基于學習進階的高中物理與數(shù)學學科融合教學研究

摘 要：本文主要圍繞學生高階能力和核心素養(yǎng)的培育開展高中數(shù)學和物理學科融合教學的研究，主要目的是構(gòu)建一套行之有效的學科融合教學體系，讓學生的物理和數(shù)學融合思維得到有效發(fā)展，提升學生解決問題的能力，為高中學生高階學習能力的培育探索出一條有效路徑，并顯著提升學生的物理、數(shù)學學習效果，最終讓課堂教學更符合新課標的教學改革目標。

關鍵詞：學習進階；高中物理；高中數(shù)學；學科融合；教學研究

目前大多數(shù)高中生的物理與數(shù)學成績之間有著較強的相關性，因此，為了有效提升學生的學習能力，推動學生進入到高階學習層次當中，教師需要對物理與數(shù)學的融合教學開展深入研究，通過對融合教學的課程設計、跨學科高階學習能力的培養(yǎng)研究、跨學科教學資源研究等方面開展深入研究，為學生探索出一條行之有效的高效學習路徑，引導學生進入到數(shù)理融合的高階學習層次當中，實現(xiàn)學生數(shù)學、物理綜合素養(yǎng)的有效發(fā)展。

一、學科融合教學核心概念

高中數(shù)學和物理作為關系最密切的兩門學科，做好二者的融合教學可以有效實現(xiàn)學生學習能力的進階。教師通過對數(shù)學、物理這兩門學科的內(nèi)化衍生特性進行研究，在融合教學課堂上做到知識建構(gòu)、思維方法以及學科技能等方面的融合教學，可以有效增加學生的知識積累，并促進學生認知能力的提升。同時，教師通過對課程設置、教學活動以及教學評價等多方面進行創(chuàng)新重構(gòu)，讓數(shù)學和物理這兩門學科內(nèi)容可以在同一個主題或者問題中有著密切的聯(lián)系，并引導學生從不同的角度分析問題，引導學生對問題結(jié)構(gòu)進行更深層次地開發(fā)和研究，基于此引導學生進入到更高階的學習層次探索，讓學生形成更全面的理解能力、對問題更廣泛處理的能力，以及知識轉(zhuǎn)移到其他情境的能力等高階學習能力。此外，教師需要注意，物理與數(shù)學的融合教學并不僅僅是簡單的知識拼盤，教師需要做好兩門學科內(nèi)在聯(lián)系和滲透關系的研究，從中總結(jié)出新的思維方式，并使其能夠運用到常態(tài)化的教學當中。教師需要將數(shù)理兩門學科中的各種概念、方法、認識論等內(nèi)容進行整合研究，探索出高效推動學生學習需求和學習熱情的策略，引導學生養(yǎng)成跨學科的創(chuàng)新性思維、綜合分析能力、批判性思維、獲取隱性知識的能力等高階學習能力，讓學生完成從低階到高階的能力轉(zhuǎn)化，進而有效推動學生終身學習能力的可持續(xù)發(fā)展[1]。

二、高中物理與數(shù)學間的緊密聯(lián)系

數(shù)學學科主要研究數(shù)量關系和空間形式，是一種基于現(xiàn)實世界的抽象結(jié)構(gòu)，運用符號運算、形式推理、模型構(gòu)建等方式對現(xiàn)實世界中事物的本質(zhì)、聯(lián)系，以及發(fā)展規(guī)律進行表達，并幫助人們對其進行理解。物理學科主要對自然界物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)、相互作用和運動規(guī)律進行研究，通過觀察、實驗、物理模型、數(shù)學工具等方式進行科學的推理和驗證，構(gòu)成系統(tǒng)的研究方法和物理理論體系。通過對這兩門學科發(fā)展史的研究可以發(fā)現(xiàn)，數(shù)學的發(fā)展與物理學所提出的問題息息相關，比如經(jīng)典物理學、相對論、量子物理等學說的產(chǎn)生，可以發(fā)現(xiàn)每一次物理界的重大革命中，都伴隨著數(shù)學理論的發(fā)展，在如今的現(xiàn)代數(shù)學和現(xiàn)代物理之間也有著深度碰撞。因此，在高中數(shù)學和物理這兩門學科的教學中，為了實現(xiàn)學習進階，培養(yǎng)學生的學科核心素養(yǎng)與高階學習能力，教師需要將物理和數(shù)學學科的知識、思維方法等相關內(nèi)容進行融合創(chuàng)新，做好學科融合教學研究，提升高中物理和數(shù)學融合教學質(zhì)量[2]。

三、高中物理與數(shù)學融合教學現(xiàn)狀

（一）沒有實現(xiàn)深度融合

在目前的融合教學當中依舊存在兩個比較突出的問題，一是由于物理與數(shù)學學科教學進度的差異，導致許多物理知識點的教學得不到數(shù)學知識的支撐，不利于學科融合教學工作的開展，比如在運動學教學中瞬時速度的理解、斜面三角函數(shù)的應用等，因此教師必須重視數(shù)學與物理教學進度的協(xié)調(diào)一致性。二是在融合教學中，教師并不重視學生數(shù)形結(jié)合、數(shù)學建模、數(shù)理演算等能力的培育，導致學生在解題中難以靈活運用數(shù)形結(jié)合等數(shù)學思維，不利于學生學習能力的發(fā)展。

（二）缺乏重視程度

目前大多數(shù)教師并不具備數(shù)理學科融合教學的意識，并且數(shù)學教師與物理教師在學科融合教學這方面的溝通較少，缺乏主動交流探索的意識，這些都是因為教師對融合教學不夠重視導致的，造成學生數(shù)理融合學習的能力和意識都比較薄弱，難以充分發(fā)揮出數(shù)學物理融合教學的價值。并且，還會出現(xiàn)學生在解題只會按照教師講解的公式進行套用，并不會對物理現(xiàn)象和本質(zhì)進行探索，不利于學生融合學習的思維和價值觀的培育，更不利于學生學科核心素養(yǎng)的發(fā)展。

（三）教學方式單一

雖然融合教學已經(jīng)成為必然的發(fā)展趨勢，高中學校也開展了相關的課題項目進行研究。但是，在實際教學中依舊可以發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)教師在融合教學課堂上主要以文理融合教學、文化課與德育融合教學、理論與實踐融合教學等方式為主，缺乏數(shù)理融合教學的意識，對這方面教學研究的項目較少。這就導致目前數(shù)理融合教學的平臺較少，教師難以獲得成熟的教學理論開展教學，在教學實踐當中依舊局限在課堂教學和習題融合創(chuàng)新等簡單的層面當中，融合教學的方式比較單一[3]。

四、高中物理與數(shù)學融合教學的意義

（一）激發(fā)學生學習興趣

高中數(shù)學和物理學科知識有著一定的理解難度，這會導致學生的學習熱情大大降低，對學生學習能力的發(fā)展產(chǎn)生較大的不良影響。因此，教師必須轉(zhuǎn)變課堂教學方式，通過數(shù)學與物理學科間的聯(lián)系開展數(shù)理融合教學，在數(shù)學思想的融合下大幅提升物理學習的趣味性，并有效降低數(shù)學學習的難度，讓學生主動開展數(shù)學學習，逐漸在學習探索中發(fā)現(xiàn)物理學習的趣味性，增強學生的學習動力。同時，在融合教學實踐下，學生的學習思維可以變得更加靈活，思維廣度和深度也可以得到充分擴展，讓學生對所學知識進行深入思考，有效提升學生的學習能力。

（二）加強學生理解

物理和數(shù)學學科的知識有著較強的抽象性，只憑借著教師講解的方式難以讓學生對這些知識進行全方位地理解。通過學科融合教學，學生可以借助數(shù)學思維將那些原本抽象的物理知識變得直觀形象，方便學生理解，并讓學生找出其蘊含的思維邏輯，有效提升學生的物理理解能力，讓學生的物理學習能力得到進一步發(fā)展。并且，數(shù)學的科學性與實際性與物理學科的抽象性相互補充，可以進一步提升學生的思維能力，有效推動學生理解思維的強化提升。

（三）提高學生綜合能力

高中生的學習壓力較大，為了提高學生的學習效率，教師必須為學生提供合適的學習方法，不僅可以增加學生對知識點的理解，還可以提高學生的學習效率，減緩學生的學習壓力。所以，做好物理與數(shù)學的融合教學可以讓學生的學習思維得到強化，促進學生綜合學習能力的提升，提高學生對問題的判斷和分析能力，為學生高階學習能力的發(fā)展提供良好的基礎[4]。

五、基于學習進階的高中物理與數(shù)學融合教學策略

（一）借助物理背景融入數(shù)學概念

由于數(shù)學與物理學科間聯(lián)系緊密，教師在數(shù)學教學課堂上引入新概念時也可以適當?shù)厝谌胛锢硐嚓P知識，這樣可以讓學生更加輕松且正確地理解數(shù)學概念，并有效推動數(shù)學教學的順利開展。在湘教版高二選修“導數(shù)的概念及其意義”這節(jié)課的教學中，教師可以就“變化率”這個知識點開展物理知識的融合教學。教師可以將魯科版高一物理物體的運動當中關于變化率相關知識點為學生開展課堂導入，喚醒學生對變化率的記憶，為學生帶來良好的知識基礎。同時，教師還可以在課堂教學中為學生帶入必修三中電荷量的變化率、電容器電容的變化率等知識點，幫助學生更好地理解導數(shù)的概念，有效推動數(shù)學和物理學科知識的融合教育，提高課堂教學效率[5]。

在學生學習導數(shù)相關知識時，并沒有在數(shù)學學科中接觸到變化率相關的知識，這時教師可以融入物理學中速度、位移、電荷量等模塊中關于變化率教學的內(nèi)容，加深學生對導數(shù)概念的理解。在導數(shù)這章節(jié)知識的教學中，主要從數(shù)學角度對函數(shù)圖像的割線與切線進行分析，最后得出導數(shù)的概念及意義。因此，教師可以在課堂導入環(huán)節(jié)借助多媒體設備為學生播放一個質(zhì)量為m的小球以3m/s的速度撞到墻壁上，且小球反射回去的速度為2m/s的動畫視頻。這時，教師可以向?qū)W生提問：“請問同學們，這個小球在與墻撞擊的過程中受到的力是多少？受到的力是恒定的嗎？”借助多媒體設備將枯燥的文字轉(zhuǎn)化為動畫視頻，充分吸引學生的注意力，讓學生專注進行該物理問題的研究。最終經(jīng)過對小球動量變化、受力變化知識的研究加深學生對“變化率”的理解，通過物理知識引導學生完成變化率的求解，進而帶領學生對導數(shù)的相關概念以及函數(shù)求導公式等知識進行研究。同時，在課堂教學的過程中，教師還需要注意對學生的學習狀態(tài)進行分析總結(jié)，進一步對課堂教學計劃進行創(chuàng)新設計，提升融合教學效果。

（二）高中物理與數(shù)學思維的教學融合

數(shù)學思維在物理研究和學習當中有著十分廣泛的應用，數(shù)學思維可以對物理規(guī)律進行簡潔準確的表達，數(shù)學工具可以對物理實驗的數(shù)據(jù)處理、科學論證起到十分重要的作用，數(shù)學語言也可以幫助學生感受物理學科的魅力。因此，為了提高數(shù)理融合教學質(zhì)量，教師可以在物理習題教學中做好數(shù)學思維的融合教學，充分發(fā)揮物理思維教學的意義，讓學生在物理習題的引導下對相關物理知識進行深入研究，并借助數(shù)學思維逐步提升學生分析和探究問題答案的能力，提高學生的學習思維水平。

例如，在魯科版選修三“氣體實驗定律”這節(jié)課的習題練習中，教師可以借助數(shù)學圖像思維來進行教學研究，在數(shù)學圖像思維的指引下，各個物理量之間的聯(lián)系可以更加直觀地展現(xiàn)出來，引導學生對物理規(guī)律的內(nèi)涵進行深入探索。圖像思維是一種運用函數(shù)圖像和列表等方法對自變量和因變量之間的函數(shù)關系進行直觀表達的方法。通過圖像思維的運用，學生可以對理想氣態(tài)方程各個物理量之間的關系有著更加直觀明確地了解，有效提升學生物理習題的解題效率，促進學生解題能力和解題思維的發(fā)展。

（三）數(shù)理融合強化物理觀念

物理觀念是從物理學視角形成的關于物質(zhì)、運動與相互作用、能量等基本認識，并將物理概念和規(guī)律進行提升和升華。是從物理學視角解釋自然現(xiàn)象和解決實際問題的基礎。在高中物理教學中培養(yǎng)學生形成物理觀念，不僅有助于學生物理核心素養(yǎng)的發(fā)展，還可以在物理觀念的帶領下引導學生進入到更高階的學習狀態(tài)，大幅提升學生物理學習效果。因此，教師必須重視學生物理觀念的培育，通過開展數(shù)理融合教學課堂加深學生對物理概念、公式和規(guī)律的了解，有效推動學生物理觀念的強化提升。

例如，在魯科版高三物理選修“波粒二象性”這部分教學中，教師需要先對光的粒子性開展教學，通過對單色光的干涉、衍射實驗的學習證明光的粒子性，然后在密里根光電管實驗測驗普朗克常量h的值時，可以借助數(shù)學函數(shù)一次圖像求斜率的知識進行實驗數(shù)據(jù)的計算。在光的波動性教學研究中，教師可以先對干涉、衍射、偏振和電磁波屬性進行研究，然后再開展雙縫干涉實驗等。在干涉這部分知識的教學中，教師可以結(jié)合人教版必修4中三角函數(shù)中相位知識進行教學研究，借助數(shù)學理論對抽象的物理實驗進行實驗數(shù)據(jù)和實驗現(xiàn)象的具體化研究，方便學生理解，讓學生更加輕松且直觀地在腦海中構(gòu)建完善的物理觀念。

（四）應用物理知識鞏固拓展數(shù)學知識

在數(shù)學新內(nèi)容教學結(jié)束后，教師可以借助物理知識進行數(shù)學概念的鞏固拓展教學，這樣不僅可以提高學生的學習興趣，還可以讓學生形成更加完善的知識體系，有效推動學生學科綜合思維的發(fā)展。比如，在湘教版選修1“圓錐曲線”的教學中，教師可以結(jié)合光學的知識進行課堂鞏固拓展教學，利用圓錐曲線的光學性質(zhì)開展教學，帶領學生對圓錐曲線的概念進行多個層次的了解，同時還可以帶領學生借助圓錐曲線的光學性質(zhì)去解決問題，有效提升學生的綜合能力。例如，教師可以在三種圓錐曲線的概念及其性質(zhì)教學結(jié)束后，運用多媒體設備為學生展示望遠鏡、手電筒和放映機的工作過程，然后再向?qū)W生提出問題：“請問這些工具的運行原理是什么？它們又分別與哪種圓錐曲線相對應？”然后教師在借助信息手段根據(jù)學生的課堂學習情況將學生劃分為水平相近的不同小組，開展小學討論教學，讓學生對不同工具中光的路徑以及相對應的圓錐曲線的圖像進行繪制，逐漸加深學生對圓錐曲線光學性質(zhì)的了解，有效提升課堂教學效率。

結(jié)束語

綜上，在新時期教學背景下，教師必須重視學生高階學習能力的培育，因此教師可以通過數(shù)學和物理學科緊密的聯(lián)系開展學科融合教學，同時還可以借助信息手段豐富教學展示內(nèi)容，幫助學生更好地理解相關知識，有效推動學生綜合學習能力的發(fā)展。

參考文獻

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