聚焦信息技術跨學科融合教學活動

樸華順

關鍵詞：信息技術;跨學科融合;模擬磁懸浮列車;互動式實驗裝置

落實“雙減”政策，讓學生回歸學校教學主陣地，對于深化教育改革是一個契機。根據社會對未來人才的需求與當下教育發展的需求，教師要更加關注學生完整人格的培養和綜合素質的提升，讓學生實現真正意義上的人生價值。而實現跨學科領域的突破性學習， 是讓學生擁有完整人格的重要途徑，也是落實“雙減”政策的重要路徑之一。

一、以跨學科融合教學活動，為“雙減”和核心素養賦能

1.跨學科融合課程要立足現實

在現實環境中，實際生產生活所面臨的問題呈現綜合性，沒有一個現實的情境是按學生課本中的單一學科獨自存在的，所以單一學科是無法解決現實情境問題的。如：圓周率π 是一個在數學及物理學中常用的數學常數。小數點后的位數，從古代的第7 位，到近代人工算出的百位，再到現代用計算機編程語言算出的10 萬億位的精確位數還在不斷被刷新。

2.跨學科融合帶動教師的全面發展

面對學生認知方式的改變，教師的知識結構應該更加綜合化、體系化。比如，教師應該將物理、天文、信息技術等知識融合起來，設計“展現宇宙‘行星合月現象互動式演示裝置”，讓學生更好地了解“行星合月”的原理。教師的知識面應從普適的范圍拓展到更加寬廣的科學領域。

3.跨學科融合要實現“知行合一”

跨學科融合要將理論知識與實踐體驗融為一體，達到“知行合一”的目的。教師要進行跨學科的課程融合、教學融合、活動融合，給學生足夠的探索時間與空間，從根源上解決學生負擔重的問題。

二、物理、信息技術跨學科融合教學活動案例

中國高鐵“復興號”集成了超高壓復動力系統使之標準運營速度達350 公里/ 小時，“高鐵” 是中國人的驕傲。依據磁鐵的特性（磁吸斥力）而產生的磁懸浮列車，是對軌道交通實現“更高運行速度”追求的目標之一。磁懸浮技術是利用磁力來克服物體重力而使物體形成懸浮的技術，它能使車體懸浮在距離軌道約1 厘米處而實現“懸空行駛”。我們所設計的互動式模擬實驗裝置，能夠模擬呈現磁懸浮列車高速運行的基本原理。

1.項目的科學原理

（1）互動式模擬實驗裝置的構成。主件（掌控板）、輸入模塊（紅外感應器2 個、按鍵1 個）、附件（電磁鐵2 個、數據線）;鋁合金結構件（無磁性）。

（2）互動式模擬實驗裝置制作原理。1）一定間距內的兩個紅外感應器， 用來測得小鐵球在此間距內運行的時間。即通過公式v=s/t計算得出小鐵球的平均速度。2）在斜面及軌道上自然下滑。小鐵球由右側一定高度固定的斜面下滑， 獲得的勢能全部轉化為動能從而獲得初速度;以此初速度，小鐵球在水平軌道方向上做勻速直線運動（理想狀態下）。3）在兩個紅外感應器間的水平軌道的正上方， 放置同極性磁鐵（磁片、電磁鐵），對小鐵球形成向上方向的吸引力。4）在水平軌道上方放置磁鐵形成的磁場，對小鐵球形成向上方向的吸引力，目的在于減小摩擦力，提高運行速度。兩次實驗結果為小鐵球的水平速度V2.互動式模擬實驗裝置的教學用途與用法

（1）中學物理學科方面。教學用途：可用于探究與呈現初高中物理學科中（機械能守恒、磁場、運動的描述、相互作用）的公式、定理與原理。即水平速度v=s/t，機械能守恒1/2mv2=mgh，磁鐵的特性和作用、電磁鐵特性、電流的磁效應。

（2）中學信息技術學科方面。1）教學用途：可用于探究與呈現初高中信息技術教材中（信息、數據、程序設計、人工智能）的原理。2）制作與應用：算法→搭建→Python 語言編程→測試。①學習信息技術算法描述：小鐵球在斜面軌道上（電磁鐵固定）→斷開電磁鐵使小鐵球自由滾落→小鐵球在平面軌道上，經過紅外感應器1 時感應記錄→經過紅外感應器2 時感應記錄→v=s/t→在“掌控板”上顯示速度值。②按照算法描述，使用Python 語言編寫程序，載入并調試。3）操作方法。①電腦端：連接設備裝置后啟動程序，運行程序，根據檢測到的數據進行觀察、分析。②裝置端：將小鐵球放置于斜面固定位置后，按下按鍵斷開電磁鐵使小鐵球從斜面自由滾下，小鐵球下滑到平面軌道， 獲得一個水平方向的速度，在水平軌道上勻速直線運動。根據機械能守恒定律1/2mv2=mgh 使小鐵球獲得相同的初速度， 小鐵球在水平軌道上進行勻速直線運動;一定間距內的兩個傳感器是用來測得小鐵球在此間距內運行的時間，再通過公式v=s/t 計算出小鐵球的平均速度。

本模擬實驗將中學物理課程實驗與信息技術有機融合起來， 用簡單的互動式模擬實驗裝置呈現了磁懸浮列車的高速運行原理，使之形象化、生動化，能夠激發學生對物理和信息技術學科的學習興趣。

3.在現有基礎上的改進點與創新點

（1）改進點：如果將小鐵球改進成小鐵車，并將小鐵車的下側面、軌道間均改進成電磁鐵的模式，使小鐵車下側面與軌道間形成斥力從而變成真正的“磁懸浮列車”;平面軌道再延長一些，在有無磁場狀態下， 使車體與軌道間的作用力更加明顯，速度變化情況更突出，使模擬效果真正理想化。

（2）創新點：此實驗裝置基本實現了“模擬呈現磁懸浮列車高速運行的基本原理”的功能。通過磁力（小鐵球與軌道上方磁場形成相互作用的吸引力）來減小小鐵球與軌道間的摩擦力，達到提高小鐵球運動速度的目的。

總之，跨學科開展融合教學活動，在培養學生能力、品格、價值觀等方面具有重要作用。核心素養時代的教學，不僅關注學科知識教學本身，更在于關注“知識之后是什么”，即通過知識的學習來發展學生的核心素養。教師更應關注教什么、怎么教、怎么評價，以及學生怎么學、怎么發展等。