基于跨學科教學理念的中學物理教學設計多層模型研究

【摘要】開展跨學科教學可以打破學科壁壘，深化知識結構整合，加強學科間知識技能關聯，有助于幫助學生發展系統的科學思維，構建結構化的知識體系與思維體系，綜合運用各科知識分析和解決問題.將跨學科融合理念融入物理教學課堂中，可以提升學生的綜合素質，促進學生核心素養的全面發展.本文基于“跨學科教學”理念，從教學設計過程的四個層面出發，研究跨學科融合理念融入中學物理教學的多層模型設計，從內容、形式、優化、結構四個方面建立四位一體的多層教學模型，旨在為日后一線教師進行跨學科教學融入中學物理教學的教學設計過程提供參考.

【關鍵詞】跨學科教學；高中物理；課堂教學

教育部于2022年印發的《義務教育物理課程標準》首次在課程標準層面提出跨學科教學的概念[1].美國的《新一代科學教育標準》（NGSS）中也提出跨學科教學可以從原理的層面出發，從而揭示科學現象及科學規律背后所蘊含的科學本質[2].中學生正處于成長發育的關鍵階段，理性思維和邏輯思維開始發展，但抽象思維發展仍然不足.跨學科教學可以融合不同學科的相關知識，能夠反映各學科知識體系內在的系統性和一致性，促進學生形成完整的中學物理核心素養體系.本文從四個層次建立基于跨學科教學理念的中學物理教學設計多層模型，注重多學科課程相融合，采用多種多樣的教學方式方法，多渠道獲取資源，融入美育教學，同時優化課堂結構設計，從而結構化、系統化地將跨學科教學理念融入中學物理教學課堂的各個方面，對學生進行潛移默化的影響，促進學生的全面發展.

1 跨學科教學理念融入中學物理教學存在的現實困境

在實際中學物理教學過程中，將跨學科教學融入課堂主要存在以下幾點問題：一是融入范圍不夠廣泛，二是融入深度不足，三是融入過程缺乏系統性.

1.1 融入范圍不夠廣泛

隨著跨學科教學理念的不斷深入，一線教師愈發注重跨學科教學在實際課堂中的應用，尤其是課標中關于中學物理核心素養的要求的提出，使得很多教師能夠有意識地在課堂中對學生進行跨學科教學.但許多教師對跨學科教學的理解僅限于教材中提及的跨學科知識，對課標中提出的與其他學科相關的知識點才會引導學生進行多學科融合方面的思考.教師的跨學科素養直接關系到教學實踐的成效[3]，教師應培養跨學科思維，打破思想壁壘，進一步豐富跨學科教學內容素材，不斷練習融會貫通.將跨學科教學融入中學物理教學課堂研究不僅要對教材進行開發，更要將生活中的實例以及從多渠道獲取來的資源進行整合優化，并從教材中提取出相關聯的特點，猶如春風化雨，潤物無聲，在實際探究的過程中培養學生綜合解決問題的能力，全面提升學生的綜合素質.

1.2 融入深度不足

在發展學生核心素養的背景下，培養學生的綜合素質，革除應試教育的弊端便成了亟待解決的問題.目前許多一線教師對于跨學科教育理解不足，運用不夠靈活，導致在開展跨學科教學的實際過程中，對于各學科融合存在簡單加法關系，不僅挖掘深度不足，過渡也較為生硬，導致學生出現機械記憶而不是主動構建知識體系的情況.實際上在講授知識體系的過程中可以從多角度出發，拉開縱深，發掘不同學科知識之間的內部聯系，促進知識體系構建.如在講授航天知識的時候，可以深入探究火箭的原理，用多媒體技術模擬火箭的升天過程，讓學生體會科學知識與科學思維；介紹火箭發射基地的地理環境，讓學生感受到研究人員的艱辛，培養其科學精神；等等.從多角度將跨學科理念與中學物理教學過程深度融合，激發學生興趣，便于學生建構知識體系，從而實現全面發展.

1.3 融入結構缺乏系統性

目前跨學科教學融入中學物理教學的過程中大多是鑲嵌式結構，即把跨學科教學的環節按照知識點鑲嵌在整個教學環節設計中，這樣就導致整個教學過程中融入跨學科教學的環節缺乏銜接，首尾聯系不夠緊密，邏輯不夠清晰，不利于吸引學生注意，也不利于學生的理解與記憶.整個教學過程較為分散，缺乏系統性，不利于學生知識體系的建構.

2 跨學科教學理念融入中學物理教學設計多層模型的構建

根據以上問題，本文建立基于跨學科教學理念的中學物理教學設計多層模型，旨在豐富跨學科教學內容，拓展素材范圍，加強知識間的內部融合，選取更適合的教學方式與手段優化教學設計，優化課堂結構，增強知識內部體系聯系.本模型主要分為四層：第一層為內容層，在這一層需要重組多學科課程模塊，整合跨學科資源，進行內容設計；第二層為形式層，在這一層需要根據內容層的內容采取不同的教學方式方法，從多渠道獲取資源，優化課堂表現形式；第三層為優化層，在這一層可以將美育融入中學物理教學的過程中；第四層為結構層，在這一層需要進行課堂結構設計，例如提出問題最后進行反饋，從而實現首尾呼應，使跨學科教學不再是零散的點而是以結構化的形式融入整堂課程之中.

2.1 構建內容層

首先需要構建內容層.在這一層中，需要對教學內容進行篩選、重組、融合并進行構建.

第一步，進行元素篩選.在選取內容的過程中要以課標和教材作為重要參考，同時將物理作為核心學科，從學生的最近發展區中選取教學內容，使各學科教學內容互為教學支架.內容的選取要符合學生身心發展規律與教學規律，符合認知過程.圍繞社會現實與物理學相關問題選擇教學內容，組織不同學科知識融入問題情境，發揮知識整合在問題解決中的實際效用[4]，在此基礎上篩選可以作為跨學科教學的素材內容備用.

第二步，進行跨學科課程模塊重組.跨學科教學不是簡單地教授兩個學科的內容，而是要發掘其中的內在聯系，將其融合為一個完整的課題.所以，在這一層中我們需要對上一步提取出來的教學內容進行分析，思考他們都與哪些學科內容相關.如在講授渡河問題時，可以與地理知識進行融合，選取真實的地理環境，和物理本學科的知識即速度的合成與分解與真實的地理知識場景相融合，與生活實際相結合，讓學生更深刻地理解課堂知識并能將其加以應用.

第三步，將上一步中提取出的跨學科課程模塊進行融合構建，打破學科壁壘.在教學設計中可以將不同學科知識在課堂實施中進行交叉融合，形成一個完整的教學環節.整個教學環節可以是一條埋藏的主線，也可以是一個需要解決的問題以及其他便于學生整合和理解的形式，融合的過程要注重銜接自然，與生活情境相連接，問題設置要富有趣味性.

內容層是跨學科教學融入的中學物理教學設計多層模型的最底層結構，是模型的地基.在構建內容層時要充分發揮聯想與想象，在研究指定的課程內容時要注意發散思維，同時在生活中不斷積累素材與經驗，將不同學科的內容融會貫通.

2.2 構建形式層

在內容層上進一步構建形式層，在這一層上需要采取多種多樣的教學方法與手段.

首先，可以采取豐富多樣的教學方法，如情境教學法、講授法、課堂討論法，項目式教學法、微課等教學方法，根據教學內容的需要靈活組合及運用.同時還可以運用多種多樣的教學手段.在此過程中要善用多媒體手段，網絡上存在著豐富的資源，可以讓學生通過新聞雜志、網絡微博以及在網上查找短視頻等學生更易接受的方式獲取知識，同時一些特定網站上擁有大量的輔助教學模型，可以直觀地培養學生的科學知識與能力，增強學生的學習興趣.

例如 在講授牛頓第一定律的過程中可以采用情境教學法，利用網絡上的多媒體手段來模擬太空中物體的運動狀態，讓學生直觀地感受到物體失重的狀態，激發學生的興趣，同時與地理知識相結合，多角度加深學生對引力知識的了解.

形式層的結構決定了課堂的精彩程度，在實際過程中要將各種教學方法與教學手段靈活應用，必要時可以采用頭腦風暴法列舉可能采取的教學方法與手段，從中選取邏輯最緊密、結構最清晰的組合方式并檢查是否有邏輯不順暢的地方.同時，與學校的實際環境條件相結合，可以因地制宜，根據當地特色盡可能豐富地利用現有資源，從而開發出具有當地特色與個人特色的跨學科教學相融合的中學物理教學設計.

2.3 構建優化層

設計好基本的內容與形式之后對現有的環節進行優化，在此環節中可以將美育與跨學科理念以及物理知識相結合，提高學生審美能力的同時培養學生對物理學習的興趣，促進學生綜合素質的全面提高.在這一層中可以在前兩層的基礎上滲透美育，物理學知識與美育的關系密不可分.一方面，自然界中的現象復雜多變，而凝結成的物理規律往往簡潔凝練，富有物理簡練之美；另一方面，在教學過程中可以將物理教學過程運用美的手段闡釋，從而豐富課堂層次，培養學生對物理學的熱愛.

例如 以學習開普勒三大定律為例，開普勒三大定律富含著物理簡單凝練之美.通過物理與歷史的結合，可以給學生講授歷史上科學家對于天體運行規律的認知過程，也可以觀看相關的科普視頻，科學家對行星運轉規律的總結開始非常復雜，但科學家們始終相信復雜的運轉規律可以運用簡單對稱的公式表現出來，最終通過觀測和總結得出了簡潔的規律，從而讓學生體會到物理與美育的結合.另一方面，可以讓學生通過詩詞、優秀文字作品和音樂感受優美的四季變換勾起學生的疑問：四季變換是怎樣形成的？從地理知識引入物理知識，用直觀形象的方式幫助學生進一步理解抽象的物理概念；同時將音樂語文與物理知識相結合，增強學生對美的欣賞能力，增強學生的文化自信與民族認同感，幫助學生形成完整的知識體系，并與真實的生活形成聯系.

2.4 構建結構層

作為構建跨學科教學融入中學物理教學過程模型的最后一步，在這一層需要優化教學設計的結構，避免教學設計過于平鋪直敘.在這一層的教學設計中可以通過在課堂開始時提出問題，在課堂中逐步解決，來完善課堂結構，激發學生興趣，也可以在整個課堂進行中埋一條主線，教學過程的設計圍繞這條主線進行，從而實現結構上的完整、邏輯上的通順，并不斷強調所學重點，讓物理知識與其他學科的融合扎根于學生的學習過程中.

例如 在噪聲的防治學習過程中，可以在課程開始讓學生作為市長來解決市長信箱中收到的問題，即如何解決某地噪聲產生的危害，并以如何減少噪聲的危害為驅動性問題，讓學生運用生活經驗進行方案設計，進行隔音材料的選擇與比較，自制減少噪聲裝備，最后回信.在整個學習過程中根據最剛開始的問題利用所學知識對問題進行解決，一方面幫助學生進一步理解物理知識，并與生活實踐相結合，另一方面培養學生的主人翁意識和社會責任感，增強學生的公德心與環境保護意識.結構層決定了整個教學設計的脈絡，幫助跨學科融合理念更好地融入實際中學物理教學環節之中，同時提升了融入跨學科融合理念的中學物理教學設計的系統性.

3 結語

綜上所述，物理學科和生活實踐息息相關，要準確把握跨學科教學定位，豐富知識架構體系，實現多學科融合[5]，以培養全面發展的人才為教育目標.本文從教學內容的篩選重組與融合，教學方法與手段的選擇，教學過程與美育相融合，以及系統化建構教學設計模型這四個層次建立跨學科教學融入中學物理教學設計模型，嘗試為中學物理教師提供新的跨學科融合理念與中學物理教學相融合的教學設計模型構建體系，從而提升學生的綜合素質，促進學生發展.

參考文獻：

［1］中華人民共和國教育部.義務教育課程方案（2022年版）[M].北京：北京師范大學出版社，2022.

［2］萬昆.跨學科學習的內涵特征與設計實施：以信息科技課程為例[J].天津師范大學學報（基礎教育版），2022，23（05）：59-64.

［3］袁磊，王陽.數字教育背景下中小學跨學科教學的困境與應對[J].電化教育研究，2023，44（12）：87-94.

［4］李燕.初中物理跨學科融合的實踐探討[J].數理天地（初中版），2024（04）：80-82.