跨學(xué)科融合理念下高中物理課堂構(gòu)建策略分析

【摘要】跨學(xué)科概念是人們認(rèn)識自然界構(gòu)成及其運(yùn)作方式的思維工具，從科學(xué)學(xué)科共同角度幫助人們認(rèn)識和理解自然界，強(qiáng)調(diào)各學(xué)科之間的內(nèi)在聯(lián)系，對解決實(shí)際生活問題和人的持續(xù)發(fā)展問題具有積極作用.跨學(xué)科融合理念融入高中物理課堂，讓多個高中學(xué)科的思想內(nèi)涵和教學(xué)內(nèi)容滲透物理課堂，使學(xué)生從不同角度，利用不同類型的學(xué)科知識認(rèn)識問題，解決物理學(xué)習(xí)疑難.本文闡述跨學(xué)科融合理念下構(gòu)建高中物理課堂的意義，提出融入數(shù)學(xué)圖象、地理現(xiàn)象、地理概念、化學(xué)思維、通用技術(shù)能力構(gòu)建探究式物理課堂，豐富教學(xué)內(nèi)容，保證課堂教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量.

【關(guān)鍵詞】跨學(xué)科融合;高中物理;教學(xué)策略

《高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱新課標(biāo)）指出，“提升學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)，為學(xué)生的終身發(fā)展奠定基礎(chǔ)，促進(jìn)人類科學(xué)事業(yè)的傳承與社會發(fā)展”是高中物理教學(xué)的主要目標(biāo)，高中物理核心素養(yǎng)重視培養(yǎng)學(xué)生的物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任.物理核心素養(yǎng)與科學(xué)學(xué)科素養(yǎng)存在緊密聯(lián)系，因此堅持跨學(xué)科融合理念開展教學(xué)活動有助于學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展，體現(xiàn)核心素養(yǎng)的完整性和統(tǒng)一性，引導(dǎo)學(xué)生整合所學(xué)知識，在思與學(xué)中深入理解各學(xué)科科學(xué)本質(zhì)，推動建立統(tǒng)一、完整的科學(xué)知識體系.

1跨學(xué)科融合理念下構(gòu)建高中物理課堂的意義

1.1提升綜合素養(yǎng)，培養(yǎng)跨學(xué)科思維

跨學(xué)科融合理念融入高中物理課堂，拓寬了學(xué)生的思維視野，學(xué)生不再局限于用單一化的物理學(xué)科知識解決問題，而是多學(xué)科知識、理念、思想綜合運(yùn)用，共同助力，幫助學(xué)生分析遇到的科學(xué)現(xiàn)象和科學(xué)規(guī)律，在學(xué)習(xí)實(shí)踐中體會各學(xué)科思想、探究方法之間的內(nèi)在聯(lián)系，深化學(xué)生對科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識，讓學(xué)生從內(nèi)心深處認(rèn)可跨學(xué)科思維，積極運(yùn)用跨學(xué)科思維看待學(xué)習(xí)與生活，促進(jìn)跨學(xué)科思維形成[1].

1.2突破學(xué)習(xí)難點(diǎn)，提高知識應(yīng)用水平

高中物理知識抽象，學(xué)習(xí)理解難度較大，跨學(xué)科融合理念讓物理知識與數(shù)學(xué)、化學(xué)、地理、通用技術(shù)等多學(xué)科知識融為一體，引導(dǎo)學(xué)生自發(fā)運(yùn)用其他學(xué)科領(lǐng)域的知識、探究方法、學(xué)習(xí)工具深入理解物理現(xiàn)象，從其他學(xué)科角度入手，深入理解物理學(xué)科內(nèi)涵，解決物理知識的理解難點(diǎn)，使學(xué)生深入理解物理學(xué)科在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用價值，對學(xué)生今后分析問題、看待問題、解決問題起到一定的促進(jìn)作用.

1.3改變傳統(tǒng)認(rèn)知，解決實(shí)際問題

跨學(xué)科融合不僅為學(xué)生提供了一個多角度、多層次理解物理概念的平臺，更讓學(xué)生在應(yīng)用中了解科學(xué)與技術(shù)在物理、化學(xué)、生物、通用技術(shù)等學(xué)科的表現(xiàn)方式，從更深層次出發(fā)，理解科學(xué)本質(zhì)，感受各學(xué)科知識在科學(xué)探究和發(fā)展過程中發(fā)揮的促進(jìn)作，使學(xué)生今后面對各類科學(xué)問題和挑戰(zhàn)時自發(fā)從跨學(xué)科融合視角看待問題，合理運(yùn)用所學(xué)科知識探索問題方案.

2跨學(xué)科融合理念下高中物理課堂教學(xué)構(gòu)建策略

2.1數(shù)學(xué)圖象融入，解析變量關(guān)系

物理學(xué)與數(shù)學(xué)彼此聯(lián)系緊密，數(shù)學(xué)知識幫助物理研究者探究事物變化，物理學(xué)的計算需求也推動著數(shù)學(xué)的發(fā)展.二者無論是在思想還是探究方法上都存在相似性特征，數(shù)學(xué)為深入研究物理現(xiàn)象，理解物理概念，解決物理問題提供必要的工具和方法，物理的發(fā)展則會帶動數(shù)學(xué)發(fā)展，對學(xué)生數(shù)學(xué)思維的形成起到一定的促進(jìn)作用.為此，教師在跨學(xué)科融合理念下構(gòu)建高中物理課堂，必須正視物理與數(shù)學(xué)的內(nèi)在聯(lián)系，將數(shù)學(xué)知識運(yùn)用于物理學(xué)習(xí)中，駕數(shù)學(xué)之舟探索物理海洋，拓展物理學(xué)習(xí)的深度與廣度，為學(xué)生理解物理難點(diǎn)奠定基礎(chǔ)[2].

例如以人教版“高一物理必修第一冊”第二章“自由落體運(yùn)動”為例，本節(jié)課主要學(xué)習(xí)自由落體運(yùn)動的概念以及自由落體運(yùn)動特點(diǎn)：初速度為零的勻加速直線運(yùn)動.為讓學(xué)生理解自由落體運(yùn)動特點(diǎn)，教師在授課中引入二次函數(shù)知識，引導(dǎo)學(xué)生分析變量關(guān)系，結(jié)合所學(xué)函數(shù)知識分析自由落體運(yùn)動中各變量之間的變化規(guī)律，利用二次函數(shù)圖象直觀表現(xiàn)物理量之間的變化關(guān)系，解釋物理規(guī)律內(nèi)涵.

教師首先帶領(lǐng)學(xué)生用打點(diǎn)計時器記錄物體自由落下時的速度變化，由此提問：物體從高空落下，哪些條件發(fā)生改變？學(xué)生分析實(shí)驗過程，認(rèn)識到隨著時間的變化物體的位移速度也在發(fā)生變化，教師布置任務(wù)，要求學(xué)生結(jié)合所學(xué)探索二者的變化規(guī)律，學(xué)生自發(fā)進(jìn)行實(shí)驗，記錄實(shí)驗結(jié)果，繪制圖形.此時教師提問引導(dǎo)學(xué)生跨學(xué)科思考問題：“實(shí)驗結(jié)果形成的曲線圖與以往接觸的曲線圖有無相似之處？”學(xué)生結(jié)合以往所學(xué)數(shù)學(xué)知識，對比圖象，發(fā)現(xiàn)自由落體運(yùn)動圖和二次函數(shù)圖象相似，學(xué)生經(jīng)討論提出假設(shè)：自由落體運(yùn)動中位移與時間關(guān)系可以通過二次函數(shù)表示，并嘗試將實(shí)驗數(shù)據(jù)代入二次函數(shù)一般式，求函數(shù)關(guān)系式，幫助學(xué)生理解二次函數(shù)變化規(guī)律.

2.2運(yùn)用地理知識，解釋物理原理

物理概念抽象性強(qiáng)，對學(xué)生的思維認(rèn)知能力、推理能力、邏輯分析、想象力有一定要求，為讓學(xué)生理解物理概念，降低物理概念的抽象性，教師發(fā)揮地理學(xué)科知識優(yōu)勢，利用地理知識與現(xiàn)實(shí)生活緊密相關(guān)的優(yōu)勢開展教學(xué)活動，分析地理概念與物理概念的相似性，引導(dǎo)學(xué)生從地理角度入手解析物理原理，將抽象性概念轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)生活中可通過肉眼觀察、感受到的具象化事物，幫助學(xué)生理解抽象的物理概念，助力學(xué)生成長[3].

例如以人教版“高一物理必修第二冊”第七章“行星的運(yùn)動”為例，本節(jié)課主要學(xué)習(xí)天體運(yùn)動的特征和規(guī)律，以及開普勒定律和萬有引力定律的推導(dǎo)過程以及應(yīng)用方法.本節(jié)課接觸的陌生概念較多，包括近日點(diǎn)、遠(yuǎn)日點(diǎn)、公轉(zhuǎn)速度變化、公轉(zhuǎn)角速度、線速度等，為讓學(xué)生理解開普勒第二定律，教師在課上利用多媒體設(shè)備播放視頻，在視頻動畫中模擬地球繞太陽旋轉(zhuǎn)的過程，引導(dǎo)學(xué)生回顧所學(xué)地理知識：太陽位于橢圓軌道的一個焦點(diǎn)，1月初地球距離太陽最近處為近日點(diǎn)，7月初地球距離太陽最遠(yuǎn)為遠(yuǎn)日點(diǎn)，教師結(jié)合地理中地球繞日公轉(zhuǎn)速度與日地距離變化提問：“地理認(rèn)為地球公轉(zhuǎn)速度最快時，說明日地距離最近，此時地球處于近日點(diǎn)，反之地球處于公轉(zhuǎn)速度最慢處則為地球距離最遠(yuǎn)處，這與開普勒定律是否相關(guān)？”學(xué)生運(yùn)用地理視角分析開普勒第二定律，分析“行星與太陽連線在相等時間內(nèi)掃過的面積相等”背后的含義，在腦海中自發(fā)模擬地球公轉(zhuǎn)場景，認(rèn)識到近日點(diǎn)處地球與太陽連線最短，為保證掃過面積相等，公轉(zhuǎn)速度必然提升，遠(yuǎn)日點(diǎn)處地球與太陽連線最長，相同時間內(nèi)掃過面積相同，公轉(zhuǎn)速度必然降低.地理概念與物理概念相互印證，深化學(xué)生對開普勒第二定律的理解.

2.3創(chuàng)設(shè)現(xiàn)實(shí)情境，物理知識解惑

物理知識與現(xiàn)實(shí)生活存在密切聯(lián)系，指導(dǎo)著人們的生產(chǎn)生活，為深化學(xué)生對物理知識的理解，教師可改變方法，以用促學(xué)，指導(dǎo)學(xué)生通過實(shí)踐運(yùn)用所學(xué)理解物理知識，提高學(xué)習(xí)效果.為此教師可立足跨學(xué)科融合理念，立足現(xiàn)實(shí)生活創(chuàng)設(shè)問題情境，引導(dǎo)學(xué)生自主運(yùn)用所學(xué)，分析問題，解決問題，使學(xué)生在探究中學(xué)習(xí)成長.

地理與物理相比，學(xué)科內(nèi)容更加貼近現(xiàn)實(shí)生活，直觀生動，生動的表象背后隱藏的是人們對現(xiàn)實(shí)生活的思考.教師可從地理學(xué)科問題入手，解析問題蘊(yùn)含的物理知識，創(chuàng)設(shè)問題情境，引導(dǎo)學(xué)生以物理視角分析問題，解答問題，深化學(xué)生對物理知識的理解的同時培養(yǎng)學(xué)生的跨學(xué)科融合意識，為學(xué)生今后的成長奠定思想基礎(chǔ).

例如以人教版“高一物理必修第二冊”第八章“動能和動能定理”為例，本節(jié)課主要學(xué)習(xí)動能和動能定理，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用動能定理解決動力學(xué)和變力做功問題的能力.課上教師分析動能與地理知識的內(nèi)在聯(lián)系，發(fā)現(xiàn)“河流地貌的發(fā)育”一節(jié)中“河谷的演變”提到流水的沖刷使河谷不斷加深、加寬、延長，教師由此入手創(chuàng)設(shè)問題情境，輔助學(xué)生探究動能內(nèi)涵.課上教師可展示南非布萊德河峽谷圖片，引導(dǎo)學(xué)生從俯視、正視等多角度觀察河谷，用動畫展示河谷形成過程，提出問題：“布萊德河峽谷是怎樣形成的？”學(xué)生自發(fā)結(jié)合地理知識，說明峽谷形成過程，教師由此提問：“根據(jù)往年河水流量數(shù)據(jù)可知，歷年水流總量差異較小，為什么會形成如此壯麗的景觀？”學(xué)生分析流水侵蝕河岸與河底的過程，發(fā)現(xiàn)隨著水流對河底的侵蝕速度呈現(xiàn)逐漸加快的趨勢，考慮到河水流量相對穩(wěn)定，學(xué)生經(jīng)討論分析，認(rèn)定隨著侵蝕的加劇，河谷地形內(nèi)外高低差增加，重力勢能轉(zhuǎn)換為動能，導(dǎo)致流水侵蝕速度加劇，因此河谷的面積并非線性增長.最后教師帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行地理實(shí)驗，模擬河水侵蝕過程，測量數(shù)據(jù)，分析動能與重力勢能的轉(zhuǎn)化關(guān)系，促進(jìn)學(xué)生成長.

2.4利用化學(xué)思維，解析物理定律

高中物理和化學(xué)是自然科學(xué)學(xué)科中兩個緊密相連的學(xué)科，雖然物理學(xué)科主要研究運(yùn)動、電磁，化學(xué)學(xué)科主要研究物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)和化學(xué)變化，但二者之間存在密切聯(lián)系，研究方法上都注重用科學(xué)實(shí)驗解決實(shí)際問題，注重對微觀世界的觀察等，學(xué)科基礎(chǔ)上的共通之處使得物理與化學(xué)學(xué)科天然具備跨學(xué)科融合基礎(chǔ)，教師應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況引導(dǎo)學(xué)生變換思維、視角，從化學(xué)、物理等多個角度出發(fā)分析事物，了解事物，方能深入理解物理定律，收獲成長[4].

例如以人教版“高一物理必修第三冊”第十二章“閉合電路的歐姆定律”為例，本節(jié)課主要學(xué)習(xí)電動勢與內(nèi)外電壓關(guān)系、歐姆定律實(shí)驗方法、歐姆定律各物理量和公式的物理意義.首先，教師引導(dǎo)學(xué)生回顧所學(xué)歐姆定律，思考電壓、電阻、電流之間的關(guān)系.其次，教師展示閉合電路結(jié)構(gòu)，學(xué)生順電流方向觀察電路，發(fā)現(xiàn)電流方向在內(nèi)外電路中完全不同.教師設(shè)問：“為什么回到負(fù)極的正電荷能夠再次回到正極，使外電路能夠保持穩(wěn)定的電流？”教師引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合化學(xué)能量守恒定律分析問題，“思考電能是否屬于能量？在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中能量是否不變？電路系統(tǒng)中的能量會怎樣流動？”學(xué)生結(jié)合所學(xué)分析電源內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從能量流動角度入手提出假設(shè)：“已知靜電力會阻礙正電荷向正極移動，那么電流得以通過，說明電源內(nèi)部一定存在一股與靜電力相反的力，與電荷作用，使正電荷從負(fù)極涌向正極”，從能量流動角度出發(fā)推導(dǎo)電勢能，使學(xué)生掌握綜合運(yùn)用科學(xué)原理探究問題的能力.

2.5組織動手實(shí)踐，優(yōu)化設(shè)計方案

物理屬于實(shí)驗科學(xué)，其理論推導(dǎo)離不開科學(xué)實(shí)驗，為達(dá)成實(shí)驗?zāi)繕?biāo)，必須具備相應(yīng)實(shí)驗器具，動手參與實(shí)驗器具的制作活動，讓學(xué)生學(xué)會根據(jù)實(shí)驗?zāi)康暮蛯?shí)驗預(yù)期動手制作物理實(shí)驗器具，了解實(shí)驗的真正含義，為學(xué)生科學(xué)探究能力的發(fā)展奠定基礎(chǔ).隨著物理知識的復(fù)雜程度增加，實(shí)驗器具的制作難度逐漸提高，為保證實(shí)驗結(jié)果的精準(zhǔn)性，教師從實(shí)踐需求出發(fā)，將通用技術(shù)學(xué)科知識引入物理教學(xué)之中，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合所學(xué)通用技術(shù)知識制作物理實(shí)驗用具，深化學(xué)生對物理知識的理解[5].

3結(jié)語

綜上所述，結(jié)合跨學(xué)科融合理念構(gòu)建高中物理課堂，對學(xué)生核心素養(yǎng)、思維視界、綜合素養(yǎng)的發(fā)展具有一定的促進(jìn)作用，為此跨學(xué)科融合理念真正滲透到物理課堂中，教師必須正視各學(xué)科知識之間的內(nèi)在聯(lián)系，充分發(fā)揮各學(xué)科特點(diǎn)開展物理探究活動，提升學(xué)生的科學(xué)思維水平和科學(xué)探究能力.

【本文系南通市教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2022年度課題《為科學(xué)素養(yǎng)而教：基于跨學(xué)科概念的高中物理教學(xué)優(yōu)化研究》（課題立項編號：GH2022079）研究成果】

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