跨學科實踐發展下初中物理跨學科教學研究

紀賢勇,溫 蕓

(1.北海市教育教學科學研究所,廣西北海,536006;2.北海市第七中學,廣西北海,536006)

一、引言

“跨學科”最初由吳多士于1926年提出,原意指在大學和科研機構內超越一個已知學科的邊界,涉及兩個或兩個以上學科的實踐活動。[1]“跨學科實踐”是《義務教育物理課程標準(2022年版)》(以下簡稱《新課標》)課程內容結構五個一級主題之一,強調了物理學與日常生活、工程實踐、社會發展等方面的學科聯系,突出了跨學科主題學習活動的綜合性和實踐性。[2]設立跨學科實踐主題的目標在于加強學科間的關聯,推動課程的綜合化實施,培養學生的跨學科知識運用能力、分析和解決問題的能力以及動手操作實踐能力。[3]因此,跨學科實踐在新時代“雙減”背景下對實現課程育人目標、發展學生核心素養具有重要意義。本研究從跨學科實踐發展角度思考初中物理跨學科教學問題,根據實踐經驗總結當前教學中存在的問題,并結合實際教學案例探討初中物理跨學科教學策略,旨在以跨學科方式改善教學,提高學生學習物理的興趣,培養學生的物理核心素養。

二、內涵

初中物理跨學科實踐的目標是培養學生的物理核心素養。教師除了傳授基礎的物理知識,也要對學生的科學思維能力、實驗探究能力、問題解決能力等進行訓練,通過跨學科實踐,學生能夠主動參與到實驗、觀察、探究和創新的過程中,以落實物理核心素養的培育目標。[4]依據《新課標》對跨學科實踐的概念界定,可知初中物理跨學科實踐發展的側重點主要體現在三個方面。第一,初中物理跨學科實踐應重視與日常生活的聯系。物理是一門與日常生活緊密相連的學科,將物理知識與日常生活場景結合起來,可以幫助學生更好地理解物理概念和原理。[5]第二,初中物理跨學科實踐應強調與工程實踐的聯系。物理知識在工程領域具有廣泛的應用,將物理知識與工程實踐結合起來,學生可以深入理解物理原理,并將其應用到實際工程設計中。第三,初中物理跨學科實踐還應注重與社會發展的聯系。物理科學與社會發展密切相關,通過將物理知識與社會問題結合起來,可以引導學生思考科技進步對社會的影響以及物理技術在社會發展中的應用。

綜上所述,初中物理跨學科實踐教學需要堅持以學生為主體,在教學案例設計上側重將物理知識與日常生活、工程實踐和社會發展結合起來,通過綜合性的學習方式,促使學生融會貫通多學科知識,培養其綜合思維能力和實踐能力,進而提升其物理核心素養。

三、現存問題

(一)跨學科項目整合缺失

初中物理跨學科實踐在發展過程中,一定程度上存在著跨學科項目整合缺失的問題,如在項目實踐的具體操作和實施過程中,學科間缺乏密切的協調與整合,導致項目無法真正達到跨學科的效果。首先,初中物理跨學科實踐往往忽視學科之間的關聯性。在項目設計和實施過程中,學科知識被單獨地呈現和應用,缺乏融合和交叉,導致學生在進行物理實驗時忽略了物理學科與其他學科的聯系,無法對物理知識獲得更全面和深入的理解。其次,初中物理跨學科實踐的項目難以形成真正的綜合思維。學生缺乏整合和運用多學科知識的能力,往往只是在分散的學科學習中進行膚淺的應用,沒有形成真正的跨學科綜合思維。最后,初中物理跨學科實踐在項目實施過程中缺乏跨學科教師團隊合作的機制。不同學科的教師應該共同參與項目的規劃和設計,通過合作討論確立學科之間的關聯和整合點,以促進學科之間的知識交流和融合。然而,目前的跨學科實踐往往由單一學科的教師主導,缺少學科之間的協同工作。

(二)學科知識與技能割裂

在跨學科實踐的發展過程中,初中物理跨學科實踐存在著學科知識與技能割裂的問題。這一問題主要表現在項目實踐中,學生往往只注重對學科知識的理解,忽視了運用學科知識解決實際問題的技能掌握。一方面,初中物理跨學科實踐存在純理論性知識重于實踐技能培養的現象。初中物理跨學科實踐往往側重于知識的傳遞和學習,學生對物理知識的學習往往只停留在書本的抽象概念,缺少對知識的實際運用。初中物理跨學科實踐項目涉及學生對某些物理概念的學習、理解與應用,但學生對物理知識的理解與他們實際的運用能力存在脫節,他們無法真正將學科知識轉化為實際行動。另一方面,初中物理跨學科實踐的評價體系過于偏重學生對學科知識的掌握,而忽略了對學生實踐技能的培養。對學生的評價主要依據其課堂考試情況和對學科知識的掌握程度,對實踐技能的掌握關注較少。因此,學生在跨學科項目中通常不愿意花費過多的時間和精力培養和提升自身的實踐技能,更多地將注意力放在對學科知識的掌握和對考試成績的追求上。

(三)師生角色定位不明確

初中物理跨學科教學存在師生角色定位不明確的問題。首先,教師需要在跨學科實踐中扮演好指導者和引導者的角色,鼓勵學生自主探索與協作。教師需要引導學生跨越學科界限,為學生提供解決問題的框架和思路,同時激發學生的創新和探究精神。然而,由于缺乏相應的培訓和指導,以及受時間和資源的限制,部分教師對跨學科實踐的具體操作方式和自身角色定位感到困惑。其次,學生應成為跨學科實踐項目的主體和實踐者,通過自主學習、探究合作等方式解決實際問題。學生需要從被動的知識接受者轉變為主動的知識探索者和創造者,在實踐中培養解決問題和合作交流的能力。但由于缺乏相關經驗和指導,以及學科知識儲備的不足,學生無法明確自身在跨學科實踐中的角色及作用。最后,在跨學科實踐中,教師需要與學生建立良好的溝通和合作關系,激發學生的學習興趣,提高學生的參與度,引導學生進行合作學習。由于教師在跨學科實踐中的角色定位不明確,他們無法有效地與學生進行互動和合作,導致學生缺乏明確的指導和支持。由于學生在跨學科實踐中的角色定位不明確,他們無法主動地學習和探索知識,提升自身技能。

四、教學策略

本研究以人教版初中物理教材八年級上冊“物態變化”單元教學為例,設計了跨學科實踐發展下初中物理跨學科教學方案。跨學科實踐教學需要有課標內容要求的引領、有頗具價值的真實問題、有明確的驅動任務、有物化的實踐成果。[6]基于此理念,本研究設計了如圖1所示的跨學科實踐教學流程。

圖1 跨學科實踐教學流程

(一)設計具有真實情境的實踐項目,明確跨學科實踐教學目標

在進行跨學科實踐教學設計之前,教師要先分析學生的學習情況。八年級學生已經對物理學科有了一定的認識,并具備了基本的實驗技能和觀察能力。在“物態變化”這一單元中,學生已初步掌握了物質的三態、熔化和凝固、汽化和液化等基礎知識,但仍需要進一步鞏固和應用。此外,學生對日常生活中常見的物態變化現象較為熟悉,對工程實踐和社會發展中的物理知識應用了解甚少。教師可在此基礎上,設計一個具有真實情境的實踐項目——“建立一套房屋空調系統”。在這個項目中,學生需要體驗和掌握物理知識、電氣知識和能源知識等跨學科知識,并運用所學知識設計一個交互作用良好、節能環保的房屋空調系統,以此可增進對物理學與工程實踐以及社會發展之間的聯系的認知。基于實踐項目設計,應明確以下教學目標。

知識技能目標:學生不僅能夠掌握物理學知識,還能綜合應用數學、化學等相關學科的知識,解決實際問題;能夠綜合運用物理實驗技能與其他學科的實驗方法,進行跨學科的實驗設計、操作和數據分析。

思維能力目標:學生能夠將物理學與其他學科的知識和方法結合起來,以創新的方式解決復雜的實際問題,并形成相應方案。

情感態度目標:學生應積極參與實踐項目,體會跨學科實踐的樂趣和挑戰;學生需要培養團隊協作和交流能力,提高自我認知和自主學習意識。

(二)強調學用結合,制定完善的跨學科實踐教學方案

通過“物態變化”這一單元的學習,學生能夠深入理解物質三種狀態之間的變化規律,以及這些變化過程中的能量轉換。為了將理論知識與實踐應用結合起來,提高學生學用結合的能力,教師可圍繞“建立一套房屋空調系統”的實踐主題,制定下列跨學科實踐三個階段的教學方案。

第一階段為主題式導入階段。在導學環節中,教師在引入空調系統的概念時,可明確指出物理學(物態變化、熱力學原理)、化學(制冷劑的化學性質)、環境科學(空調對環境的影響)等學科之間的聯系。教師提出引導式問題,如“你們在生活中使用過空調嗎?空調系統如何利用物理和化學原理進行制冷?它對環境有何影響?我們應如何設計一套既高效又環保的房屋空調系統?”引導學生探索和思考。在此階段,教師需要強調物理學、化學和環境科學的聯系之處,以展示跨學科學習的價值,激發學生的好奇心和探索欲,使學生更主動地投入學習過程。

第二階段為項目式學習階段,分為三個環節。一是概念學習環節。教師在結合實例介紹物態變化的基本概念時,可加入能量轉換和環境科學的概念,讓學生理解空調系統中能量轉換和環境的相互作用。二是基礎知識學習環節。教師通過講解和示范,向學生教授電流、電壓和電阻的概念及其關系,學生需要了解電路的基本構成、串聯和并聯電路的特點,可采取小組合作的方式共同探究電路中電流的流動方式,為后續實踐做準備。三是實踐操作環節。教師應鼓勵學生結合相關的物理、化學與環境科學等知識,設計一套綜合考慮環境影響與效能的房屋空調系統方案。教師指導學生根據自己設計的方案,進行實踐操作,搭建空調系統,并測試系統的工作效果。在這一環節中,加入能量轉換和環境科學的概念,能夠更好地幫助學生正確理解物理知識在現實世界中的應用和影響。

第三階段為任務驅動式拓展階段。教師應引導學生根據實際情況,改進與優化空調系統,指導學生應用跨學科知識,如物理學原理、環境科學的考量、工程學的設計思想等,增強系統的節能性和環保性,并組織學生探究自然通風與空調系統的關系。在課程結束后,教師可指導學生撰寫實踐報告,鼓勵學生在報告中總結實踐過程,并分析跨學科知識的實際應用。

通過以上跨學科實踐教學策略,能夠讓學生全面了解物態變化和空氣利用的原理,掌握基本的電路知識,初步具備設計房屋空調系統的能力。同時,這種教學策略也有助于培養學生的動手實踐能力、探究精神和創新思維,提高學生的綜合素養和解決實際問題的能力。

(三)明確師生角色定位,循序漸進地開展跨學科實踐教學活動

在跨學科教學中,教師角色應轉變為引導者和促進者。在使用教材、多媒體資源和實驗器材時,教師應更多地引導學生發現跨學科之間的聯系,如物理學原理與環境科學、工程設計等領域的結合。因此,在實施教學過程中,教師需要充分利用教材、多媒體資源和實驗器材等教學資源,合理安排課堂討論和小組合作學習,以確保教學效果的達成。在開展具體實踐活動時,教師可通過問題導向的方式引導學生,提出關鍵問題,激發學生思考,培養學生獨立解決問題的能力。教師可將學生分成若干小組,并組織各小組明確具體的成員分工。在小組合作中,教師需要鼓勵學生根據自己的興趣和專長選擇不同的角色,如設計師、環境專家或技術專家,以促進成員合作。在分組完成后,教師應尊重學生的主體地位,為學生提供更多的自主實踐空間,由小組共同設計自己的空調系統。在實踐中,教師應給予學生更多的自主實踐空間,以有效培養學生的創新精神和探究能力。

學生可以參考教材中提供的實踐步驟和注意事項,結合自己的實際情況進行設計。這個過程需要學生運用所學的物態變化、化學能源轉換知識、電路、環境科學等知識,自主探索并解決實際問題。在此過程中,教師需要給予學生一定指導和幫助,糾正學生的錯誤觀念并指出其不足之處,引導學生解決問題。同時,教師還需要發揮好監督者的作用,保障學生在實踐過程中的安全。各小組在完成空調系統的設計后可進行制作和調試。在此過程中,學生需要運用所學的技能和實踐經驗,認真細致地完成每一個環節。教師需要給予學生指導和幫助,確保學生的制作質量和安全。最后,學生可以對完成的空調系統進行評估和改進,測量空調系統的性能參數,分析系統的工作原理和組成,探索更好的方案。教師需引導學生進行正確的評估和改進,培養學生的創新精神和探究能力。

綜上所述,結合教師的有效指導和學生的自主實踐,物理跨學科實踐教學可以有效促進學生的全面發展。這種教學方法不僅能夠提高學生的學術能力,還有助于培養學生的創造能力,提高其綜合素質。

(四)采用多元化成果展示方式,深化跨學科實踐教學意義

在上述實踐項目完成以后,為了進一步深化跨學科實踐教學意義,教師需要設計多元化成果展示方案,分為四個部分。一是實驗報告。教師可以鼓勵學生撰寫一份實驗報告,實驗報告的內容應描述實驗過程并分析物理學、環境科學和工程學等學科知識在項目中的應用,以深化學生對跨學科知識整合的理解。二是模型展示。教師可以鼓勵學生制作并展示簡易的房屋空調系統模型,說明系統運行原理,以及在實踐中如何將不同學科的知識融合到一個綜合系統中。三是資料整理。教師可以鼓勵學生從物理學與日常生活、工程實踐以及社會發展間的關系出發,收集相關的資料,特別強調學生應從物理學、社會學和環境科學的角度探討空調系統的社會和環境影響,以培養學生的社會責任感。四是小組合作展示。學生可以分成若干小組,分別扮演空調系統的設計師、工程師、銷售經理等角色,進行小組合作展示。每個小組可以展示各自的設計方案、產品樣品、市場推廣策略等,并進行角色扮演和討論。通過以上多元化的成果展示方式,學生可以充分發揮自己的學科知識和技能,展示自己的學習成果和思維能力。同時,學生還可以通過互相觀摩和評價,促進彼此之間的交流和學習。

五、結語

初中物理跨學科實踐教學是培育學生物理核心素養的有效手段,本研究設計了人教版初中物理教材八年級上冊“物態變化”單元的跨學科實踐教學方案,從促進物理學與日常生活、工程實踐、社會發展間的聯系出發,采用“建立一套房屋空調系統”的實踐項目進行跨學科實踐教學。跨學科實踐有利于引導學生將所學知識與實際應用結合起來,增強學習的實用性和可操作性。通過建立房屋空調系統的實踐,學生能夠深入理解物態變化的原理和現象,并將其應用到日常生活中。這種實踐性的學習方式能夠提高學生的學習動機和興趣,真正實現學生對初中物理知識的學以致用。同時,通過多元化的成果展示方式,學生能夠更全面地展示自己的學習成果,增強自信心。