核心素養跨界融合的教學探索

高中階段，盡管物理和生物兩門學科在具體的知識內容上有所不同，但在核心素養的屬性、內涵和價值上存在顯著的一致性。這種一致性不僅有助于學生更全面地發展科學思維和實踐能力，也為物理和生物學科的融合提供了理論基礎。在教學實踐中，教師可以通過跨學科的教學設計，實現物理和生物知識的互通與整合，從而提升學生的核心素養。以下，筆者將以物理學科的“物理觀念”和生物學科的“生命觀念”的融合為例，分享自己的看法。

“物—生”跨學科觀念融合的邏輯

物理觀念和生命觀念屬性相近。生命觀念和物理觀念都源于自然科學領域，是科學觀念的重要組成部分。物理學和生物學是自然科學的兩條主線，分別通過觀察及實驗的形式構建各自的理論體系。教學中讓學生掌握這兩種觀念后進行融合交流，可以幫助他們形成更加全面、完整的科學觀念。另外，科學觀念也屬于更加廣泛的價值觀、人生觀、自然觀等，上述這些觀念一起構成了學生發展所需要具備的整體觀念框架。這種觀念融合，不僅是兩個學科內部的交匯，更是多個層面、領域觀念的交織，共同構筑了學生對世界的綜合理解。可以說，這種跨學科的“物—生”觀念融合，為學生提供了更廣闊、更全面的認知視角，促使其形成更豐富、更深刻的科學觀念體系。

物理觀念和生命觀念內涵一致。物理觀念與生命觀念盡管來自不同的學科領域，但在物質、運動、能量等方面存在顯著的交融與呼應。這種內涵的交融，是解釋自然現象與解決問題的關鍵。要想實現可持續發展，人類就需要以跨學科的視角更深入地思考自然界與人類行為及其發明創造之間的聯系。而物理和生物的跨學科融合與交流，可以促使學生在面對復雜的現實問題時綜合運用物理觀念和生命觀念作出更為全面和深刻的分析。

物理觀念和生命觀念價值觀一樣。物理觀念與生命觀念分別代表了從物理學與生物學的視角對世界的認知，它們均是對現象背后根本屬性的洞察。這些觀念是一種經過提煉的思維模式，它們的跨學科交融，能夠使學習者從更加宏觀、全面的視角理解現實世界，培養解決真實情境中復雜性、綜合性問題的思維方式。這一過程，彰顯了學科育人的深刻價值。

“物—生”跨學科觀念融合的可行性

建構形成的觀念具有概括性、統領性。學習應該是一個積極建構的過程，從積累“具體經驗”到構建“知識體系”，再到提煉“核心理念”和“宏觀概念”，最終塑造出具有普遍性和指導性的觀念。教學的核心目的應聚焦于觀念的培養，這樣才能將分散的知識整合成系統，構建核心概念，并進一步發展為大概念。以觀念指導教學，有利于推動課時教學向單元教學轉變，對幫助學生弄清概念和規律之間的關系、加深對知識結構的理解有著重要作用。

情境中生成的觀念具有遷移性、穩定性。隨著科技的快速進步和知識的持續更新，未來的人才需要具備在不斷變化的環境中分析與解決問題的能力。為此，課堂教學應該向重視觀念形成的方向轉變——當觀念在學生思維中穩固下來后，即使具體的學科知識變得模糊，他們也能在現實世界中運用物理觀念和生命觀念來主動探索和解決問題。具體來說，課堂教學應該從單純的知識記憶轉向實際應用，創設多樣化的情境，讓學生經歷實踐與思考的過程，對知識進行深入處理，形成個人的理解，并構建起內在的觀念結構。

進階中樹立的觀念具有發展性、批判性。學生的物理觀念及生命觀念，本質上是對我們所生存的物質世界的反映。而物質世界是不斷發展的，從這個角度來看，觀念也不是固定不變的。隨著對某一觀念理解的加深，學生的思維方式會從基礎層次向更高層次過渡。我們的課程設計和教學實踐應當致力于為學生觀念的進階構建支持體系，創造一系列完整且有批判意義的學習材料，與國際科學教育研究的前沿趨勢和學習進階理論所提出的方向保持一致。

“物—生”跨學科觀念融合的實踐

以能量觀的跨界融合為例。能量在物理學中被廣泛研究。物理學區分了多種能量類型，包括光能、動能、熱能和化學能等。在生物學中，能量同樣扮演著核心角色，無論是動物的肌肉運動、螢火蟲的發光還是人體溫度的維持，都需要能量。

物理學和生物學都涉及不同形式的能量轉化。物理領域的動力學、熱學、電磁學，都有體現能量守恒觀念的內容，如熱力學定律、電荷守恒定律等。生物學領域也有反映能量守恒觀念的內容，如有氧呼吸中的糖酵解階段，就是由化學能轉化為電能，進而形成ATP的能量，并伴隨熱量釋放。能量是守恒的，只是在不同形式間轉化。

那么，既然能量不會消失，為何我們需要“節約能源”？

物理學領域的能量耗散理論為這一看似矛盾的現象提供了解釋。通常，在密閉系統中，能量不變，自發過程才會使熵增加，造成系統從有序狀態轉變為無序狀態。但是，細胞和生物體實際上是開放系統，它們與外部保持著持續的物質和能量交換，以維持其存在的有序狀態。在這個過程中，雖然不可避免地會有能量以熱的形式散失，導致熵增，但同時，生物體也會通過攝取高能量的物質（如植物通過光合作用吸收太陽能）來補充能量，從而支持其生命活動。這種能量的轉化與循環是生物體生存和進化的基礎，也是生物體能夠進行有序化學反應和機械功操作的關鍵。簡而言之，生物體通過不斷地從環境中獲取能量并排出廢物，以維持其低熵的有序狀態，從而實現生長、繁殖等功能。

【本文系福建省廈門市“市管區培”學科帶頭人專項課題“基于核心素養下跨學科融合高中物理課堂教學策略研究”的研究成果（課題立項號：XMXDHC20230101+36）】

（作者單位：廈門海滄實驗中學）