淺談基于STEAM理念推進學科融合培養初中物理教師綜合能力

蔣登鋒

（遵義師范學院附屬實驗學校 貴州 遵義 563000）

物理一直被認為是比較難學的學科之一，學生在初中剛開始接觸物理時還比較容易感興趣，但隨著知識由淺入深、由簡到繁，很多學生在學習過程中逐漸掉隊，甚至到最后放棄學習。鑒于此，我在一項關于初中物理學習方法探索的市級課題研究過程中組織了市內多所城鎮、鄉村初中學校學生開展對物理有關學習情況的問卷調查，同時結合不同年級、不同層次（成績優秀、良好、中等、薄弱）學生進行談心談話。通過對上述兩種方式的調查，發現物理成績優秀、良好的學生在學習物理時，大部分都能很好地利用已掌握的其它各學科基礎知識進行有效遷移，初步形成了跨學科知識橫向滲透關聯學習規律；而物理基礎較薄弱或大部分成績中等的學生往往把物理學科孤立看待，缺乏與其他學科聯系的意識導致對物理學習感覺枯燥、概念抽象。這給物理教學研究提供了很好的啟發，而STEAM 教育理念的提出正好提供了教學研究思路。STEAM 教育理念主要闡述藝術、人文、創新教育、設計思維在綜合性教育中的作用。基于STEAM 教育理念結合問卷調查和談話內容的分析，我認為物理學科教學很有必要推進學科知識橫向滲透，引導學生構建跨學科知識遷移意識，利用其他學科基礎知識解答物理相關問題，同時用物理思想促進對其他學科知識的理解，將抽象的物理概念構建為具體知識結構模型，降低理解難度、增強自信，從而培養對物理的學習興趣。這既培養學生形成良好的思維方法，有利于高中物理的進一步學習，同時能減輕作業量，真正做到減負提質，落實教育部“雙減”政策。

每個學科都有自己的核心素養和知識結構，初中學生在小學階段學習的基礎上已經基本建立起對語文、數學、英語、科學、思想品德以及音樂、體育、美術、信息技術等學科的知識結構模型基礎。因此，初中物理教師教學過程中可以在學生已有知識模型基礎上引導進行橫向聯系。當然這樣的前提是教師必須具有跳出物理學科開展物理教學的意識和能力，教師不但要熟練掌握物理各章節知識重點，還需要熟悉其它學科知識重點，深入了解學生對相關知識的掌握情況，這樣才能恰到好處的將關聯知識高效遷移到物理學科進行橫向滲透，使學生在跨學科基礎上很快熟悉對應物理知識并建立初步的知識結構模型。而這樣必然需要教師在原有備課基礎上花費更多時間、經歷對非物理學科進行深入橫向對比研究，先把自己提升為綜合應用型教師。這樣一方面可以潛移默化地引導學生進行多學科知識的有效融合，消除學生對物理的陌生感，培養跨學科橫向聯系的意識，變抽象為具體，降低理解難度消化畏難情緒，從而培養對物理的學習興趣。同時學生也容易對教師專業的學科專業水平和綜合能力產生崇拜心理，實現因崇拜老師而喜歡物理學科，對培養學生的物理興趣起到事半功倍的效果。現在年輕教師學歷高、經歷旺，具備這樣的能力基礎。下面通過一些事例談談我對跨學科滲透的一些見解。

1.從課堂教學各環節進行跨學科滲透

1.1 新課引入環節設計學科關聯

語文教材里很多現代文、古文詩句蘊含了豐富的物理知識，如吳邁《望天門山》進行了相對運動的描述、《楓橋夜泊》描述了聲音的傳播、《桂林山水》描述了光的反射與折射、《峨眉山行記》描述了大氣壓與海拔的關系。像這樣已經學習過的、可以挖掘豐富物理知識的語文篇目還有很多，如果將相關課文使用在物理教學新課引入環節可以有很強的代入感，再通過所學物理知識對詩人描述的物理現象進行科學解釋，可以讓物理課堂變得生動、活潑；中小學數學涉及物理模型的案例不多，但小學數學已經涉及對速度模型的簡單運算以及面積、體積的應用，數學學科更多是計算方法對物理問題的解決；英語已學的很多單詞首字母演變成物理概念、單位的符號；小學科學已經對力、熱、聲、光、電有關物理現象進行了初步的認識和探究，而其他學科也都有挖掘物理學科的關聯知識點。將這些關聯知識點設計情景在物理課堂教學新課引入環節中，一方面能加深學生對各學科相關知識的理解，同時利用這些知識過渡到物理教學，讓學生減輕對物理的陌生感，能促進對物理學習興趣的培養。

1.2 利用其它學科知識解決物理相關問題

物理解題首要任務就是對題目的理解，提取已知條件和隱含條件。學生如沒有養成良好的閱讀習慣往往會在考試時花很短的時間審題，把花大量時間花在數學運算上，自信滿滿地交卷，但發放試卷看到丟分題目時遺憾滿滿。原因在于學生對丟分所涉及的知識點是懂了的，但審題出了問題，有時看漏關鍵字、有時把數據張冠李戴、有時沒有注意單位是否統一，所以物理解題過程應花足夠的時間審準題目數據和要求，做到這一點后涉及的數學運算往往較簡單。所以，物理教師應加大與語文學科教師的聯系進行有關閱讀方法的跨學科探索，對學生進行有針對性的閱讀能力相關培訓。另外，數學是解決物理計算的基礎學科。通過分析不難發現，七年級數學涉及的直線、射線、線段、平行線和角的相關知識是八年級物理光學的學習基礎，平面直角坐標系、解方程、指數冪、因式化簡、解方程組等數學方法是解決初中物理公式變形、數形圖像（如s-t、v-t、U-I 圖像等）、物理計算等相關知識的基礎；如果對物理概念包括單位所涉及的符號理解不清晰，可以通過英語學科查找對應單詞，查找相應的原始解釋，比如物理概念、單位的符號基本上都是英文單詞的首字母組成。以上問題都可以通過聯合所在班級各學科教師開展相關教學研究，探索高效的學科滲透教學措施，如其他學科教師在其課堂上引入相關物理問題并加以解決，可以極大的增強學生對學科滲透的理解，學生感到新鮮的同時促進了對應學科知識的理解，實現優勢互補，共同提升。

1.3 用物理方法輔助其他學科的學習

物理是一門實驗學科，通過對物理的學習培養學生形成物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任等四個方面的核心素養。而嚴謹的思維習慣和實事求是的科學態度是在物理學習過程中形成的重要品質，這些素養和品質對其他學科的學習和生活中的實際問題的解決起到重要作用。

1.4 課堂習題滲透學科融合

通過教學活動初步養成橫向思維意識，課堂習題也可將物理知識以其他學科知識框架為基礎設計題干。動員任教班級各學科教師積極響應，在其設計課堂習題時盡量挖掘物理聯系，讓學生熟練掌握利用學科滲透的思維方法和規律，實現優勢互補，解決實際問題。

2.課后作業滲透學科融合

2021 年教育部出臺“雙減”政策，充分說明教學方法的重要性。過去很多學校使用的題海戰術、疲勞戰術教學模式只能將學生培訓成為解題機器，這種方式確實能增強學生解題能力和技巧，但學生不能理解物理背后的實質和規律，進入高中后很難理解更深層次的物理內涵和規律導致脫離教學步伐。因此跨學科滲透、學科融合思維正好切合“雙減”政策，即授之以漁。課后作業則是提升對課堂教學中知識能力和強化運用學習方法解決問題的必要手段，課后作業主要涉及作業設計和習題講解兩個方面。

2.1 作業設計滲透學科融合

物理和各學科教師通過聯合教研挖掘知識滲透點，按照學科融合思想去設計和布置作業，可以實現大幅減少作業量，進一步做到少而精，契合教育部下發的有關“雙減”政策。課后作業質量也可客觀體現出教師專業水平。命制有針對性、高質量的課后作業，教師除了需要深入了解任教班級學習情況外還要熟悉任教學段學生知識掌握特點，對提升作業設計的能力有很大幫助。結合學情編寫出跨學科滲透思想解決的課后作業，具有針對性和高質量的雙重屬性。作業設計過程中除了要與不同學科教師深入交流知識融合點、滲透點外，還可以從以下幾點進行探索，提高作業設計能力和作業質量。

（1）在已有作業的基礎上進行改編。尋找不同學科知識關聯點創設問題情境，改變設問角度，陳述新的題干內容、新的技能與方法、立意進行組合。

（2）結合生活習慣的改變，以學生熟悉的題材提煉新的素材。比如新冠疫情大流行改變了人們很多生活方式，也產生了很多社會熱點問題，媒體報道中也配了大量圖表說明，以此為背景設計題干，設置問題可設計出很多貼近社會、貼近生活的高質量原創課后作業。

（3）基于大單元教學設計理念，結合各學科語言情境，從不同角度、不同層次設計原創性課后作業，檢測學生綜合運用學科融合思想解決問題的能力。

2.2 及時收集學生作業完成質量情況

新課教學是給學生建立跨學科知識橫向滲透的過程和學科融合意識的輸入過程，而作業的書寫則是將學科融合思維的輸出過程，學以致用的過程。學生對學科融合相關題目的完成情況和質量情況是反饋學生對跨學科橫向滲透解決相關問題理解程度的最重要方式。教師要利用作業完成情況收集學生對學科融合思想的掌握和應用情況，根據學生的反饋及時開展教學設計、教學過程以及作業設計的反思，根據實際情況及時彌補缺漏，思考后續教學調整思路。

2.3 作業講解及反思

作業的講解過程對學科融合意識的培養至關重要，是對新課教學的有力補充，也是查缺補漏的過程。作業的講解注重過程分析而非簡單的訂正答案，教師要盡量避免就題講題，能跳出題目拓展學科外知識，滲透學科融合意識及解題方法，引導學生聯系運用所學各科知識綜合分析、解決相似或同類型題目。完成作業講解后，及時引導學生概括解題思路，尋找解題規律，做到將思路、規律用以解決不同學科遇到的問題，培養學生創新精神。另一方面，教師也要及時開展課后教學反思，收集可進一步優化講解過程的地方。一些思維靈活、發散的學生通過作業呈現出的思維方法給老師意想不到的啟發，學生在作業中體現的思想反過來充實教師橫向滲透思路和方法，甚至能啟發教師新思路。

3.挖掘學習生活中的物理現象促進對知識的理解

3.1 學科知識縱向遷移

跨學科滲透是橫向的，而物理學科知識縱向滲透在教學中也應協調統一。以已經學習過的某知識點為基礎遷移到新知識的學習，讓學生在熟悉前面知識點的同時可以很快理解新的知識并加以利用。如：物體做功快慢的教學可在物體運動快慢的基礎上進行縱向滲透，可以在鞏固速度的基礎上很快速掌握功率的知識。類似的還有物體內能與機械能的關系，無非一個是宏觀的動能與勢能總和，一個是微觀的分子動能與分子勢能總和；電流做功及做功快慢也可在機械做功及做功快慢的基礎上進行縱向遷移。類似的例子還有很多，通過縱向遷移方法可以極大減輕學生在新知識學習時的負擔。

3.2 挖掘涉及綜合性知識的生活現象融入大單元教學設計

中考、高考試題往往涵蓋綜合知識，考察學生對知識的綜合應用能力。挖掘生活中有關現象引導學生對不同學科知識的橫向聯系，學生能綜合應用已學的知識儲備加以解釋，解決問題就說明學生已經真正掌握了所學知識和學科融合的能力。大單元教學設計中的生活現象有別于某單一小節知識教學設計所涉及的生活現象。前者更多涉及的是單元復習時引入的生活場景，需要綜合全章涉及的知識基礎上才能解決問題。培養學生綜合運用相關知識的能力，也是知識滲透的體現。

例：白天透過教室窗戶上玻璃往往只能看到教室外的景象，幾乎看不到自己的像；晚上可以看到自己清晰的像，但不像平面鏡一樣清晰明亮。

解釋這個現象需要了解生物學眼睛對光的感受，對較強的感受會壓過較弱感受，即兩個同類現象同時存在時，人的大腦會優先感受較強的現象。光遇到透明物質一般都會同時發生反射和折射，折射光透過玻璃后傳遞到另一側空間。室內的光傳遞到玻璃會有部分光反射，也有部分光透過玻璃傳遞到室外，同樣室外的光也有透過玻璃傳遞到室內，一部分光被玻璃反射回去。因為白天室外傳遞到室內光比室內被玻璃反射的光強度大，所以白天人眼看到室外物體清晰的像而看不到自己的像，實質上教室內人的像是同時存在的。到了晚上室內的光有部分透過玻璃射到室外，有部分光被反射回教室內，反射這部分光比教室外透進的光強，所以人看到了自己的像，但只有部分光反射所以不如平面鏡清晰。這也是解釋夜間駕駛汽車時需保持車內較暗環境的原因。

這種現象類似于分子之間引力和斥力的關系，引力、斥力永遠同時存在，分子距離大于平衡距離時，引力大于斥力就表現為引力，實際上斥力也同時存在。搞清楚這個模型后，眼睛的視覺、耳朵的聽覺、鼻子的嗅覺、舌頭的味覺、皮膚對溫度的感覺都會呈現上述情況的感官感受，運用這一規律可以解釋生活中聲學、光學、熱學的有關現象了，比如解釋“泥濘路上行走為了不踩水面，面對月光和背對月光時分別應該踩亮處還是暗處”的例子，收到“講好一題，帶活一片”的效果。

4.加強對容易混淆知識的歸類和教學引導

跨學科知識橫向滲透和本學科知識縱向遷移都能促進學生綜合能力的培養，但在推進學科融合教學時也應注意對容易混淆知識、概念和解題方法進行歸類，引導學生進行區分，避免給學生造成似是而非的感覺，下面通過兩個例子加以說明。

4.1 學科知識縱向遷移案例

在教學中學生通過實驗證明影響摩擦力大小的只有壓力大小和接觸面粗糙程度兩個因素，新課教學中也能對答如流。而在大單元作業或復習考試中卻發現學生在遇到受力面積和物體運動速度兩個因素干擾時往往就混淆不清了。這是因為摩擦力與壓強、功和功率幾個物理量的影響因素相似而導致對其容易混淆。因此，在大單元或階段性復習時，需在知識遷移的基礎上進行概念區分，必要時開展專題課進行教學。

4.2 跨學科橫向滲透案例

數學方法是解決物理問題的重要途徑，一方面需要將數學方法遷移到物理計算中，但需要注意數學語言和物理語言的區別。比如，數學學科往往基于x、y、z 三元的函數方程計算，注重過程和細節。而物理則必須基于對應物理符號的公式或變形公式的計算，更注重概念、公式和對應數據之間的邏輯關系，對計算過程和演算細節不作具體要求。但作業中發現總是避免不了學生在物理中設x、y 方程組，而把物理公式拋到了腦后。所以，教學中進行知識的遷移的同時還必須加強對易混淆地方的專題教學。

不管縱向遷移還是橫向滲透，都需要教師在教學中引導學生不斷總結規律和歸納易混淆的知識和方法，讓學生對學科滲透知識和解題方法持清晰認識，才能有效、更好地運用學科融合思路解決實際問題。

總之，物理教師在教學中要不斷深入對各基礎學科知識的橫向滲透研究，結合縱向遷移提升自己的綜合能力，引導學生構建學科融合思維，培養學生形成一套良好的學習方法和規律，構建跨學科知識結構模型，降低學生對物理概念的理解難度，消除畏難情緒，找到自信，從而提高物理課堂效率，讓“雙減”政策真正得到落實。