指向核心素養培育的高中物理跨學科教學探索

吳鐘怡

［摘要］ 高中物理跨學科教學的必要性在于落實學生的學科核心素養，培養學生的科學文化素養和終身學習能力。通過打破學科界限，讓學生學會重新整合、提煉、升華和應用所掌握的學科知識，為終身學習奠定基礎。同時，物理學與數學、化學、生物等學科有許多知識相互交叉和聯系，跨學科教學可以豐富教學資源、教學內容和形式，提升學生的學習效率?；诟咧形锢砜鐚W科教學的必要性，挖掘物理與其他學科的關聯性，借助相關案例對教學過程中的方法進行初探。

［關鍵詞］ 跨學科教學；核心素養；高中物理

核心素養是落實立德樹人根本任務的具體化。物理學作為自然科學領域的一門基礎學科，所涉及的學科核心素養與化學、生物、數學等學科既有不同又相互交叉，探索物理跨學科教學不僅能幫助學生加深對物理知識的理解和掌握，還能幫助學生提升學習效率和應對復雜問題的能力。

一、 高中物理跨學科教學的必要性

《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》中提出“高中教育的培養目標是進一步提升學生綜合素質，著力發展核心素養，使學生具有理想信念和社會責任感，具有科學文化素養和終身學習能力，具有自主發展能力和溝通合作能力?！笨梢?，高中物理跨學科教學與學生綜合能力培養的要求不謀而合，是提升學生綜合能力的有效途徑之一，讓學生在解決實際問題過程中能破除學科界限，學會對應用掌握的學科知識進行重新整合、提煉、升華，再到最終遷移應用，從而落實核心素養的要求，為終身學習奠定基礎。

同時，物理學是自然科學領域的一門基礎綜合學科，與數學、化學、生物等學科有許多知識相互交叉和聯系?？鐚W科教學可以通過挖掘物理與不同學科間的關聯性、滲透性和補充性，打破應試教育的傳統思維，突破學科本位思維。同時，課堂上能豐富教學資源、教學內容和形式，從而提升學生的學習效率，促進學生核心素養的養成和發展。

二、 高中物理與其他學科的內在關聯

（一） 高中物理與化學核心素養的相似性及其教學整合的互惠性

對照高中物理和化學的核心素養要求，在科學探究、科學思維、科學態度等各領域都存在高度相似之處，比如對規律的研究，物理和化學都需要經過觀察提出問題、作出猜想或假設、制訂科學探究方案、進行實驗獲得數據、分析數據發現規律、對結論和過程進行評估、最終交流與反思等環節。在教學內容上物理和化學之間也有許多交叉點，比如能量觀、原子結構、物質的分類、電荷守恒定律、光譜等。此外，物理和化學變化都需要遵循守恒的基本原則。因此，在教學的時候如果能將物理和化學進行整合會達到兩個學科的互惠。

（二） 高中物理與數學密切的聯系與相互滲透

高中物理與數學的聯系可謂是所有學科中最密切的，比如物理的表達方式有文字、公式和圖像，其中的公式和圖像表達就與數學密切相關。矢量和機械運動問題往往需要運用數學中的向量和函數來解決。大量的物理學思想和數學有著相同之處，如極限法、無限逼近法等。因此，作為基本工具學科的數學，其概念、思想、方法等可以通過適合的知識媒介與物理教學相互滲透，以便學生能更好地表達物理概念、定理和規律，從而有效提升學生的科學思維，促進物理觀念的形成。

（三） 高中物理與其他學科的融合

高中物理與地理學科有著不少交叉內容，地理課程中要理解天文、地理問題依賴于物理知識的運用，如地理教材中關于宇宙中的地球問題研究就需要用到物理行星運動規律。太陽對地球的影響與物理中的太陽能量的來源、核聚變反應、電磁波等相關，這些天文、地理問題可以為我們研究物理規律提供大量翔實、生動的實際情景材料。

物理教師在課堂上為了引起學生學習興趣、拓寬學生視野、激發學生的愛國情懷等往往會采用一些歷史典故，這些就需要用到歷史學科的知識。

三、 高中物理跨學科教學的實踐初探

（一） 整合物理和其他學科的知識內容，促進物理觀念的形成

物理和相關學科在教學內容上會有許多交叉的知識，但在教材編排上不同學科會根據專題內容、學科課程要求和學生的實際情況，分布在必修或選修教材中。如原子結構在物理和化學中會有較多交叉內容，高中物理安排在選擇性必修三中學習，而化學是安排在高一必修一中學習，其中有不少交叉的點。如果能進行有效整合高中物理中涉及的其他學科知識，一方面能防止學生因為知識盲區的出現而在課堂內顯得無所適從，另一方面也能使學生在學習的過程中提取自己之前所學過的相關學科知識，回憶相關聯的內容，從而確保知識的完整性和聯系性，加深對相關知識的理解，讓學生感悟各學科間的知識不是獨立，而是相互聯系、相互滲透的。

【教學片段1】 借助化學，理解摩擦起電原理

靜電現象是滬科版高中物理教材必修三“靜電場”第一節“靜電現象 電荷”的內容。在解釋靜電現象的原因時需要構建原子結構模型，這與高一化學必修一原子結構的內容不謀而合。

首先，教師演示用毛皮摩擦橡膠棒吸引輕小物體的過程。由現象我們可以得出通過摩擦可以讓物體帶電，如毛皮摩擦過的橡膠棒可以吸引輕小物體。初中時我們也知道毛皮摩擦過的橡膠棒帶負電，這類起電的原因是什么？

學生可以猜想是因為有電荷，那么電荷從何而來？是創生的還是從其他地方轉移而來的？如果是轉移來的，轉移的是正電荷還是負電荷？

學生通過對這些問題的討論交流，意識到要回答摩擦起電的原因就要從原子的微觀結構進行解釋，自然就會想到要構建模型。那么原子的模型到底是怎樣的？教師引導學生回顧高一化學教材必修一中學過的原子結構，幫助他們將化學中學過的相關知識建立聯系，突破知識的盲區，保證知識的完整性。通過建構原子結構模型，學生明白了摩擦起電現象中真正移動的只有電子，并不是正、負電荷共同移動。在橡膠棒和毛皮摩擦過程中，電子從毛皮上移動到了橡膠棒上，毛皮因為失去電子從而帶正電，橡膠棒因為得到電子而帶上負電。在絲綢與玻璃棒的摩擦過程中，電子從玻璃棒移動到了絲綢上，所以玻璃棒帶正電，絲綢帶負電。至于在摩擦起電現象中，誰失去電子，與摩擦雙方的原子核對電子束縛能力的強弱有關，引導有興趣的學生可以在課后進行更深入的了解。同時，經歷此教學過程為后續的電子守恒定律的得出埋下伏筆，將物理和化學的知識點進行整合，提高學生的學習效率和應用能力。

因此，通過不同學科間的知識完成整合，讓教學過程變得更具條理性與系統性，同時知識也更易于被學生理解和接受。通過加強實驗教學、整合學科內容和重視科學態度和價值觀的培養等策略的實施，可以提高學生的物理和化學核心素養，為學生的終身學習和全面發展奠定基礎。同時，也可以促進教師教學水平的進一步提高，推動學校教育教學的改革和發展。

（二） 通過相似概念類比，突破思維障礙

所謂類比就是根據兩個對象的某些相同或相似的性質，在相似基礎上進行遷移。物理概念與化學等學科中的某些概念具有相似性，利用相似概念建立的方法進行類比，可幫助學生突破物理學習思維上的難點。

【教學片段2】 巧借地理，引入等勢面

教師在進行等勢線的概念引入時，可以通過類比地理中的等高線來幫助學生理解。在地理學中，繪制地圖時，反映地表海拔高低可以用等高線和顏色的深淺來區分。這樣做的好處在于更加直觀、形象、簡潔。這些等高線和不同的顏色只出現在地圖上，而地球上并沒有這些線和顏色。在電場中，為了更為直觀、簡潔地描述電場中電勢的高低，引入了“等勢面”這一概念。思考如何畫等勢面？學生很自然會聯想到是將電場中電勢相等的各點連成的面就是等勢面。

在此基礎上進一步追問這一系列的線能夠描述電場的大小嗎？電場的方向又是怎樣體現的呢？學生結合等高線和電場線的特點得出等勢面越密的地方電場越大，電場的方向由高等勢面指向低等勢面。

再進一步思考電場是實實在在的，等勢面是真的存在于電場中嗎？學生根據等勢面的作用可以想到它和電場線一樣是為了描述電場的特點而人為畫出來的。

【教學片段3】 借化學實驗現象，攻克“電流的形成”原因

學生對“電流”這個名詞非常熟悉，知道家用電器工作需要有電流通過，但是對于電流的形成原因卻不知道，更別說如何產生持續的電流。在學習滬科版高中物理教材必修三“電路及其應用”第一節“簡單的串聯、并聯組合電路”時，從設計簡單的照明電路展開，認識常見的電路元器件和它們的作用，把各種元器件連接在一起就形成了電路。要讓用電器元器件工作就需要有電流通過，那么電流是如何形成的？向哪個方向定向移

動呢？

在回答這個問題前，學生先觀察以下實驗中小燈泡的發光情況：接有電源的集成電路板、電鍵、小燈、碳棒，用導線把它們順次連接，然后將碳棒依次放在蒸餾水和NaCl溶液中；觀察實驗現象并嘗試解釋原因。

學生通過實驗看到當碳棒插入純凈水中，燈不發光，說明水不能導電。當碳棒插入一定濃度的NaCl溶液后，小燈發光，說明有NaCl溶液能導電。為什么會出現這種現象呢？這就是高一化學中學過的物質導電的原理，即這些物質在水溶液中或熔融狀態下，產生了可以自由移動的離子，并與外接電源形成閉合通路，產生電流，由此得出電流形成的必要條件。接著引申到本節課簡單照明電路中的電流形成過程的分析，對于金屬導體雖然沒有自由移動的離子，但是有自由移動的電子，兩個電路圖都是有相似的地方，可以進行類比。因此，學生可以知道如果把導體兩端與電源正、負極相連，大量的自由電荷便會在電源的驅動下同時向一個方向運動，這些定向移動的自由電荷便會在導體中形成電流。

在此基礎上進一步追問，那么自由電荷為什么會定向移動起來？向哪個方向定向移動？引導學生利用電場的知識，從微觀的角度來進行具體解釋。經歷前一章節電場的學習，學生很自然會想到要建立模型來說明其中的原因。教師由此提供金屬導體的結構模型并進行解釋。在此基礎上，學生進一步交流討論，怎樣讓自由電子定向移動形成電流？如果在導體中加上某一方向的電場，分析電子的受力情況和運動情況。教師根據學生的回答情況給予補充說明。

由此可見，找到不同學科間相似概念進行類比，可以幫助學生突破物理思維障礙，讓抽象的問題變得具體，使概念更容易理解，教學難點也就迎刃而解。

教師在課堂上選擇合適的切入點，將物理學科與其他學科內容相融合，既能提升學生的學習效率，又能促進學生綜合能力的提升，達到良好的教學效果。同時，通過跨學科教學，使物理與不同學科之間的科學觀念、科學探究方法和科學思維模式相互交叉滲透，讓學生不再以單一的視角認識事物，而是關注知識的內在關聯性和綜合性，從不同的視角構建知識框架，促進多學科知識的融合和學科方法的相互借鑒，促進適應終身發展和社會發展需求的核心素養的養成。

［參考文獻］

［1］ 中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）［S］.北京：人民教育出版社，2020.

［2］ 白亮.高中物理教學跨學科教學銜接的問題與對策［C］.2018年教師教育能力建設研究專題研討會論文集，2018.

［3］ 李芳芳.跨學科素養的高中物理教學策略研究［D］.揚州：揚州大學，2018.

［4］ 李娟.高中物理跨學科思維的應用［J］.數理化解題研究，2020（2）.