初中物理跨學科實踐教學的路徑研究

紀賢勇,溫 蕓

(1.北海市教育教學科學研究所,廣西北海,536000;2北海市第七中學,廣西北海,536000)

一、引言

隨著科學技術的不斷發展,各學科之間的聯系越來越緊密,開展跨學科研究已經成為當前學術界的重要趨勢。在多學科交叉融合的背景下,跨學科實踐教學成為培養學生綜合素質的重要途徑。初中物理作為一門基礎學科,其教學過程涉及多個學科領域,與其他學科有交融點。然而,目前初中物理教學主要以知識點傳授為主,缺乏與其他學科的融合,拓展不足。本研究旨在探索初中物理跨學科實踐教學的路徑,通過整合不同學科的知識點和實踐資源,設計具有可操作性的實踐教學方案,旨在提高學生的綜合素質和解決問題的能力。為其他學科的交叉融合提供借鑒和參考經驗,推動多學科交叉融合的發展和應用。

二、價值意蘊

(一)有助于物理課程的體系整合式發展

《義務教育物理課程標準(2022年版)》對初中物理教學課程內容進行了詳細劃分,要求以五個主題層級對內容進行呈現,并在實踐教學中強化物理知識與技能的融合,在不斷豐富物理課程內容的基礎上,推動物理課程體系的進階式發展。[1]通過梳理以往文獻,本研究認為跨學科實踐教學在物理課程體系整合式發展中具有以下價值。

第一,能夠促進知識與技能的整合。傳統的物理課程通常只注重對物理概念和原理的教學,缺乏與其他學科的聯系。在跨學科教學中,物理能夠與數學、化學、生物等學科融合,通過多種視角理解某一物理知識點,可以引導學生更好地理解和應用物理知識。例如,在學習有關電路的知識時,物理與數學可以相互補充,通過融入數學的乘除概念提高學生對物理中電流、電壓和電阻之間關系的理解。這種整合有助于培養學生的綜合素養,使學生能夠將所學的知識和技能真正應用到實際問題中。

第二,能夠培養學生的綜合思考能力和解決問題的能力。將物理與其他學科的知識結合起來教學,能夠使學生從多個學科的角度分析和探索問題。例如,在研究環境保護問題時,學生需要考慮到物理、化學和生物等多個學科的知識,并綜合運用這些知識制定解決方案。這種綜合思考能力的培養有助于使學生形成系統性思維,提高學生解決問題的能力。[2]

第三,有助于提升學生的實際應用能力和創新能力。只注重講授的物理課程通常只有對抽象概念的講解,缺乏實際應用的機會。在跨學科實踐教學中,學生可以將所學的物理知識應用到現實生活解決問題。例如,在設計可持續能源系統的任務中,學生不僅需要運用物理知識評估不同能源的可行性和效率,還要結合其他學科的知識設計出最符合實際需求的方案。[3]這種實際應用能力的培養有助于學生將所學物理知識應用于現實生活,提高學生的創新能力。

第四,有助于拓寬學生的視野,培養學生的跨文化素養。通過與其他學科的交叉融合,學生可以接觸到不同學科的思維方式和方法論。在深入探索不同的科學思維方式和觀點的過程中,能夠加深學生對多元文化的認識和理解,提升學生在跨文化環境下的溝通和合作能力。

(二)符合物理學科核心素養培育目標

跨學科教學能夠促進學生對物理知識的深入理解和應用。例如,在研究天氣現象時,學生需要運用物理和化學知識分析大氣層的組成和變化規律,并運用數學模型預測天氣變化。這種綜合性學習有助于學生深入理解物理知識的內涵,提高知識應用水平。[4]

跨學科教學還能夠培養學生的實踐能力和創新意識。初中物理跨學科教學通過融合不同學科的知識和方法,引導學生從多角度、多層次思考問題,激發學生的創新思維。[5]例如,將化學、生物等學科的知識引入物理教學,可以讓學生了解物理學科與其他學科的關聯,進一步拓展學生的思維廣度和深度。同時,跨學科教學可以讓學生了解不同學科之間的交叉點和綜合性,幫助學生發現科學問題,培養學生發現問題的能力。同時,初中物理跨學科教學可以讓學生了解科學知識的多樣性和復雜性,幫助學生學習科學研究的方法,讓學生認識到樹立科學態度的必要性,了解科學技術的應用對人類社會的影響,培養學生的社會責任感和科學態度。[6]通過了解不同學科的研究方法和思路,學生可以更好地培育科學探究的基本素養。

(三)契合物理課程育人理念導向

初中物理教學要遵循學生的認知發展規律,密切關注物理知識與現實世界的關聯,構建符合教學主題的課程結構體系,堅持以問題為導向,促進學生的全面發展。初中物理跨學科實踐教學與物理課程育人理念導向相契合,有利于促進學生更好地發展。其具體表現為以下幾點。

第一,跨學科教學能夠促進學生的全面發展。跨學科教學將物理與其他學科結合,使學生能夠綜合運用所學知識和技能。例如,通過與生物學的融合,學生可以研究生物機體的運動原理,通過與化學的融合,學生可以研究物質的變化過程。這種多學科培養有助于學生在認知、情感、社會和實踐等多個方面的發展獲得平衡。[7]第二,跨學科教學能夠培養學生解決問題的能力。跨學科教學要求學生從多個學科角度思考問題,能夠培養學生的創新思維和提高學生解決問題的能力。第三,跨學科教學能夠培養學生的人文關懷和社會責任感。將物理與文化、倫理等學科結合起來,學生可以從人文的角度理解物理現象。例如,在探究能源問題時,學生需要考慮不同社會群體對能源的需求以及不同能源對社會的影響,思考并提出可持續發展的方案。人文關懷和社會責任感的培養有助于使學生形成積極的社會價值觀和公民意識。

三、實施路徑

(一)深化頂層設計,構建跨學科實踐體系

從學生跨學科能力角度出發,深化頂層設計,構建跨學科實踐體系,有利于打破學科界限,促進學科間的融合發展。頂層設計是初中物理跨學科實踐教學的核心,也是開展后續教學實踐工作的重要依據。深化頂層設計,構建跨學科實踐教學體系,是當前教育改革的重要方向。跨學科實踐教學體系旨在培養學生的科學素養和綜合能力,通過將物理與其他學科交叉融合,學生能夠學得新知識,掌握新技能。

在構建初中物理跨學科實踐教學體系時,應明確實踐教學的目標、原則、內容、方法和評價等方面,確定實踐教學與理論教學的關系。在頂層設計中,應突出學生的主體地位,以培養學生的科學素養和綜合能力為目標。同時,注重實踐教學內容的多樣性和靈活性,結合不同學科的特點設計適合學生的實踐項目。此外,應采用多種教學方法和手段,如實驗教學、案例教學、項目式教學等,以激發學生的學習興趣。

初中物理跨學科實踐教學體系的核心是跨學科融合,即將不同學科的知識和技能融合在一起,形成綜合性實踐教學模式。這種模式可以讓學生在學習物理的同時了解其他學科的知識和技能,有助于提升學生的綜合能力和創新能力。例如,在物理實驗中引入化學知識,讓學生探究不同物質之間的相互作用。在物理實驗中引入生物知識,讓學生探究生命現象中的物理規律。在物理實驗中引入數學知識,能鍛煉學生的數據處理和分析能力。在具體實踐中,初中物理跨學科實踐教學能夠讓學生掌握基本的實驗技能和方法,了解實驗原理和數據處理方法。

(二)結合學生基礎,豐富跨學科教學內容

初中物理跨學科實踐教學需要根據學生的學習特點與實際掌握情況合理調整教學內容與教學方法,在多學科知識融入下滿足學生的多元化學習要求。

1.數學與物理的結合

在教學中,可以在物理知識中引入數學概念和公式,幫助學生理解物理現象背后的數學原理。將數學與物理知識有機結合起來,可以幫助學生更好地理解和應用物理概念。設計物理跨學科教學案例如下。

教學目標:理解物體的運動速度與加速度之間的關系;通過數學公式計算物體的運動速度和加速度;運用數學知識解決物理問題。具體教學內容包括勻速直線運動和變速直線運動,一次函數和二次函數的圖象、函數表達式和運算。

在引入階段,教師向學生簡要介紹物理中的勻速直線運動和變速直線運動概念,并強調它們與數學中的一次函數和二次函數的聯系。在知識鞏固階段,教師通過舉例讓學生熟悉一次函數和二次函數的圖象、函數表達式和運算規則。教師提出相應的物理問題,讓學生分析并繪制函數圖象。例如,一個質點做勻速直線運動,其位移與時間之間的關系是否為一次函數,請畫出圖象。在知識應用階段,教師需要引導學生思考物體的速度與加速度之間的關系。例如,可以提問“若一個物體的速度是變化的,那么它的加速度是如何變化的”。在學生充分討論后,教師開始講解速度和加速度的數學計算公式,并結合具體的物理場景進行實例演示。之后,教師需要設計問題,讓學生應用數學一次函數或二次函數的知識,計算物體的速度和加速度,如“一個自由落體運動的物體,已知它的位移隨時間的變化滿足二次函數關系,求它在某個時刻的速度和加速度”。在實踐活動階段,教師向學生提供不同的物品,讓學生分組進行實驗,在實驗中觀察物體在不同條件下的運動情況。在實踐中,學生可以根據實驗數據,利用所學的數學知識計算物體的速度和加速度,并與實驗結果進行對比驗證。最后,在總結反思與評價階段,教師可以舉現實生活中的例子,讓學生總結數學與物理的結合在解決實際問題中的價值,引導學生思考如何將數學知識運用到其他物理現象中。教師根據學生對物理概念和數學應用的理解程度,開展個人作業、小組討論和課堂展示等形式的評價。評價內容主要包括對問題求解的準確性、邏輯的清晰性和團隊合作能力。

2.化學與物理的結合

物理和化學有密切的聯系。教學時可以引入一些化學實驗,讓學生觀察現象,使其更加直觀地理解物理或化學概念。

教學目標:理解物質的物理性質和化學性質的關系;通過觀察和實驗,探索物質的物理性質對化學反應的影響;運用化學和物理知識解決物質變化的問題。教學內容:物質的密度、熱導率、電導率等物理性質;物質的化學反應、反應速率、化學平衡等化學性質。

在引入階段,教師向學生簡要介紹物質的物理性質和化學性質的概念,強調從微觀和宏觀視角理解物理和化學之間的聯系。在知識鞏固階段,教師可以通過示例讓學生回顧物質的物理性質和化學性質的知識。例如,讓學生分別描述氧氣和氯氣的物理性質和化學性質。在實驗探究階段,教師設計實驗“觀察物質的物理性質對化學反應的影響”。例如,教師可以引導學生將酵母加入不同溫度的水,觀察發酵速率的變化。學生觀察并記錄實驗數據,分析實驗結果,探究物質的物理性質對化學反應的影響規律。在知識應用與實踐活動階段,教師講解物質的物理性質和化學反應,引導學生運用所學的物理和化學知識分析和解決相關問題,例如“為什么在相同條件下,導熱性能較好的金屬更適合用于制作散熱器”。教師將學生分組進行小項目研究,每個小組選擇一個特定的化學反應或物質變化,通過實驗和觀察,結合物理性質和化學性質的知識,解決相關問題。最后,在總結反思與評價階段,教師需要結合實際案例,引導學生總結化學與物理的結合在解決實際問題中的價值,引導學生思考如何將化學知識運用到其他物理現象的解釋和計算中。根據學生對物理概念和化學應用的理解程度,開展個人作業、小組討論和課堂展示等形式的評價活動。評價內容主要包括學生對物質性質與化學反應關系的理解、化學問題求解的準確性和邏輯清晰性。

3.地理與物理的交叉

地理中包含了許多與物理相關的內容,例如地球自轉、天氣變化等。將地理知識引入物理教學,可以幫助學生更好地理解和應用相關概念。

教學目標:理解自然界現象與物理規律間的關系;通過觀察和實驗,探索地理現象背后的物理原理;運用地理和物理知識解決實際問題。教學內容:重力、電磁波等物理規律;地球的自轉和公轉、大氣環流、地震與地殼運動等自然現象。

在引入階段,教師向學生簡要介紹地理現象與物理規律之間的聯系,著重強調地理現象背后的物理原理。在知識鞏固階段,教師通過舉例讓學生回顧地球的自轉和公轉、大氣環流等地理現象的知識,引導學生思考這些地理現象與物理規律之間的關系,例如“為什么地球會有四季變化,這和地球的自轉和公轉有什么關系”。在實驗探究階段,教師設計實驗,讓學生觀察地理現象背后的物理原理。例如,教師模擬地震實驗,引導學生觀察懸掛的小球在地震時的擺動情況,帶領學生探索地震與地殼運動的關系。學生再自主進行實驗并記錄實驗數據,分析實驗結果,探究地理現象與物理規律的關聯性。在知識應用與實踐階段,教師向學生講解地理現象背后的物理理論,引導學生運用所學的地理和物理知識分析和解決相關問題,例如“為什么赤道附近的地區熱帶風暴較為頻繁”。學生分組進行小項目研究,選擇一個地理現象,結合地理和物理知識解決相關問題。在總結反思與評價階段,教師結合實際案例,引導學生總結地理與物理的結合在解決實際問題中的應用價值。根據學生對地理概念和物理應用的理解程度,開展多種形式的評價。評價內容主要包括學生對地理現象與物理規律關系的理解、分析的準確性和團隊合作能力。

(三)注重實施過程,進行跨學科評價引導

在當前的教育背景下,初中物理跨學科實踐教學已經成為提高學生綜合素質的重要手段。為了更好地實施和評價初中物理跨學科實踐教學,需要關注其實施過程,并進行評價引導。首先,需要確定教學目標。教學目標應圍繞物理學科知識、技能和能力,結合其他學科的要求進行制定。其次,進行教學資源整合。為了更好地開展跨學科實踐教學,需要整合豐富多樣的教學資源,包括實驗器材、實地考察地點和科學數據庫等。最后,優化教學環節。根據教學目標和教學內容,教師需要對初中物理理論學習、實驗操作、小組討論和成果展示等環節進行科學化設計。在實驗操作環節,教師可以結合物理學科的實驗開展其他相關學科的實驗操作。在小組討論環節,教師可以引導學生進行跨學科的思考和交流。

初中物理跨學科實踐教學需要從多個層面進行評價。教師在對學生的學習成果進行評價時,要將多種評價方式結合起來,例如,采用書面測試、實驗操作、作品展示和小組討論等多種形式進行評價,以提升跨學科實踐教學評價的全面性。評價應以評價標準為依據,教師在制定評價標準時,需要結合物理教學目標和不同教學內容進行制定。例如,在進行光的折射和全反射現象教學時,可以制定以下評價標準:第一,掌握光的折射和全反射現象的物理原理;第二,了解全反射現象在日常生活中的應用;第三,能夠運用數學幾何知識解釋光的折射和全反射現象;第四,能夠通過實驗操作驗證光的折射和全反射現象;第五,能夠運用化學分子結構知識解釋光的折射和全反射現象的微觀機制;第六,能夠在小組討論中表達自己的觀點和理解;第七,能夠積極參與課堂討論和實驗操作;第八,能夠認真完成學習任務并遵守實驗室規章制度。

四、結語

初中物理跨學科實踐教學旨在提升學生核心素養。在物理跨學科實踐教學中,教師應深刻認識到跨學科的內涵與實際應用價值,規避教學誤區,堅持在正確的育人理念下開展初中物理教學工作。物理跨學科實踐教學的開展要經過長期的實踐與經驗總結,在深化頂層設計下,注重學生學習情況,強化教學實踐過程,不斷完善教學評價體系,并根據物理教學內容的差異性與層次性進行階段性調整,從而發揮跨學科實踐教學的真正價值。