指向跨學科素養培養的教學探索

摘要：本文提出，在跨學科教學實踐中借助數字化學習工具，能激發學生跨學科意識；在融合“數理信”科學探究中，需啟迪學生跨學科思維；在跨學科實踐過程中應注重構建“科技力”學習方法，助力學生實現跨學科創新。

關鍵詞：信息科技；跨學科素養；科技力；跨學科創新

中圖分類號：G434" 文獻標識碼：A" 論文編號：1674-2117（2024）06-0071-03

“跨學科”是指超越單一學科邊界，涉及兩個或兩個以上學科知識與技能、思維與方法、觀念與原理等，綜合運用多學科課程相關內容解決實際問題的一種高階思維方式。跨學科素養是在真實多維教學情境下關聯兩門或兩門以上學科融合而成的超越特定學科核心素養的共性素養，所以跨學科素養具有情境性、融合性以及創生性，是黏合學科核心素養的“黏合劑”，是激活學科核心素養的“催化劑”，是發展學生核心素養的“助推劑”，也是培育學生從具備學科核心素養到生成核心素養的關鍵“鏈條”環節。在《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱“信息科技新課標”）的課程內容部分，各學段都設置了“跨學科主題”項目學習；在《義務教育物理課程標準（2022年版）》（以下簡稱“物理新課標”）的課程內容部分，單獨設置了“跨學科實踐”主題學習，并在附錄中設置“跨學科實踐案例”。因此，筆者基于信息科技新課標與物理新課標的跨學科教學內容進行教學實踐，以期培養學生的跨學科素養。

借助數字化學習工具，激發學生跨學科意識

1.數字工具助力學習

物理新課標倡導教師合理運用信息技術，立足于物理課堂教學實施跨學科深度學習與科學探究。在初中物理教學中，在探究“歐姆定律”實驗時，教師借助智慧課堂，引導學生利用Word文檔設計實驗報告，優化版面；在探究“歐姆定律”仿真實驗時，運用Excel電子表格記錄數據、繪制圖表、分析數據、觀察折線圖與散點圖變化趨勢；各小組美化圖片，制作課件展示匯報；在線利用騰訊問卷收集各小組評價結果……這些，都充分體現了數字化學習工具助力物理智慧課堂自主學習、協作探究、合作研討以及師生評價的跨學科學習過程。

2.DIKW模型建構過程

教師的科學引導與協助啟發，能激發學生進一步思考“歐姆定律”仿真實驗：領悟數據、信息、知識與智慧（簡稱“DIKW”模型）相互之間的內在關系。數據是現實世界客觀事物的符號記錄，也是學生在“歐姆定律”仿真實驗探究過程中記錄、收集的實驗證據中的一種。信息是經過數字化學習工具加工處理，具有實際物理意義的數據。教師提醒學生在進行“歐姆定律”仿真實驗時，要將數據記錄在正確的電子表格上（當電壓一定時，按照電阻與電流對應關系記錄），并加上正確的單位符號，這樣才表示具有物理意義的信息。知識是學

智慧是在科學探究的基礎上創造性地運用學科知識解決實際問題的創新思維能力。在進行“歐姆定律”仿真實驗數據的采集、分析、建模和驗證仿真實踐的過程中，應引導學生思考：仿真實驗數字圖表與通過實踐操作呈現出來的實驗數據圖表獲得的結論是否一致？電流表外接或內接對實驗數據采集會產生偏大還是偏小的影響？此時誤差的影響如何最小化？這些科學數據的呈現體現了物理學科的本質，學生只有經歷過真實情境問題解決才能掌握“歐姆定律”的真正含義，進而才能對數據進行分析，從而發現其中的科學規律，獲得知識，生成智慧。

融合“數理信”科學探究，啟迪學生跨學科思維

1.真實情境，啟迪思考

“一個粉筆頭輕輕拋出”這一真實情境，實質上是對拋體運動規律的探究，目的是激發、啟迪學生創造性地利用數學、物理、信息科技（簡稱“數理信”）等學科的相關知識解決真實情境下的劣構問題，從而培養學生的跨學科思維。跨學科思維是通過解決復雜情境下的劣構問題，從而進行科學建構形成的，是利用多學科知識與技能、思維與方法、觀念與原理等，綜合運用多學科課程相關內容進行“強度”關聯與“力度”思考，創造性提出解決復雜劣構問題的創新思維能力，也是布魯姆認知目標由低階思維（知識與領會）發展到高階思維（應用與分析、綜合與評價）的螺旋上升過程。

2.學科融合，實踐探索

“一個粉筆頭輕輕拋出”是真實情境下的復雜劣構實際問題，在解決此類物理問題時應引導學生轉換思考方式，運用跨學科思維解決實際問題。

①水平方向。假設“一個粉筆頭輕輕拋出”是水平拋出，此時速度是，并且不受重力與空氣阻力。此狀態為理想狀態，目的是引導學生用數學的眼光觀察現實世界，進行抽象建模，即“數理”融合。粉筆頭前進距離，一直勻速前進，實質上是水平方向前進距離（x）關于時間（t）的一次函數。

③運動合成。粉筆頭真實運動軌跡是水平方向與豎直方向的運動合成：

一個粉筆頭在水平方向上與豎直方向上的運動是橫坐標x與縱坐標y關于任意時刻t的位置軌跡的擬合。

“一個粉筆頭輕輕拋出”運動軌跡的描述運動方程是數學抽象思維與物理科學思維在“拋體運動”實踐探索實驗中的學科思維融合，這是跨學科教學的核心，也是跨學科思維形成的關鍵。但是，“一個粉筆頭輕輕拋出”真實運動軌跡的數字化模擬僅憑數學抽象思維與物理科學思維融合還不夠，還需要借助信息科技計算思維的算法設計。

3.Python編程，成果呈現

如何基于學科融合視角科學探究“拋體運動”軌跡模擬？可以針對“一個粉筆頭輕輕拋出”的運動軌跡方程設計算法，即Python編程，成果呈現。

假設初速度，水平拋出，重力加速度g=10，時間t=0，拍照數量pic_num=10，時間間隔interval=0.1，放大倍數mult=50，起始點坐標位置，則“平拋運動”軌跡方程模擬Python編程，成果呈現。

（1）水平方向：勻速直線運動

粉筆頭在水平方向上是勻速直線運動，軌跡方程為，軌跡模擬Python編程代碼如圖1所示。

（2）豎直方向：自由落體運動

（3）運動合成：平拋運動

粉筆頭真實運動軌跡是平拋運動，軌跡方程為：

平拋運動軌跡模擬Python編程代碼如圖3所示。

（4）代碼測試，成果展示

學生在融合數學抽象建模思維與物理科學思維的實踐探索基礎上，設計算法，構思設計，創作“拋體運動”軌跡模擬數字化作品，并進行測試運行。成果展示如圖4所示。

構建“科技力”學習方法，助力學生跨學科創新

跨學科教學如何培養學生的跨學科創新？筆者認為，只有指導與協助學生在跨學科學習實踐探索過程中構建“科技力”的學習方法，才能助力學生進行跨學科創新。“科技力”是“科學”與“技術”融合創新的“源動力”，包括學習力、實踐力、領悟力以及創造力。

①學習力。學習力是跨學科創新的核心動力，是基礎，是起始階段。學習力的培養關鍵在于學生想不想（意識）、愿不愿（態度）、能不能（能力），即學習力包括學習意識、學習態度與學習能力。

②實踐力。實踐力是跨學科創新的關鍵能力，是提升，是探索階段。實踐力的核心要素是敢于嘗試、勇于探索、善于實踐及勤于反思。

③領悟力。領悟力是跨學科創新的內在驅力，是源泉，是頓悟階段。領悟力是學生學習與成長的內驅力，是跨學科學習意識進一步創新的源泉，是內化、建構跨學科原理與跨學科思維的最高境界，是跨學科素養培養的核心要義。

④創造力。創造力是跨學科創新的內在活力，是錘煉和物化階段。數字化作品的創作是信息科技與物理課程融合創新的結晶，也是跨學科學習從理論建構到實踐探索的形成階段，是最能體現跨學科特征的學習創造能力。