數(shù)字化轉(zhuǎn)型背景下高中物理跨學(xué)科實踐理論與推進策略研究

中圖分類號：G633.7 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1673-8918（2025）13-0108-04

數(shù)字化背景下，信息技術(shù)與高中物理等學(xué)科的有機整合以及跨學(xué)科的實踐活動既可以突破學(xué)科界限又可以開闊學(xué)生的知識視野，還可以培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用多學(xué)科知識處理復(fù)雜問題的能力，符合新時期創(chuàng)新型和復(fù)合型人才的培養(yǎng)要求。但自前數(shù)字化轉(zhuǎn)型背景下高中物理跨學(xué)科實踐尚處在探索階段，出現(xiàn)了許多亟須解決的問題，如理論基礎(chǔ)不牢固，實踐推進沒有系統(tǒng)策略。因此，對數(shù)字化轉(zhuǎn)型背景下高中物理跨學(xué)科實踐進行理論探索和推進策略研究有著現(xiàn)實意義。

一、高中物理跨學(xué)科實踐的理論探索

數(shù)字化轉(zhuǎn)型背景下，高中物理跨學(xué)科實踐有堅實而多元的理論依據(jù)，從不同視角詮釋著自身的合理性和必要性，并為實踐活動打下堅實基礎(chǔ)。

建構(gòu)主義理論認為學(xué)生并不是被動接受知識，而是積極主動地以自己原有認知結(jié)構(gòu)為依托，與外界環(huán)境相互作用建構(gòu)新的知識體系。在高中物理跨學(xué)科的實踐過程中，數(shù)字化手段給學(xué)生營造出一個豐富的交互環(huán)境。例如，通過使用虛擬實驗室，學(xué)生可以獨立地進行各種物理實驗，并在實驗過程中整合化學(xué)、生物等相關(guān)學(xué)科的知識，以解釋各種現(xiàn)象和探索其背后的原理，超越了僅僅依賴書籍中的知識描述，而是通過親自調(diào)整實驗參數(shù)和觀察不同學(xué)科元素之間的互動結(jié)果，實現(xiàn)了物理學(xué)科與其他學(xué)科知識的有機整合，積極建構(gòu)跨學(xué)科知識網(wǎng)絡(luò)，這正符合建構(gòu)主義提倡的積極建構(gòu)過程，使學(xué)習(xí)更有深度和自主性。

多元智能理論認為人類智能具有多元性、相互獨立性與協(xié)同性，由“邏輯一數(shù)學(xué)”智能、空間智能、人際智能等幾個層面構(gòu)成。數(shù)字化轉(zhuǎn)型背景下高中物理跨學(xué)科實踐，為培養(yǎng)學(xué)生多元智能搭建了一個廣闊的平臺。以學(xué)生參與設(shè)計集物理原理和信息技術(shù)、藝術(shù)設(shè)計于一體的環(huán)保節(jié)能裝置項目為例，學(xué)生利用物理知識構(gòu)思裝置功能，并運用\"邏輯一數(shù)學(xué)”智能準(zhǔn)確地計算出有關(guān)物理量；用信息技術(shù)來實現(xiàn)智能控制，鍛煉編程和其他智能；在進行外觀設(shè)計時，空間智能和藝術(shù)審美智能得到發(fā)揮，并在項目團隊協(xié)作的同時促進人際智能的發(fā)展。通過這種跨學(xué)科實踐活動，將不同智能維度激發(fā)出來，共同幫助學(xué)生獲得全面的發(fā)展，這與多元智能理論中對多元智能發(fā)掘與開發(fā)的需求不謀而合。

二、高中物理跨學(xué)科實踐的價值

數(shù)字化轉(zhuǎn)型背景下高中物理跨學(xué)科實踐從幾個層面上展現(xiàn)了重要的價值，不管是對培養(yǎng)學(xué)生個體素養(yǎng)還是對全面提高教育教學(xué)質(zhì)量和滿足時代人才需求都具有不容忽視的積極意義。

從學(xué)生成長的視角來看，跨學(xué)科實踐有利于全方面促進學(xué)生綜合素養(yǎng)的提高。傳統(tǒng)高中物理教學(xué)更加注重物理學(xué)科內(nèi)部知識的教學(xué)，跨學(xué)科實踐則突破學(xué)科壁壘，使學(xué)生能夠接觸更為廣闊的知識領(lǐng)域。比如，當(dāng)學(xué)生參與一個數(shù)字化“智能交通系統(tǒng)的優(yōu)化”項目時，學(xué)生需要利用物理學(xué)的力學(xué)原理來分析車輛行駛時的受力情況，利用數(shù)學(xué)知識建立交通流量模型，并在信息技術(shù)輔助下對交通信號進行智能調(diào)控，這也必須與地理知識相結(jié)合，同時兼顧道路規(guī)劃和其他方面。在這一過程中，學(xué)生知識整合能力獲得鍛煉，能把不同學(xué)科知識融會貫通應(yīng)用于實際問題的解決，開闊視野，批判性思維與創(chuàng)新能力得到發(fā)展，處理復(fù)雜問題的綜合素養(yǎng)得到提高，這為學(xué)生將來考人高等學(xué)府繼續(xù)學(xué)習(xí)或者踏入社會迎接多樣化挑戰(zhàn)打下堅實的基礎(chǔ)。

從教育教學(xué)方面來看，數(shù)字化轉(zhuǎn)型背景下高中物理跨學(xué)科實踐促進教學(xué)模式創(chuàng)新和教學(xué)質(zhì)量提升。一方面，數(shù)字化資源如在線課程、虛擬實驗室和仿真軟件，極大地豐富了教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)手段，使得教師能夠根據(jù)教學(xué)目標(biāo)靈活地選擇適合自己的數(shù)字化工具，向?qū)W生展示更加直觀和生動的跨學(xué)科知識，如用動畫展示物理現(xiàn)象和化學(xué)變化之間的聯(lián)系，有助于學(xué)生加深對抽象概念的理解。另一方面，跨學(xué)科實踐促使教師從單一學(xué)科教學(xué)向多學(xué)科融合教學(xué)轉(zhuǎn)變，教師需要不斷提升自身跨學(xué)科素養(yǎng)，加強不同學(xué)科教師間的協(xié)作交流，聯(lián)合設(shè)計教學(xué)方案，引導(dǎo)學(xué)生練習(xí)，有利于優(yōu)化教學(xué)過程，使教學(xué)更貼近學(xué)生的學(xué)習(xí)需求與認知規(guī)律，繼而促進整體教學(xué)質(zhì)量的提高，從而使得高中物理教學(xué)獲得新的生機。

三、高中物理跨學(xué)科實踐的推進策略

（一）以課程標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)進行跨學(xué)科融合規(guī)劃

以數(shù)字化轉(zhuǎn)型為背景，以課程標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)進行跨學(xué)科融合規(guī)劃，是高中物理跨學(xué)科實踐得以有序進行的一個重要前提。課程標(biāo)準(zhǔn)為物理學(xué)科的各個知識點設(shè)定了明確的教學(xué)目標(biāo)和要求，只有以這些為基礎(chǔ)，才能科學(xué)地將其他學(xué)科的知識融合進來，實現(xiàn)跨學(xué)科的深度整合，從而提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。

以高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)中的“機械能守恒定律為例，教師在進行跨學(xué)科融合規(guī)劃時，可以將數(shù)學(xué)學(xué)科中的函數(shù)圖像知識和地理學(xué)科中的地勢與能量轉(zhuǎn)換相關(guān)內(nèi)容聯(lián)系起來，在進行教學(xué)設(shè)計時，首先要根據(jù)物理課程標(biāo)準(zhǔn)對機械能守恒定律的掌握要求，確定學(xué)生需要理解的定律內(nèi)容、能夠分析物體在不同情境下機械能是否守恒等目標(biāo)。其次，介紹數(shù)學(xué)學(xué)科的相關(guān)知識，通過構(gòu)造函數(shù)圖像，指導(dǎo)學(xué)生描述物體機械能在時間上或者位移上的變化規(guī)律。例如，教師可以讓學(xué)生以單擺運動為例，使用橫坐標(biāo)來表示擺球的位移，而縱坐標(biāo)則用來表示機械能，然后繪制出機械能守恒的函數(shù)圖像，這樣可以直觀地理解機械能總量保持不變這一抽象概念，同時，鍛煉了學(xué)生利用數(shù)學(xué)工具分析物理問題的能力。再結(jié)合地理學(xué)科知識，探討自然界中如瀑布水流從高處落下（地勢落差引起重力勢能的改變）時機械能的轉(zhuǎn)化情況，分析水的重力勢能如何轉(zhuǎn)化為動能，以及在這個過程中機械能守恒的體現(xiàn)。通過安排學(xué)生現(xiàn)場觀察瀑布或觀看有關(guān)數(shù)字化地理紀(jì)錄片等活動，再利用物理知識分析原理，使學(xué)生理解不同學(xué)科知識與現(xiàn)實現(xiàn)象的交織和驗證。

（二）借助數(shù)字工具，擴展物理實驗教學(xué)

數(shù)字化工具給高中物理實驗教學(xué)提供了空前拓展的空間，它可以打破傳統(tǒng)實驗中存在的許多限制，使學(xué)生能在更加豐富和多樣的實驗環(huán)境下深入探討物理原理，促進實驗技能和科學(xué)素養(yǎng)的提高。

例如，在高中物理課程中關(guān)于“光線的干涉與衍射”的實驗教學(xué)環(huán)節(jié)，由于實驗設(shè)備的精度和環(huán)境條件等多種因素的制約，傳統(tǒng)的實驗方法往往不能呈現(xiàn)明顯的效果，學(xué)生很難仔細觀察光線干涉條紋的特征和具體的衍射情況。而在數(shù)字工具上使用虛擬實驗室軟件則可以較好地解決上述問題。教師可在虛擬實驗室指導(dǎo)學(xué)生獨立進行實驗操作，對光源波長、雙縫間距和單縫寬度進行自由調(diào)整，并實時觀測光線干涉條紋間距和衍射圖案的變化，學(xué)生可重復(fù)做實驗，在各種參數(shù)下記錄相應(yīng)的實驗數(shù)據(jù)，利用軟件自帶的數(shù)據(jù)分析功能繪制條紋間距隨各種參數(shù)變化的圖像，挖掘光線干涉、衍射的規(guī)律。又如，在探索“電磁感應(yīng)現(xiàn)象”實驗中，通過數(shù)字化傳感器及數(shù)據(jù)采集器使學(xué)生能把線圈內(nèi)感應(yīng)電動勢變化實時收集傳送給電腦，利用配套軟件清楚地觀察到電動勢隨時間變化的圖像，并準(zhǔn)確分析了磁通量變化率和感應(yīng)電動勢的大小關(guān)系。同時也可以通過動畫演示功能對磁場線切割過程進行仿真，有助于學(xué)生對電磁感應(yīng)的微觀原理有更加直觀的認識。

（三）創(chuàng)建數(shù)字化跨學(xué)科的學(xué)習(xí)共同體

構(gòu)建一個數(shù)字化的跨學(xué)科學(xué)習(xí)共同體是推動高中物理跨學(xué)科實踐進一步深化的有效手段，該共同體利用數(shù)字化技術(shù)平臺突破時間和空間的限制，吸引來自不同學(xué)科背景的參與者，通過交流互動和協(xié)作分享等方式，達到知識整合和創(chuàng)新的目的，幫助學(xué)生跨學(xué)科學(xué)習(xí)。

以“對智能家居系統(tǒng)進行設(shè)計和原理探究”作為核心主題的跨學(xué)科學(xué)習(xí)社群，在數(shù)字化環(huán)境中，物理和信息技術(shù)教師、通用技術(shù)教師和對這一課題有興趣的不同年級學(xué)生聚集一堂。物理教師從電學(xué)和力學(xué)的視角深人探討了智能家居設(shè)備，如智能門鎖和自動窗簾等的物理原理。學(xué)生還討論了電磁感應(yīng)在無線充電式智能門鎖中的實際應(yīng)用，以及滑輪組在自動窗簾軌道上節(jié)省勞力的原理。在智能家居系統(tǒng)中，信息技術(shù)教師將深入探討網(wǎng)絡(luò)通信和程序控制的相關(guān)知識，例如，如何利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來遠程操控家中的電器設(shè)備和編寫代碼，以達到不同裝置智能聯(lián)動的目的等。通用技術(shù)教師指導(dǎo)我們注意產(chǎn)品的設(shè)計和制作過程，并從選材到結(jié)構(gòu)優(yōu)化都要加以分析。學(xué)生都積極地參與到這一共同體的討論中來，有些學(xué)生提出想設(shè)計出一種能夠根據(jù)室內(nèi)光線強度、溫度等因素來實現(xiàn)燈光亮度、空調(diào)溫度等參數(shù)自動調(diào)節(jié)的智能化控制系統(tǒng)，因此我們就圍繞這一構(gòu)想進行了合作。擅長物理的學(xué)生分析了光線傳感器、溫度傳感器的原理及怎樣用有關(guān)物理量來達到控制目的；信息技術(shù)優(yōu)秀的學(xué)生開始編制控制程序；也有學(xué)生站在通用技術(shù)的角度來考慮裝置的外觀設(shè)計、安裝布局等。

（四）發(fā)掘生活案例，推動跨學(xué)科實踐

數(shù)字化轉(zhuǎn)型背景下高中物理跨學(xué)科實踐，發(fā)掘生活案例以推動實踐活動的開展，是一項行之有效的策略。在生活中到處都包含著大量跨學(xué)科的知識，選擇貼近學(xué)生現(xiàn)實生活的課例，可以使抽象的學(xué)科知識生動形象地呈現(xiàn)在學(xué)生面前，引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探索欲望，促使其積極主動地應(yīng)用多學(xué)科知識來分析問題、解決問題。

以“家庭電路改造”這一生活實例為例開展跨學(xué)科實踐活動。從物理學(xué)科角度講，它涉及電路基本原理，如串聯(lián)和并聯(lián)電路特性，電流、電壓和電阻有關(guān)知識，安全用電規(guī)律。學(xué)生要知道不同電器接人家庭電路的方法和怎樣根據(jù)電器功率選擇適當(dāng)電線規(guī)格以避免過載和其他安全隱患。從數(shù)學(xué)學(xué)科的角度看，計算家庭電路各支路電流大小、總功率及按電費單價來計算用電成本時，均需應(yīng)用數(shù)學(xué)運算知識。比如，學(xué)生需要從已知電器功率及電壓出發(fā)，運用歐姆定律、電功率計算公式來精確地計算電流的值，從而判斷電路的安全性，還可以直觀了解家庭用電費用組成及計算方式?，F(xiàn)如今智能家居系統(tǒng)已經(jīng)逐步推廣開來，將智能控制設(shè)備融入家庭電路改造當(dāng)中也是一種普遍現(xiàn)象。學(xué)生可探索如何利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳感器技術(shù)來達到遠程控制電器開關(guān)和智能調(diào)節(jié)電器工作狀態(tài)的目的，并理解其信息傳輸和編程控制的原理。教師可首先通過演示部分家庭電路使用不合理導(dǎo)致失效的視頻案例，激發(fā)學(xué)生的好奇心，再組織學(xué)生分組調(diào)查自己家或者周圍家庭的電路狀況，利用已學(xué)過的多學(xué)科知識對其進行分析，并提出合理改造方案，同時借助電路模擬軟件等數(shù)字化工具驗證該方案的可行性。以這樣一個生活案例為動力，讓學(xué)生深刻體會到跨學(xué)科知識對現(xiàn)實的重要意義，增強其跨學(xué)科解決現(xiàn)實問題的能力。

（五）大數(shù)據(jù)輔助，實現(xiàn)跨學(xué)科教學(xué)決策優(yōu)化

數(shù)字化轉(zhuǎn)型背景下，以大數(shù)據(jù)為輔助對高中物理跨學(xué)科教學(xué)決策進行優(yōu)化具有重要意義。大數(shù)據(jù)可以對學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的各種信息進行收集、整理與分析，并對教師進行全面而詳細的反饋，使得教學(xué)決策更科學(xué)、更準(zhǔn)確，更符合學(xué)生學(xué)習(xí)需求與發(fā)展現(xiàn)狀。

以“新能源汽車的原理及應(yīng)用”這一跨學(xué)科的教學(xué)為例，教師可以通過在線學(xué)習(xí)平臺來收集學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的各類數(shù)據(jù)信息，如，學(xué)生觀看新能源汽車有關(guān)教學(xué)視頻的停留時長和回放次數(shù)，這些數(shù)據(jù)可以體現(xiàn)學(xué)生對不同知識點的理解難度。如果觀察到大多數(shù)學(xué)生在多次觀看電池能量管理系統(tǒng)原理講解部分的回放，教師便能明白這正是學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的難點，這將有助于教師在后續(xù)的教學(xué)決策過程中做出更明智的選擇，確定加入較多與該部分知識相關(guān)的案例分析、動畫演示和其他輔助教學(xué)內(nèi)容，幫助學(xué)生加深理解。在學(xué)生參與線上關(guān)于新能源汽車涉及的物理原理（如電動機工作原理）、化學(xué)知識（如電池的化學(xué)反應(yīng)）以及信息技術(shù)應(yīng)用（比如智能控制、自動駕駛）等跨學(xué)科內(nèi)容的討論時，大數(shù)據(jù)能夠?qū)W(xué)生發(fā)言內(nèi)容、提問頻率等進行分析，了解其整合運用各學(xué)科知識的能力和疑惑點。同時通過大數(shù)據(jù)分析學(xué)生在線上完成跨學(xué)科作業(yè)、項目式學(xué)習(xí)的結(jié)果，比如作業(yè)完成準(zhǔn)確率、不同學(xué)科知識在項目中的使用比例，教師能夠準(zhǔn)確地評判每一個學(xué)生跨學(xué)科學(xué)習(xí)的長處和短處。如果發(fā)現(xiàn)學(xué)生對物理學(xué)科知識和信息技術(shù)的整合運用表現(xiàn)薄弱，教師則可以有針對性地安排專項練習(xí)活動，以增強不同科目教師之間的合作引導(dǎo)，優(yōu)化教學(xué)方法與內(nèi)容安排。在大數(shù)據(jù)助力下，高中物理跨學(xué)科教學(xué)更有針對性，促進教學(xué)質(zhì)量與學(xué)生學(xué)習(xí)效果提升。

（六）開展線上與線下混合式的跨學(xué)科活動

線上與線下混合式跨學(xué)科活動的開展可以充分發(fā)揮二者的優(yōu)勢，促進高中物理跨學(xué)科實踐效果的提升。線上線下的互動更具有即時性和直觀性，而線上的互動更容易實現(xiàn)資源共享和深度交流，兩者互為補充，能夠開闊學(xué)生的思維邊界，提高學(xué)生對知識的整合和應(yīng)用能力，使跨學(xué)科的實踐更有生機和效果。

例如，“橋梁中的物理與力學(xué)奧秘”這一主題，可以線下組織學(xué)生實地參觀橋梁，讓學(xué)生直接體驗橋梁的構(gòu)造，并由物理教師在現(xiàn)場詳細講解力的平衡問題、材料力學(xué)和其他物理知識，指導(dǎo)學(xué)生對不同橋型受力特點進行觀察。同時，美術(shù)教師對橋梁外觀設(shè)計中的美學(xué)元素進行剖析，使學(xué)生能夠理解實用和美觀相結(jié)合的原則。回到線上，借助學(xué)習(xí)平臺進行進一步的探索。學(xué)生以小組為單位調(diào)閱資料，學(xué)習(xí)橋梁建造過程中所使用的化學(xué)材料相關(guān)知識，信息技術(shù)對橋梁監(jiān)測和控制方面的跨學(xué)科內(nèi)容以及編制匯報PPT。隨后在網(wǎng)上會議室展示交流，各組之間相互學(xué)習(xí)，解答問題，各學(xué)科的教師在網(wǎng)上發(fā)表自己的意見和補充建議。

這一混合式活動使知識更具形象性，線上拓展探究突破了時間和空間的限制，開闊了學(xué)生的視野，幫助學(xué)生在多學(xué)科融合情境下更好地獲取知識、鍛煉了綜合實踐能力，有力地促進了高中物理跨學(xué)科實踐發(fā)展。

四、結(jié)論

綜上所述，數(shù)字化轉(zhuǎn)型給高中物理跨學(xué)科實踐提供了新機遇和新挑戰(zhàn)。通過對其進行深入理論探索，并采取合理有效的推進策略，可以在數(shù)字化環(huán)境中更好地推動高中物理等學(xué)科深度融合發(fā)展，促進學(xué)生綜合素養(yǎng)及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。在未來高中物理教學(xué)當(dāng)中，教師要主動迎合數(shù)字化變革的需求，不斷地完善跨學(xué)科實踐各環(huán)節(jié)，從而滿足新時期教育發(fā)展對人才的需求，助力跨學(xué)科思維與實踐能力相結(jié)合的高素質(zhì)人才的培育。

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