指向跨學(xué)科素養(yǎng)培養(yǎng)的教學(xué)探索

摘要：本文提出，在跨學(xué)科教學(xué)實(shí)踐中借助數(shù)字化學(xué)習(xí)工具，能激發(fā)學(xué)生跨學(xué)科意識(shí)；在融合“數(shù)理信”科學(xué)探究中，需啟迪學(xué)生跨學(xué)科思維；在跨學(xué)科實(shí)踐過(guò)程中應(yīng)注重構(gòu)建“科技力”學(xué)習(xí)方法，助力學(xué)生實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科創(chuàng)新。

關(guān)鍵詞：信息科技；跨學(xué)科素養(yǎng)；科技力；跨學(xué)科創(chuàng)新

中圖分類號(hào)：G434" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" 論文編號(hào)：1674-2117（2024）06-0071-03

“跨學(xué)科”是指超越單一學(xué)科邊界，涉及兩個(gè)或兩個(gè)以上學(xué)科知識(shí)與技能、思維與方法、觀念與原理等，綜合運(yùn)用多學(xué)科課程相關(guān)內(nèi)容解決實(shí)際問(wèn)題的一種高階思維方式。跨學(xué)科素養(yǎng)是在真實(shí)多維教學(xué)情境下關(guān)聯(lián)兩門或兩門以上學(xué)科融合而成的超越特定學(xué)科核心素養(yǎng)的共性素養(yǎng)，所以跨學(xué)科素養(yǎng)具有情境性、融合性以及創(chuàng)生性，是黏合學(xué)科核心素養(yǎng)的“黏合劑”，是激活學(xué)科核心素養(yǎng)的“催化劑”，是發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的“助推劑”，也是培育學(xué)生從具備學(xué)科核心素養(yǎng)到生成核心素養(yǎng)的關(guān)鍵“鏈條”環(huán)節(jié)。在《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡(jiǎn)稱“信息科技新課標(biāo)”）的課程內(nèi)容部分，各學(xué)段都設(shè)置了“跨學(xué)科主題”項(xiàng)目學(xué)習(xí)；在《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡(jiǎn)稱“物理新課標(biāo)”）的課程內(nèi)容部分，單獨(dú)設(shè)置了“跨學(xué)科實(shí)踐”主題學(xué)習(xí)，并在附錄中設(shè)置“跨學(xué)科實(shí)踐案例”。因此，筆者基于信息科技新課標(biāo)與物理新課標(biāo)的跨學(xué)科教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐，以期培養(yǎng)學(xué)生的跨學(xué)科素養(yǎng)。

借助數(shù)字化學(xué)習(xí)工具，激發(fā)學(xué)生跨學(xué)科意識(shí)

1.數(shù)字工具助力學(xué)習(xí)

物理新課標(biāo)倡導(dǎo)教師合理運(yùn)用信息技術(shù)，立足于物理課堂教學(xué)實(shí)施跨學(xué)科深度學(xué)習(xí)與科學(xué)探究。在初中物理教學(xué)中，在探究“歐姆定律”實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師借助智慧課堂，引導(dǎo)學(xué)生利用Word文檔設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，優(yōu)化版面；在探究“歐姆定律”仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)，運(yùn)用Excel電子表格記錄數(shù)據(jù)、繪制圖表、分析數(shù)據(jù)、觀察折線圖與散點(diǎn)圖變化趨勢(shì)；各小組美化圖片，制作課件展示匯報(bào)；在線利用騰訊問(wèn)卷收集各小組評(píng)價(jià)結(jié)果……這些，都充分體現(xiàn)了數(shù)字化學(xué)習(xí)工具助力物理智慧課堂自主學(xué)習(xí)、協(xié)作探究、合作研討以及師生評(píng)價(jià)的跨學(xué)科學(xué)習(xí)過(guò)程。

2.DIKW模型建構(gòu)過(guò)程

教師的科學(xué)引導(dǎo)與協(xié)助啟發(fā)，能激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步思考“歐姆定律”仿真實(shí)驗(yàn)：領(lǐng)悟數(shù)據(jù)、信息、知識(shí)與智慧（簡(jiǎn)稱“DIKW”模型）相互之間的內(nèi)在關(guān)系。數(shù)據(jù)是現(xiàn)實(shí)世界客觀事物的符號(hào)記錄，也是學(xué)生在“歐姆定律”仿真實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程中記錄、收集的實(shí)驗(yàn)證據(jù)中的一種。信息是經(jīng)過(guò)數(shù)字化學(xué)習(xí)工具加工處理，具有實(shí)際物理意義的數(shù)據(jù)。教師提醒學(xué)生在進(jìn)行“歐姆定律”仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)，要將數(shù)據(jù)記錄在正確的電子表格上（當(dāng)電壓一定時(shí)，按照電阻與電流對(duì)應(yīng)關(guān)系記錄），并加上正確的單位符號(hào)，這樣才表示具有物理意義的信息。知識(shí)是學(xué)

智慧是在科學(xué)探究的基礎(chǔ)上創(chuàng)造性地運(yùn)用學(xué)科知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的創(chuàng)新思維能力。在進(jìn)行“歐姆定律”仿真實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集、分析、建模和驗(yàn)證仿真實(shí)踐的過(guò)程中，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生思考：仿真實(shí)驗(yàn)數(shù)字圖表與通過(guò)實(shí)踐操作呈現(xiàn)出來(lái)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖表獲得的結(jié)論是否一致？電流表外接或內(nèi)接對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集會(huì)產(chǎn)生偏大還是偏小的影響？此時(shí)誤差的影響如何最小化？這些科學(xué)數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)體現(xiàn)了物理學(xué)科的本質(zhì)，學(xué)生只有經(jīng)歷過(guò)真實(shí)情境問(wèn)題解決才能掌握“歐姆定律”的真正含義，進(jìn)而才能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而發(fā)現(xiàn)其中的科學(xué)規(guī)律，獲得知識(shí)，生成智慧。

融合“數(shù)理信”科學(xué)探究，啟迪學(xué)生跨學(xué)科思維

1.真實(shí)情境，啟迪思考

“一個(gè)粉筆頭輕輕拋出”這一真實(shí)情境，實(shí)質(zhì)上是對(duì)拋體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的探究，目的是激發(fā)、啟迪學(xué)生創(chuàng)造性地利用數(shù)學(xué)、物理、信息科技（簡(jiǎn)稱“數(shù)理信”）等學(xué)科的相關(guān)知識(shí)解決真實(shí)情境下的劣構(gòu)問(wèn)題，從而培養(yǎng)學(xué)生的跨學(xué)科思維。跨學(xué)科思維是通過(guò)解決復(fù)雜情境下的劣構(gòu)問(wèn)題，從而進(jìn)行科學(xué)建構(gòu)形成的，是利用多學(xué)科知識(shí)與技能、思維與方法、觀念與原理等，綜合運(yùn)用多學(xué)科課程相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行“強(qiáng)度”關(guān)聯(lián)與“力度”思考，創(chuàng)造性提出解決復(fù)雜劣構(gòu)問(wèn)題的創(chuàng)新思維能力，也是布魯姆認(rèn)知目標(biāo)由低階思維（知識(shí)與領(lǐng)會(huì)）發(fā)展到高階思維（應(yīng)用與分析、綜合與評(píng)價(jià)）的螺旋上升過(guò)程。

2.學(xué)科融合，實(shí)踐探索

“一個(gè)粉筆頭輕輕拋出”是真實(shí)情境下的復(fù)雜劣構(gòu)實(shí)際問(wèn)題，在解決此類物理問(wèn)題時(shí)應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生轉(zhuǎn)換思考方式，運(yùn)用跨學(xué)科思維解決實(shí)際問(wèn)題。

①水平方向。假設(shè)“一個(gè)粉筆頭輕輕拋出”是水平拋出，此時(shí)速度是，并且不受重力與空氣阻力。此狀態(tài)為理想狀態(tài)，目的是引導(dǎo)學(xué)生用數(shù)學(xué)的眼光觀察現(xiàn)實(shí)世界，進(jìn)行抽象建模，即“數(shù)理”融合。粉筆頭前進(jìn)距離，一直勻速前進(jìn)，實(shí)質(zhì)上是水平方向前進(jìn)距離（x）關(guān)于時(shí)間（t）的一次函數(shù)。

③運(yùn)動(dòng)合成。粉筆頭真實(shí)運(yùn)動(dòng)軌跡是水平方向與豎直方向的運(yùn)動(dòng)合成：

一個(gè)粉筆頭在水平方向上與豎直方向上的運(yùn)動(dòng)是橫坐標(biāo)x與縱坐標(biāo)y關(guān)于任意時(shí)刻t的位置軌跡的擬合。

“一個(gè)粉筆頭輕輕拋出”運(yùn)動(dòng)軌跡的描述運(yùn)動(dòng)方程是數(shù)學(xué)抽象思維與物理科學(xué)思維在“拋體運(yùn)動(dòng)”實(shí)踐探索實(shí)驗(yàn)中的學(xué)科思維融合，這是跨學(xué)科教學(xué)的核心，也是跨學(xué)科思維形成的關(guān)鍵。但是，“一個(gè)粉筆頭輕輕拋出”真實(shí)運(yùn)動(dòng)軌跡的數(shù)字化模擬僅憑數(shù)學(xué)抽象思維與物理科學(xué)思維融合還不夠，還需要借助信息科技計(jì)算思維的算法設(shè)計(jì)。

3.Python編程，成果呈現(xiàn)

如何基于學(xué)科融合視角科學(xué)探究“拋體運(yùn)動(dòng)”軌跡模擬？可以針對(duì)“一個(gè)粉筆頭輕輕拋出”的運(yùn)動(dòng)軌跡方程設(shè)計(jì)算法，即Python編程，成果呈現(xiàn)。

假設(shè)初速度，水平拋出，重力加速度g=10，時(shí)間t=0，拍照數(shù)量pic_num=10，時(shí)間間隔interval=0.1，放大倍數(shù)mult=50，起始點(diǎn)坐標(biāo)位置，則“平拋運(yùn)動(dòng)”軌跡方程模擬Python編程，成果呈現(xiàn)。

（1）水平方向：勻速直線運(yùn)動(dòng)

粉筆頭在水平方向上是勻速直線運(yùn)動(dòng)，軌跡方程為，軌跡模擬Python編程代碼如圖1所示。

（2）豎直方向：自由落體運(yùn)動(dòng)

（3）運(yùn)動(dòng)合成：平拋運(yùn)動(dòng)

粉筆頭真實(shí)運(yùn)動(dòng)軌跡是平拋運(yùn)動(dòng)，軌跡方程為：

平拋運(yùn)動(dòng)軌跡模擬Python編程代碼如圖3所示。

（4）代碼測(cè)試，成果展示

學(xué)生在融合數(shù)學(xué)抽象建模思維與物理科學(xué)思維的實(shí)踐探索基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)算法，構(gòu)思設(shè)計(jì)，創(chuàng)作“拋體運(yùn)動(dòng)”軌跡模擬數(shù)字化作品，并進(jìn)行測(cè)試運(yùn)行。成果展示如圖4所示。

構(gòu)建“科技力”學(xué)習(xí)方法，助力學(xué)生跨學(xué)科創(chuàng)新

跨學(xué)科教學(xué)如何培養(yǎng)學(xué)生的跨學(xué)科創(chuàng)新？筆者認(rèn)為，只有指導(dǎo)與協(xié)助學(xué)生在跨學(xué)科學(xué)習(xí)實(shí)踐探索過(guò)程中構(gòu)建“科技力”的學(xué)習(xí)方法，才能助力學(xué)生進(jìn)行跨學(xué)科創(chuàng)新。“科技力”是“科學(xué)”與“技術(shù)”融合創(chuàng)新的“源動(dòng)力”，包括學(xué)習(xí)力、實(shí)踐力、領(lǐng)悟力以及創(chuàng)造力。

①學(xué)習(xí)力。學(xué)習(xí)力是跨學(xué)科創(chuàng)新的核心動(dòng)力，是基礎(chǔ)，是起始階段。學(xué)習(xí)力的培養(yǎng)關(guān)鍵在于學(xué)生想不想（意識(shí)）、愿不愿（態(tài)度）、能不能（能力），即學(xué)習(xí)力包括學(xué)習(xí)意識(shí)、學(xué)習(xí)態(tài)度與學(xué)習(xí)能力。

②實(shí)踐力。實(shí)踐力是跨學(xué)科創(chuàng)新的關(guān)鍵能力，是提升，是探索階段。實(shí)踐力的核心要素是敢于嘗試、勇于探索、善于實(shí)踐及勤于反思。

③領(lǐng)悟力。領(lǐng)悟力是跨學(xué)科創(chuàng)新的內(nèi)在驅(qū)力，是源泉，是頓悟階段。領(lǐng)悟力是學(xué)生學(xué)習(xí)與成長(zhǎng)的內(nèi)驅(qū)力，是跨學(xué)科學(xué)習(xí)意識(shí)進(jìn)一步創(chuàng)新的源泉，是內(nèi)化、建構(gòu)跨學(xué)科原理與跨學(xué)科思維的最高境界，是跨學(xué)科素養(yǎng)培養(yǎng)的核心要義。

④創(chuàng)造力。創(chuàng)造力是跨學(xué)科創(chuàng)新的內(nèi)在活力，是錘煉和物化階段。數(shù)字化作品的創(chuàng)作是信息科技與物理課程融合創(chuàng)新的結(jié)晶，也是跨學(xué)科學(xué)習(xí)從理論建構(gòu)到實(shí)踐探索的形成階段，是最能體現(xiàn)跨學(xué)科特征的學(xué)習(xí)創(chuàng)造能力。