shí)到稀鹽酸是電解質(zhì)溶液，鐵、銅為原電池的兩極，由于鐵的電極反應(yīng)為：Fe-2e-=Fe2+，銅的電極反應(yīng)為：2H++2e－=H2↑，認(rèn)識(shí)到反應(yīng)中的電荷由鐵流向銅，且反應(yīng)前后電荷數(shù)量并未發(fā)生變化.進(jìn)而總結(jié)出：這個(gè)反應(yīng)本質(zhì)就是鐵的電荷轉(zhuǎn)移給了氫離子，電荷總量并沒有發(fā)生變化等等.最后，教師再通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)的方式，向?qū)W生驗(yàn)證電荷守恒定律：①手持有機(jī)玻璃棒，用力將兩塊起電板快速摩擦后分開；②將其中一塊板插入箔片驗(yàn)電器上端的空心金屬球中；③將兩塊板同時(shí)插入空心金屬球；④觀察步驟②、③現(xiàn)象的異同.由此，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中可以聯(lián)想到化學(xué)原電池反應(yīng)，并客觀分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，更容易理解電荷守恒定律.基于此，教師在跨學(xué)科教學(xué)中，以化學(xué)原電池問題引導(dǎo)學(xué)生為切入點(diǎn)，啟發(fā)學(xué)生思維探究電荷守恒定律、電流、電動(dòng)勢(shì)等知識(shí)，實(shí)現(xiàn)物理與化學(xué)的深度融合.

4 結(jié)語(yǔ)

總的來(lái)說(shuō)，跨學(xué)科概念融入高中物理教學(xué)中，教師利用語(yǔ)文、數(shù)學(xué)、信息技術(shù)、化學(xué)等學(xué)科知識(shí)，為學(xué)生構(gòu)建內(nèi)容更加豐富、形式更加多樣的物理課堂，助力學(xué)生實(shí)現(xiàn)全面發(fā)展.在實(shí)際教學(xué)中，教師要結(jié)合教育改革趨勢(shì)，拓寬視野，在充分認(rèn)識(shí)高中物理跨學(xué)科教學(xué)價(jià)值后，探索本學(xué)科與其他學(xué)科之間的聯(lián)系，并在具體操作中使用恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法.從學(xué)生物理核心素養(yǎng)培養(yǎng)角度來(lái)看，跨學(xué)科能讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中實(shí)現(xiàn)知識(shí)和能力的遷移、運(yùn)用，在深入理解、概括知識(shí)的基礎(chǔ)上，建立對(duì)應(yīng)的物理觀念，也讓學(xué)生在活動(dòng)中體驗(yàn)到更有效的科學(xué)探究過(guò)程，讓科學(xué)思維得到更好的培養(yǎng)，真正發(fā)揮跨學(xué)科的育人價(jià)值和目標(biāo).

【基金項(xiàng)目：本文系南通市教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2022年度課題《為科學(xué)素養(yǎng)而教：基于跨學(xué)科概念的高中物理教學(xué)優(yōu)化研究》（課題立項(xiàng)編號(hào)：GH2022079）研究成果.】

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