初中物理跨學科融合教學的可行性策略及效果

中圖分類號：G63 文獻標識碼:A文章編號：0450-9889（2025)13-0118-04

傳統(tǒng)的學科教學往往以單一學科知識為核心，容易導致學生知識結構碎片化，難以形成綜合分析能力和解決實際問題能力。跨學科教學是新課改背景下逐漸興起的一種教學方式，通過整合多學科知識、研究方法和思維模式，幫助學生建立系統(tǒng)的知識體系，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和實踐能力。物理作為自然科學基礎學科，與數(shù)學、化學、生物學、地理等學科存在廣泛聯(lián)系?！读x務教育物理課程標準(2022年版）》強調(diào)物理與學生日常生活的緊密關聯(lián)，要求教師挖掘物理與其他學科之間的內(nèi)在聯(lián)系，幫助學生在學習過程中增強跨學科意識，從而提高其分析問題和解決問題的能力[2。然而，當前部分初中物理教師面臨跨學科教學經(jīng)驗不足、資源匱乏的困境，學科間的壁壘難以打破。因此，如何有效設計和實施跨學科融合教學，引導學生多維度理解自然現(xiàn)象，培養(yǎng)跨學科思維，成為初中物理教師亟待解決的問題。

一、初中物理實施跨學科融合教學的可行性與必要性

初中物理知識涉及物質(zhì)運動、能量轉(zhuǎn)化、電磁現(xiàn)象等基本概念和規(guī)律，具有抽象性、邏輯性和實踐性特征，與數(shù)學、化學、生物學、地理等學科有著密切聯(lián)系。數(shù)學為物理提供精確的定量描述和計算方法，是物理學習和研究的重要工具；化學知識有助于學生理解物質(zhì)的組成、結構和性質(zhì)變化，與物理中的物質(zhì)狀態(tài)、能量變化等內(nèi)容相互關聯(lián)；生物學中的生命現(xiàn)象和生理過程，都蘊含著豐富的物理原理；地理中的自然環(huán)境、氣候變化等問題，與物理中的熱學、光學、力學等知識緊密相連。這種學科之間的內(nèi)在聯(lián)系，為初中物理跨學科融合教學創(chuàng)造了有利條件。初中階段是學生科學思維和探究能力發(fā)展的關鍵時期[3]，物理教學不應僅囿于公式和定律的傳授，而應注重跨學科融合教學，拓寬學生的知識視野，培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)。

在當今科技飛速發(fā)展、社會不斷進步的時代背景下，知識更新的速度日益加快，各學科之間的界限逐漸模糊，學科相互滲透、融合的趨勢愈發(fā)明顯。社會對人才的需求更加體現(xiàn)了對人才綜合素養(yǎng)、創(chuàng)新能力和跨學科思維能力的需求。這類人才能夠在復雜多變的社會環(huán)境中，靈活運用多學科的知識和方法解決實際問題，推動科技創(chuàng)新和社會發(fā)展。因此，初中物理教學應順應時代發(fā)展的潮流，積極推進跨學科融合教學，以培養(yǎng)適應未來社會需求的復合型人才。

傳統(tǒng)的物理教學往往側(cè)重知識灌輸和應試能力培養(yǎng)，忽視理解和應用知識能力的培養(yǎng)[4]。例如，教師在講解物理公式和定律時，通常只是簡單地介紹公式的推導過程，然后通過大量的練習讓學生強化記憶，而較少引導學生運用數(shù)學知識對公式進行深入分析，也很少結合實際生活中的例子讓學生理解物理知識的實際意義，導致學生難以把握物理本質(zhì)和規(guī)律，缺乏解決實際問題的能力。物理學科的核心素養(yǎng)主要包括物理觀念、科學思維、科學探究能力和科學態(tài)度。初中物理跨學科教學應在尊重物理學科獨特性的基礎上，通過與其他學科的融合，為學生提供更為豐富、多元的學習體驗，激發(fā)學生的學習興趣和主動性，鼓勵學生在跨學科學習中主動思考和探索，引導學生在解決跨學科問題的過程中深化對物理知識的理解，從而提升學生的物理核心素養(yǎng)。

二、初中物理實施跨學科融合教學的策略

（一）立足教材內(nèi)容，系統(tǒng)規(guī)劃跨學科融合教學路徑

初中物理教材作為系統(tǒng)化的物理學科知識載體，蘊含著完整的物理概念體系，是學生系統(tǒng)理解物理概念、原理的重要工具。初中物理教師只有精準把握教材中知識點與其他學科的內(nèi)在聯(lián)系，才能明確跨學科融合教學目標，以物理核心概念為基石設計豐富的教學活動和學習任務，讓學生在不同學科的視角下理解物理知識，拓寬思維視野，培養(yǎng)跨學科素養(yǎng)[5。教師需要在教材的基礎上將物理學科知識進行結構化重組，結合具體教學內(nèi)容、教學目標和學生情況，有機整合多學科的知識和方法，通過實際案例分析、項目式學習和主題探究等形式，引導學生深入理解物理知識，培養(yǎng)學生的跨學科思維。

以人教版物理八年級下冊“杠桿”教學為例，教師應以教材知識點為根基，通過系統(tǒng)分析關聯(lián)學科知識，構建“物理核心概念一學科關聯(lián)點一綜合素養(yǎng)目標”的教學框架，使物理知識成為跨學科融合的樞紐。首先，教師明確這一課的物理核心概念和教學目標，即讓學生知道什么是杠桿，理解杠桿的工作原理及其應用。其次，教師從物理、數(shù)學、工程與技術和生物學等學科的知識維度，對教學內(nèi)容進行解構式分析，確立跨學科教學目標：理解杠桿原理，掌握杠桿平衡條件；運用數(shù)學方法解決杠桿問題；借助體育、生活實例，體會杠桿知識的跨學科領域應用，培養(yǎng)綜合思維。最后，教師構建跨學科教學框架，采用主題輻射式教學方法：課堂導入環(huán)節(jié)，播放運動員投擲鉛球視頻，引導學生思考手臂可看作一種簡單的機械模型一一杠桿，從生物學角度分析手臂的杠桿結構特征；課堂講解環(huán)節(jié)，通過實驗探究杠桿平衡條件，結合數(shù)學知識推導并建立 F₁L₁=F₂L₂ 的數(shù)學模型，要求學生利用數(shù)學比例知識進行力和力臂的計算，繪制人體手臂杠桿示意圖，比較省力杠桿與費力杠桿的特點；拓展應用環(huán)節(jié)，讓學生尋找生活中的杠桿，用數(shù)學計算其省力或省距離情況，討論杠桿在生活中的應用，設計“杠桿式垃圾夾”方案。這種教學設計既保持了物理學科的系統(tǒng)性，又通過精心選擇的跨學科聯(lián)結點整合多學科的知識和方法，培養(yǎng)學生的綜合思維能力和問題解決能力，實現(xiàn)從知識傳授到素養(yǎng)培養(yǎng)的教學轉(zhuǎn)型。

(二)構建知識網(wǎng)絡，深化跨學科認知理解

在初中物理教學中，普遍存在“學科壁壘\"現(xiàn)象，表現(xiàn)為將各學科知識割裂理解，缺乏整體認知視角。物理作為一門以實驗探究和模型建構為基礎的自然科學，與數(shù)學的邏輯推理、化學的物質(zhì)特性、生物學的生命現(xiàn)象等有著密切聯(lián)系。教師應通過構建跨學科知識網(wǎng)絡，引導學生將物理知識與其他學科知識有機融合，在跨學科聯(lián)系中深化對物理知識的理解與應用，提升綜合素養(yǎng)，培養(yǎng)系統(tǒng)性思維。

例如，人教版物理八年級上冊“透鏡及其應用”這一章節(jié)包括成像規(guī)律、光的傳播和透鏡在生活中的應用等知識，教師可通過數(shù)學建模、實驗觀察和跨學科聯(lián)動，幫助學生構建系統(tǒng)化的知識體系。首先，教師可引導學生運用數(shù)學工具分析透鏡成像：通過繪制主光軸、焦點、光線路徑，解析光路圖的對稱特性，幫助學生建立空間模型；利用物距(u）像距 (v) 與焦距 (f) 的幾何關系，結合相似三角形證明成像規(guī) ，將抽象的物理量轉(zhuǎn)化為可視化的數(shù)學關系；通過改變物距 等)繪制不同的成像情況，對比分析虛像與實像的特點，強化數(shù)形結合的思維訓練。學生借助數(shù)學邏輯推理，逐步掌握成像規(guī)律，同時提升空間想象能力和抽象建模能力。其次，教師可以講解初中實驗教學中常見的光學儀器透鏡知識的實際應用。教師通過實物展示或播放視頻，講解顯微鏡中雙凸透鏡的組合使用及焦距調(diào)節(jié)原理，讓學生直觀感受到凸透鏡在科學實驗中的重要作用。最后，教師將物理知識與生物學結合開展探究活動，讓學生從生命現(xiàn)象中透視物理機制，如開展“人眼是否為透鏡系統(tǒng)”的小組探究活動。學生查閱生物學教材、觀看眼球模型或眼球講解視頻，了解眼球晶狀體的成像特性，探討近視眼、遠視眼的形成及其矯正原理，培養(yǎng)跨學科分析問題的能力。這種跨學科的聯(lián)系，使學生明白物理知識并非孤立存在，而是廣泛應用于現(xiàn)實生活和科學研究的諸多領域。為強化知識的系統(tǒng)性與可視化表達，教師還可以指導學生繪

制多維知識圖譜，將物理概念、幾何作圖、數(shù)學比例關系等內(nèi)容系統(tǒng)關聯(lián)，構建可視化的跨學科知識網(wǎng)絡。如此，學生不僅能深入理解物理本質(zhì)，而且能在多學科融合的學習體驗中，培養(yǎng)“以理析象、以數(shù)解理”的科學思維，有效促進知識遷移與核心素養(yǎng)的發(fā)展。

(三)創(chuàng)設問題情境，培養(yǎng)科學探究能力

傳統(tǒng)的初中物理教學往往局限于單一知識點的講解，忽視知識的遷移應用，導致學生的科學探究興趣與主動性欠佳，容易陷入知其然而不知其所以然的困境。在初中物理跨學科教學中，教師應精心創(chuàng)設貼近生活、富有挑戰(zhàn)的問題情境或?qū)嶒炄蝿?，有效激發(fā)學生的學習動機，引導學生在探究過程中主動調(diào)用多學科的知識和方法解決實際問題，逐步形成系統(tǒng)性思維，切實培養(yǎng)科學探究能力。

例如，在人教版物理八年級下冊“運動和力”單元教學中，教師可通過導入生活情境、開展實驗探究和跨學科拓展等，幫助學生深入理解力與運動的關系，培養(yǎng)學生的科學探究能力。課堂導入環(huán)節(jié)，教師以“騎自行車上坡為什么比下坡吃力？”“跑步時為什么啟動最費勁？”等學生熟悉卻未深入思考的問題，激發(fā)學生的探究興趣，讓學生帶著疑問開啟學習之旅。實驗探究環(huán)節(jié)，教師通過多媒體設備播放模型小車在不同材質(zhì)斜面下滑的視頻，讓學生自主設計“探究不同材質(zhì)斜面與小車運動關系”實驗。在制作斜面時，學生結合勞動課程，利用木板、砂紙等材料，動手搭建斜面并調(diào)整坡度，鍛煉了實踐操作能力。斜面搭建好后，學生運用物理知識分析摩擦力、重力對小車運動的影響，使用秒表、標尺等工具完成實驗數(shù)據(jù)測量并將相關數(shù)據(jù)記錄下來，借助數(shù)學知識繪制運動距離與時間的關系曲線，直觀呈現(xiàn)數(shù)據(jù)變化。這一過程，既深化了學生對力與運動關系的理解，又鍛煉了動手實踐能力和數(shù)據(jù)處理能力。為進一步拓展學生思維，教師提出驅(qū)動問題“運動員啟動為什么要蹬地？”，引導學生借助生物學知識，理解肌肉收縮產(chǎn)生力的原理。之后，教師運用牛頓第三定律解釋力的相互作用，讓學生明白“力是改變物體運動狀態(tài)的原因\"這一核心概念。通過跨學科實踐，學生將物理知識與數(shù)學、生物學等學科有機融合，深入理解相關概念和原理，學會用數(shù)學工具建模、用科學思維解釋現(xiàn)象，從而實現(xiàn)了知識的內(nèi)化和科學探究能力的提升。

（四)創(chuàng)新實踐活動，豐富跨學科學習體驗

物理作為科學課程中的一個重要分支，其知識體系與數(shù)學、化學、生物學、地理等學科相互交織。在初中物理教學中，教師應創(chuàng)新設計實驗探究、項目式學習、科學制作等實踐活動，引導學生在動手操作中綜合運用多學科的知識和方法解決實際問題，培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)與創(chuàng)新能力，推動物理課堂教學從知識傳授向能力培養(yǎng)轉(zhuǎn)型。同時，實踐活動將物理知識置于真實任務情境中，能幫助學生建立知識關聯(lián)，讓學生在“做中學”“用中學”的過程中深化對物理原理、規(guī)律的理解，實現(xiàn)多學科知識的融會貫通。

例如，學生學習了人教版物理八年級上冊“物態(tài)變化”單元后，教師可以安排一個“制作節(jié)能小冰箱”的跨學科項目式學習活動。在活動中，教師首先引導學生思考：“冰箱為什么能制冷？日常生活中有哪些保溫或制冷的方法？”繼而提出挑戰(zhàn)任務：“請同學們設計并制作一個不用電的微型制冷裝置，要求能實現(xiàn)短時間內(nèi)降溫的效果，并解釋其中蘊含的物理原理?！睂W生以學習小組為單位進行討論，自主提出設計方案：利用水蒸發(fā)吸熱的原理，借助化學冷包、反射材料等方式實現(xiàn)降溫。教師需要適時引導學生回顧物態(tài)變化中的汽化吸熱、凝固放熱等知識，結合科學方法優(yōu)化設計思路；引導學生借助數(shù)學知識估算保溫時長與材料用量的關系式等。在制作環(huán)節(jié)，學生通過查閱資料、動手實驗、材料測試等方式，不斷調(diào)整方案，提升微型制冷裝置的科學性與實用性：如使用濕毛巾包裹瓶子并置于通風環(huán)境中，模擬蒸發(fā)制冷；利用泡沫箱和鋁箔紙進行隔熱測試，分析熱傳遞效率。在此過程中，學生既要理解物理原理，又要結合生物學中關于熱調(diào)節(jié)的內(nèi)容，以及美術和工程技術中的結構設計與材料選擇，實現(xiàn)知識的跨界融合?；顒油瓿珊螅處熃M織學生進行項目成果展示和效果測試，鼓勵學生用圖表、視頻或?qū)嶒炑菔镜榷喾N方式呈現(xiàn)項目成果，并評價彼此設計的科學性與實用性。通過項目式學習活動的實施，學生在真實任務中豐富跨學科學習體驗，培養(yǎng)了跨學科綜合素養(yǎng)和創(chuàng)新能力。

(五)設計跨學科課題，提升探究深度

跨學科融合背景下的初中物理教學，教師應積極挖掘可用于跨學科教學的素材，充分整合社會熱點問題或其他學科中與物理相關的知識，設計具有挑戰(zhàn)性的跨學科課題，鼓勵學生深入探究，促進學生物理核心素養(yǎng)的發(fā)展。

首先，教師可以將物理與其他學科的知識進行有機結合，設計綜合性研究課題，以增強學生對知識的綜合理解。例如，學生學習了人教版物理九年級全一冊“能源與可持續(xù)發(fā)展”單元后，教師可以從物理、地理學科視角出發(fā)，提出一個實際課題如“如何打造一個環(huán)保的小鎮(zhèn)？”等，引導學生思考如何利用太陽能、風能、水能等可再生能源，滿足小鎮(zhèn)的能源需求。教師要鼓勵學生運用地理知識評估不同地理環(huán)境對能源利用的影響，設計出科學合理的能源規(guī)劃方案。如此，學生便能將物理知識與地理知識有效結合，在跨學科課題活動中更好地發(fā)展批判性思維，促進多學科核心素養(yǎng)的協(xié)同發(fā)展。

其次，教師可以從社會熱點問題切入，引導學生深入探究物理與其他學科知識的關聯(lián)，增強學生的學習體驗。在課題選擇上，教師可以帶領學生開展“城市交通中的物理原理\"這一課題研究，引導學生運用物理、地理、信息技術等多學科知識，探討交通燈的設置時長、汽車的制動距離等問題。此外，教師也可以將探究課題交由學生自主，鼓勵學生根據(jù)學習興趣自主選擇探究方向。例如，教師可以讓學生自主決定一個與物理相關的課題，研究熱門科技在生活中的應用，如智能家居中的傳感器原理、無人駕駛技術中的路況感知與適應等。學生通過查閱相關資料，設計實驗或模擬分析，探討這些高科技領域的基礎物理原理，理解如何將抽象的物理原理應用于前沿科技。這種基于跨學科內(nèi)容的課題設計，讓學生能夠在興趣的驅(qū)動下主動學習探究，培養(yǎng)其創(chuàng)新思維。

三、初中物理跨學科融合教學的效果評價

傳統(tǒng)的教學評價機制重知識點考查，輕能力評價，導致教師難以從學科整合視角科學設計教學，制約跨學科教學的設計與實施。因此，探索科學、可操作的評價機制，既能有效檢驗跨學科融合教學的實際成效，又能幫助教師優(yōu)化教學策略，推動學生深度學習。初中物理跨學科融合教學的效果評價可以從知識整合、能力培養(yǎng)、學習體驗三個維度綜合考量（如表1)。教師秉持多維性、過程性和發(fā)展性原則，綜合運用課堂表現(xiàn)觀察、紙筆測試、實驗操作、項目報告等評價方式，并引入學生自評與互評機制，實現(xiàn)教學效果的全方位診斷。通過綜合評價，教師能精準識別教學優(yōu)勢與改進空間，為后續(xù)教學調(diào)整提供依據(jù)，不斷優(yōu)化初中物理跨學科融合教學。

為驗證初中物理跨學科融合教學實效，筆者選取所教兩個班級進行對比分析，從學生學習參與度、知識理解深度、跨學科聯(lián)系能力和問題解決能力等關鍵指標進行評價。評價結果顯示，初中物理跨學科融合教學在多個方面取得積極效果：學生學習參與度高達 88.6% ，顯示跨學科教學的吸引力；知識理解度為 80.3% ，大部分學生能夠理解、掌握物理知識并與其他學科相結合；跨學科聯(lián)系能力為 82.5% ，說明學生能夠理解學科間的關聯(lián)；問題解決能力為83.6% ，表明學生具備一定的獨立思考和解決問題的能力。總體來看，初中物理跨學科融合教學有效提升了學生的學習效果和綜合能力。

綜上所述，在初中物理跨學科融合教學實踐中，教師在堅持物理學科獨特性的基礎上，通過突破學科邊界、融合多學科的知識和方法，激發(fā)學生的探究動機和認知潛能，培養(yǎng)學生的知識整合能力；通過運用構建知識網(wǎng)絡、創(chuàng)設問題情境、創(chuàng)新實踐活動和設計挑戰(zhàn)性課題等教學策略，引導學生主動聯(lián)結多學科知識解決復雜問題，增強學生對物理本質(zhì)的理解深度，培養(yǎng)其動手實踐、邏輯推理和系統(tǒng)思維等關鍵能力，從而實現(xiàn)了物理教學從知識傳授向素養(yǎng)培養(yǎng)的轉(zhuǎn)型。

參考文獻

[1]陳剛.古代科學技術與跨學科教學的融合：以《天工開物》中初中物理相關技術為例[J.中學物理，2024，42(14):18-22.

[2]趙志強，閆美娟，孟揚旗.初中物理教師跨學科實踐教學的現(xiàn)狀、問題及提升建議[J].中學物理，2024，42(12):2-6.

[3周艷，王濤，張靜.指向素養(yǎng)發(fā)展的初中物理跨學科項目式教學：以“防洪堤壩的設計”為例[J].物理教師，2022，45(6)：38-42.

[4夏小昕.基于新教育理念下的初中物理教學優(yōu)化策略研究[J].廣西物理，2024，45(2)：121-123.

[5]吳弟斌，馬興娟.基于“大概念 ⁺ 項目化學習”的初中物理跨學科實踐單元教學設計J」.理科考試研究，2024，31（10):42-46.

注：本文系廣西教育科學“十四五”規(guī)劃2024年度專項課題重點課題“跨學科理念在中學物理實驗教學中的應用研究”（2024ZJY1005)的階段研究成果。

(責編韋榕峰）