跨學科概念融入高中物理教學研究

【摘要】在高考模式創新、課程標準革新、教材版本更新的“三新”背景下，物理跨學科教學對學生學習和成長尤為重要，探索如何將跨學科概念融入教學之中，也成了教師亟須解決的問題.文章分析了物理跨學科教學的作用，并結合具體教學案例，從物理與數學融合、物理與信息技術融合、物理與語文融合、物理與化學融合四個方面，探究跨學科概念融入高中物理教學的策略，旨在為教師教學提供思路.

【關鍵詞】跨學科；高中物理；教學策略

1 引言

所謂“跨學科”概念，指的是在教學過程中，以某一學科為主，其他學科為輔，對知識進行發散整合和有序串聯，讓學生學習視野不再局限于教材之中，以達到培養學生綜合素養的目標.而從物理學科特點出發，它與其他學科之間也存在著密切的聯系.對此，為了助力學生全面發展，教師在跨學科教學過程中，可以將物理知識與數學、化學、語文、信息技術等學科知識相融合，幫助學生認識到知識之間的聯結，進而構建更加完善的認知框架.

2 物理跨學科教學的作用

跨學科教學是一種創新性的教學策略，它可以突破某一學科的界限，將不同學科的知識、技能、方法和思維方式整合在一起，構建綜合性學習模式.這種教學模式下，教師不僅要關注學科知識的傳授，還要突出學科之間的聯系和交叉融合，以促進學生綜合素養、創新思維和問題解決能力的發展.跨學科概念融入高中物理教學后，教學視野不再局限于學科本身，而是巧妙融合其他多個學科的知識，升華物理教學的層次和深度，并為學生提供一個全方位、多角度的學習平臺，對學生成長和發展有著重要意義［1］.

2.1 促進深度理解物理概念

跨學科教學能推動學生將物理抽象概念與其他學科具體應用相結合，在多個學科背景下理解和掌握物理概念，如物理中的運動學知識可以與數學中的幾何、代數等相結合，讓學生直觀理解物體運動中的速度變化和受力情況，從而加深對物理知識的理解.

2.2 構建系統的知識網絡

跨學科概念融入高中物理教學，還能助力學生構建系統的知識網絡.教師以物理知識為核心，搜集與其相關的其他學科知識，形成一個更加完整、系統的知識網絡.這樣一來，學生可以在理解物理知識的同時，內化其他學科知識，并打破不同學科之間的壁壘，將所學知識有機串聯起來，形成一個更加全面的知識體系.

2.3 提升解決問題的能力

跨學科教學具有實踐性特征，是理論知識與實踐應用相結合的新教學模式，引入貼近生活的問題和案例，能提升學生解決問題的能力.教師可以將社會熱點問題作為切入點，引導學生運用物理、化學、生物等多學科知識來分析和解決問題.這種教學方式不僅能激發學生的學習興趣，還能提升學生的綜合思維能力和實踐能力.

3 跨學科概念融入高中物理教學策略

3.1 物理與數學融合，突出理性邏輯

物理是一門研究物質的學科，而數學是一門抽象學科，用來描述和分析物質的性質和運動，二者的邏輯性較強，聯系也較為緊密.學生在解決物理問題時，也經常會用到數學知識.因此，在高中物理教學中，教師應突出物理學科與數學知識之間的關聯，引導學生利用數學眼光去觀察物理現象，有效發展學生的邏輯思維，進而對物理知識形成深刻的理解和感悟.值得注意的是，教師在推動物理與數學融合時，應突出數學的工具性特點，引導學生利用數學語言去表示或描述物理概念、規律［2］.

例如 以人教版高中物理必修第一冊“勻變速直線運動的速度與時間的關系”教學為例，本課中的實驗是教學中的重點，教師可以引入數學數列知識，開展跨學科教學.首先，在實驗中引導學生動手操作，借助打點計時器、小車、木板、重物等材料，測量物體的加速度.這一過程中，學生需要根據紙帶上點的距離，計算出每一段路程的平均速度，再分析各段路程的平均速度，得出規律：時間相同的條件下，小車速度的變化量也是相等的.教師引入代數思想，將任意相等的時間設置為t，那么任意相等時間內出現的速度差也是一個常數，本質上是等差數列.由此，將晦澀難懂的物理問題轉化為數學問題，降低學生學習物理知識的難度，為后續學習奠定堅實的基礎.其次，教師在實驗中還可以引入函數及其圖象相關知識，結合實驗數據展示“速度與時間”“位移與時間”相關圖象，讓學生運用已掌握的函數知識展開分析，了解速度、時間、位移之間的重要關系.同時，根據圖象信息運用函數推導出物理關系式，并提出問題引導學生思考：“一個物體正在做勻變速直線運動，它的瞬時速度和時間之間的關系，與哪種函數關系類似？若這個物體的位移隨著時間變化規律為x=4t－2t2+4，那么，這個物體是做什么運動？”學生通過前面的引導，自然會聯系到函數思想，結合問題分析后得出對應的答案.最后，教師在實驗環節結束后，還可以在總結階段滲透數學思想，如通過數形結合的思想，模擬物體運動過程中受到的力，以及運動的狀態.基于此，學生能在分析問題、解決問題中模糊物理與數學之間的界限，充分感知兩個學科之間的邏輯關系.

3.2 物理與信息技術融合，構建直觀氛圍

課程改革強調物理教學中，要讓學生經歷科學家探究的過程，達到深入理解知識的目的.而信息技術的運用能為物理教學提供更多可能性，教師可以從兩個方面入手，推動物理與信息技術融合，為學生學習構建直觀環境［3］.展開來說，一方面利用信息技術導入新課，生動呈現物理現象，能有效激發學生探究物理的興趣，另一方面，信息技術能為學生提供豐富的視覺和聽覺刺激，幫助學生建立直觀的物理概念，為其后續知識學習奠定堅實的基礎.

例如 以人教版高中物理必修第一冊“摩擦力”教學為例，為了提高學生對摩擦力的掌握程度，教師應利用信息技術展開教學.首先，教師在課堂初始利用課件展示“冰球運動員在冰面上滑行”的視頻，視頻中的運動員在冰面上快速滑行，時而靈活轉彎，時而快速沖刺，展現出了極高的運動技巧.學生觀看視頻后，教師提出問題：“運動員為什么可以在冰面上控制自己的行動，他們的速度為什么忽快忽慢？”讓學生回憶冰刀與冰面接觸的細節變化，從而引出摩擦力這一教學主題.其次，教師回放課件內容，突出冰刀與冰面接觸、運動員用力蹬冰等過程，讓學生仔細觀察著其中的細節，發現運動員滑行的過程中，冰刀與冰面之間存在一些微小的顆粒，這些顆粒在冰刀滑行時，相互摩擦、擠壓，形成了一層薄薄的液體膜，減少了冰刀和冰面之間的摩擦力.然而，冰刀與冰面之間仍然存在摩擦力，運動員需要不斷蹬冰才能保持速度，從而意識到摩擦力才是運動員能自由控制滑行方向和速度的關鍵因素.最后，教師繼續利用視頻中的細節，向學生講解摩擦力是如何產生的，以及摩擦力對運動員滑行的影響，激發學生學習興趣的同時，為其后續學習奠定良好的基礎.

3.3 物理與語文融合，培養兼容思維

很多學生認為物理邏輯嚴密、內容抽象，理性的邏輯思維是學好物理學科的關鍵，忽視了感性語言與物理學科之間的關聯.其實，語文具有明顯的工具性和人文性，對學生學習物理知識也有一定的影響，尤其是在學習概率、規律等抽象性較強的知識時，學生的閱讀理解能力可以關系到最終學習成效［4］.因此，在高中物理教學中，教師應圍繞物理與語文學科設計跨學科學習，調動學生的語言能力去分析、理解物理知識.展開來說，教師在跨學科教學中應突出語文學科的特點，并鼓勵學生借助語言運用能力分析物理現象，讓學生更好地理解和掌握物理知識.

例如 以人教版高中物理必修第一冊“力的合成和分解”教學為例，教師結合教學方案和學生學習需求，靈活滲透語文知識，助力學生理解物理知識.首先，教師在課堂導入環節中，可以借助“游刃有余”這個成語引入主題，如“大家聽過‘迎刃而解’這個成語嗎，這個成語是什么意思？”很多學生會對問題產生探究興趣，并根據自己對成語的理解給出了答案.教師再利用課件展示成語原有的意思，并借助“劈竹子”的場景向學生解釋力的分解.其次，教師在引導學生探究“力的合成和分解”知識時，還可以引入趣味故事：“古人稱刀斧的刃部為劈，一邊厚一邊薄的斜面木料為楔.劈能輕而易舉地劈開堅硬的物體，楔可使物體間接觸得更緊密.相傳某個地方的古建筑因年久失修，建筑主體逐漸傾斜，有人提出可以利用楔修復，請問這個建議可行嗎？”最后，教師鼓勵學生以小組合作的方式，動手實踐再現故事中的場景，并借助物理模型分析其中蘊含的物理知識.生動、有趣的故事不僅可以豐富課堂內容，還可以讓學生感受到物理學科的魅力，強化學生的語言表達能力.

3.4 物理與化學融合，發展科學素養

物理與化學同屬科學課程，是學生理解自然現象、掌握物質本質的關鍵學科.高中物理教學中，教材中包含著化學思想或知識，教師將物理與化學相融合，引導學生從微觀視角出發探究物理現象，精確掌握物理現象中蘊含的原理.因此，教師有必要根據學生實際情況，引導學生多角度看待問題，并嘗試用化學知識解釋物質變化的本質，進而加深學生對知識的認知［5］.

例如 以人教版高中物理必修第三冊“電荷”教學為例，當教師講解“電荷守恒定律”知識時，為了讓學生深度理解電荷轉移的過程，以及電荷守恒的原理，教師應引導從化學角度出發探索物理現象，發展學生的遷移運用能力.首先，教師展示鐵、銅和稀鹽酸溶液組成的原電池，并利用動畫模擬原電池中電荷移動的過程，要求學生觀看后寫出鐵、銅和稀鹽酸溶液反應的方程式和離子方程式.學生寫完之后，教師在黑板上寫下正確的方程式和離子式，并引導學生思考：“反應中電荷是怎樣轉移的？反應前后電荷數量是否存在變化？”其次，教師指導學生結合問題展開探究，通過小組討論認識到稀鹽酸是電解質溶液，鐵、銅為原電池的兩極，由于鐵的電極反應為：Fe-2e-=Fe2+，銅的電極反應為：2H++2e－=H2↑，認識到反應中的電荷由鐵流向銅，且反應前后電荷數量并未發生變化.進而總結出：這個反應本質就是鐵的電荷轉移給了氫離子，電荷總量并沒有發生變化等等.最后，教師再通過演示實驗的方式，向學生驗證電荷守恒定律：①手持有機玻璃棒，用力將兩塊起電板快速摩擦后分開；②將其中一塊板插入箔片驗電器上端的空心金屬球中；③將兩塊板同時插入空心金屬球；④觀察步驟②、③現象的異同.由此，學生在實驗中可以聯想到化學原電池反應，并客觀分析實驗現象，更容易理解電荷守恒定律.基于此，教師在跨學科教學中，以化學原電池問題引導學生為切入點，啟發學生思維探究電荷守恒定律、電流、電動勢等知識，實現物理與化學的深度融合.

4 結語

總的來說，跨學科概念融入高中物理教學中，教師利用語文、數學、信息技術、化學等學科知識，為學生構建內容更加豐富、形式更加多樣的物理課堂，助力學生實現全面發展.在實際教學中，教師要結合教育改革趨勢，拓寬視野，在充分認識高中物理跨學科教學價值后，探索本學科與其他學科之間的聯系，并在具體操作中使用恰當的教學方法.從學生物理核心素養培養角度來看，跨學科能讓學生在學習中實現知識和能力的遷移、運用，在深入理解、概括知識的基礎上，建立對應的物理觀念，也讓學生在活動中體驗到更有效的科學探究過程，讓科學思維得到更好的培養，真正發揮跨學科的育人價值和目標.

【基金項目：本文系南通市教育科學“十四五”規劃2022年度課題《為科學素養而教：基于跨學科概念的高中物理教學優化研究》（課題立項編號：GH2022079）研究成果.】

參考文獻：

［1］蔣春麗.核心素養導向下高中物理教學對新高考的適應與調整［J］.廣西物理，2023，44（04）：112-114.

［2］關菲，彭朝陽.巧用科幻電影開展高中物理跨學科主題式教學——以《星際穿越》為例［J］.理科愛好者，2023（04）：253-256.

［3］張國元.“雙減”視域下高中物理數學跨學科發展研究［J］.求知導刊，2023（24）：86-88.

［4］彭悅冬，鄭燕.高中物理學科跨界問題設計探究［J］.數理天地（高中版），2023（12）：93-95.

［5］高雷，孫曉燕，丁云，等.淺談基于跨學科實踐的創新能力培養策略［J］.物理教師，2023，44（06）：66-69.