數字化轉型背景下高中物理跨學科實踐理論與推進策略研究

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1673-8918（2025）13-0108-04

數字化背景下，信息技術與高中物理等學科的有機整合以及跨學科的實踐活動既可以突破學科界限又可以開闊學生的知識視野，還可以培養學生綜合應用多學科知識處理復雜問題的能力，符合新時期創新型和復合型人才的培養要求。但自前數字化轉型背景下高中物理跨學科實踐尚處在探索階段，出現了許多亟須解決的問題，如理論基礎不牢固，實踐推進沒有系統策略。因此，對數字化轉型背景下高中物理跨學科實踐進行理論探索和推進策略研究有著現實意義。

一、高中物理跨學科實踐的理論探索

數字化轉型背景下，高中物理跨學科實踐有堅實而多元的理論依據，從不同視角詮釋著自身的合理性和必要性，并為實踐活動打下堅實基礎。

建構主義理論認為學生并不是被動接受知識，而是積極主動地以自己原有認知結構為依托，與外界環境相互作用建構新的知識體系。在高中物理跨學科的實踐過程中，數字化手段給學生營造出一個豐富的交互環境。例如，通過使用虛擬實驗室，學生可以獨立地進行各種物理實驗，并在實驗過程中整合化學、生物等相關學科的知識，以解釋各種現象和探索其背后的原理，超越了僅僅依賴書籍中的知識描述，而是通過親自調整實驗參數和觀察不同學科元素之間的互動結果，實現了物理學科與其他學科知識的有機整合，積極建構跨學科知識網絡，這正符合建構主義提倡的積極建構過程，使學習更有深度和自主性。

多元智能理論認為人類智能具有多元性、相互獨立性與協同性，由“邏輯一數學”智能、空間智能、人際智能等幾個層面構成。數字化轉型背景下高中物理跨學科實踐，為培養學生多元智能搭建了一個廣闊的平臺。以學生參與設計集物理原理和信息技術、藝術設計于一體的環保節能裝置項目為例，學生利用物理知識構思裝置功能，并運用\"邏輯一數學”智能準確地計算出有關物理量；用信息技術來實現智能控制，鍛煉編程和其他智能；在進行外觀設計時，空間智能和藝術審美智能得到發揮，并在項目團隊協作的同時促進人際智能的發展。通過這種跨學科實踐活動，將不同智能維度激發出來，共同幫助學生獲得全面的發展，這與多元智能理論中對多元智能發掘與開發的需求不謀而合。

二、高中物理跨學科實踐的價值

數字化轉型背景下高中物理跨學科實踐從幾個層面上展現了重要的價值，不管是對培養學生個體素養還是對全面提高教育教學質量和滿足時代人才需求都具有不容忽視的積極意義。

從學生成長的視角來看，跨學科實踐有利于全方面促進學生綜合素養的提高。傳統高中物理教學更加注重物理學科內部知識的教學，跨學科實踐則突破學科壁壘，使學生能夠接觸更為廣闊的知識領域。比如，當學生參與一個數字化“智能交通系統的優化”項目時，學生需要利用物理學的力學原理來分析車輛行駛時的受力情況，利用數學知識建立交通流量模型，并在信息技術輔助下對交通信號進行智能調控，這也必須與地理知識相結合，同時兼顧道路規劃和其他方面。在這一過程中，學生知識整合能力獲得鍛煉，能把不同學科知識融會貫通應用于實際問題的解決，開闊視野，批判性思維與創新能力得到發展，處理復雜問題的綜合素養得到提高，這為學生將來考人高等學府繼續學習或者踏入社會迎接多樣化挑戰打下堅實的基礎。

從教育教學方面來看，數字化轉型背景下高中物理跨學科實踐促進教學模式創新和教學質量提升。一方面，數字化資源如在線課程、虛擬實驗室和仿真軟件，極大地豐富了教學內容和教學手段，使得教師能夠根據教學目標靈活地選擇適合自己的數字化工具，向學生展示更加直觀和生動的跨學科知識，如用動畫展示物理現象和化學變化之間的聯系，有助于學生加深對抽象概念的理解。另一方面，跨學科實踐促使教師從單一學科教學向多學科融合教學轉變，教師需要不斷提升自身跨學科素養，加強不同學科教師間的協作交流，聯合設計教學方案，引導學生練習，有利于優化教學過程，使教學更貼近學生的學習需求與認知規律，繼而促進整體教學質量的提高，從而使得高中物理教學獲得新的生機。

三、高中物理跨學科實踐的推進策略

（一）以課程標準為依據進行跨學科融合規劃

以數字化轉型為背景，以課程標準為依據進行跨學科融合規劃，是高中物理跨學科實踐得以有序進行的一個重要前提。課程標準為物理學科的各個知識點設定了明確的教學目標和要求，只有以這些為基礎，才能科學地將其他學科的知識融合進來，實現跨學科的深度整合，從而提高學生的綜合素質。

以高中物理課程標準中的“機械能守恒定律為例，教師在進行跨學科融合規劃時，可以將數學學科中的函數圖像知識和地理學科中的地勢與能量轉換相關內容聯系起來，在進行教學設計時，首先要根據物理課程標準對機械能守恒定律的掌握要求，確定學生需要理解的定律內容、能夠分析物體在不同情境下機械能是否守恒等目標。其次，介紹數學學科的相關知識，通過構造函數圖像，指導學生描述物體機械能在時間上或者位移上的變化規律。例如，教師可以讓學生以單擺運動為例，使用橫坐標來表示擺球的位移，而縱坐標則用來表示機械能，然后繪制出機械能守恒的函數圖像，這樣可以直觀地理解機械能總量保持不變這一抽象概念，同時，鍛煉了學生利用數學工具分析物理問題的能力。再結合地理學科知識，探討自然界中如瀑布水流從高處落下（地勢落差引起重力勢能的改變）時機械能的轉化情況，分析水的重力勢能如何轉化為動能，以及在這個過程中機械能守恒的體現。通過安排學生現場觀察瀑布或觀看有關數字化地理紀錄片等活動，再利用物理知識分析原理，使學生理解不同學科知識與現實現象的交織和驗證。

（二）借助數字工具，擴展物理實驗教學

數字化工具給高中物理實驗教學提供了空前拓展的空間，它可以打破傳統實驗中存在的許多限制，使學生能在更加豐富和多樣的實驗環境下深入探討物理原理，促進實驗技能和科學素養的提高。

例如，在高中物理課程中關于“光線的干涉與衍射”的實驗教學環節，由于實驗設備的精度和環境條件等多種因素的制約，傳統的實驗方法往往不能呈現明顯的效果，學生很難仔細觀察光線干涉條紋的特征和具體的衍射情況。而在數字工具上使用虛擬實驗室軟件則可以較好地解決上述問題。教師可在虛擬實驗室指導學生獨立進行實驗操作，對光源波長、雙縫間距和單縫寬度進行自由調整，并實時觀測光線干涉條紋間距和衍射圖案的變化，學生可重復做實驗，在各種參數下記錄相應的實驗數據，利用軟件自帶的數據分析功能繪制條紋間距隨各種參數變化的圖像，挖掘光線干涉、衍射的規律。又如，在探索“電磁感應現象”實驗中，通過數字化傳感器及數據采集器使學生能把線圈內感應電動勢變化實時收集傳送給電腦，利用配套軟件清楚地觀察到電動勢隨時間變化的圖像，并準確分析了磁通量變化率和感應電動勢的大小關系。同時也可以通過動畫演示功能對磁場線切割過程進行仿真，有助于學生對電磁感應的微觀原理有更加直觀的認識。

（三）創建數字化跨學科的學習共同體

構建一個數字化的跨學科學習共同體是推動高中物理跨學科實踐進一步深化的有效手段，該共同體利用數字化技術平臺突破時間和空間的限制，吸引來自不同學科背景的參與者，通過交流互動和協作分享等方式，達到知識整合和創新的目的，幫助學生跨學科學習。

以“對智能家居系統進行設計和原理探究”作為核心主題的跨學科學習社群，在數字化環境中，物理和信息技術教師、通用技術教師和對這一課題有興趣的不同年級學生聚集一堂。物理教師從電學和力學的視角深人探討了智能家居設備，如智能門鎖和自動窗簾等的物理原理。學生還討論了電磁感應在無線充電式智能門鎖中的實際應用，以及滑輪組在自動窗簾軌道上節省勞力的原理。在智能家居系統中，信息技術教師將深入探討網絡通信和程序控制的相關知識，例如，如何利用物聯網技術來遠程操控家中的電器設備和編寫代碼，以達到不同裝置智能聯動的目的等。通用技術教師指導我們注意產品的設計和制作過程，并從選材到結構優化都要加以分析。學生都積極地參與到這一共同體的討論中來，有些學生提出想設計出一種能夠根據室內光線強度、溫度等因素來實現燈光亮度、空調溫度等參數自動調節的智能化控制系統，因此我們就圍繞這一構想進行了合作。擅長物理的學生分析了光線傳感器、溫度傳感器的原理及怎樣用有關物理量來達到控制目的；信息技術優秀的學生開始編制控制程序；也有學生站在通用技術的角度來考慮裝置的外觀設計、安裝布局等。

（四）發掘生活案例，推動跨學科實踐

數字化轉型背景下高中物理跨學科實踐，發掘生活案例以推動實踐活動的開展，是一項行之有效的策略。在生活中到處都包含著大量跨學科的知識，選擇貼近學生現實生活的課例，可以使抽象的學科知識生動形象地呈現在學生面前，引發學生的學習興趣和探索欲望，促使其積極主動地應用多學科知識來分析問題、解決問題。

以“家庭電路改造”這一生活實例為例開展跨學科實踐活動。從物理學科角度講，它涉及電路基本原理，如串聯和并聯電路特性，電流、電壓和電阻有關知識，安全用電規律。學生要知道不同電器接人家庭電路的方法和怎樣根據電器功率選擇適當電線規格以避免過載和其他安全隱患。從數學學科的角度看，計算家庭電路各支路電流大小、總功率及按電費單價來計算用電成本時，均需應用數學運算知識。比如，學生需要從已知電器功率及電壓出發，運用歐姆定律、電功率計算公式來精確地計算電流的值，從而判斷電路的安全性，還可以直觀了解家庭用電費用組成及計算方式。現如今智能家居系統已經逐步推廣開來，將智能控制設備融入家庭電路改造當中也是一種普遍現象。學生可探索如何利用網絡技術、傳感器技術來達到遠程控制電器開關和智能調節電器工作狀態的目的，并理解其信息傳輸和編程控制的原理。教師可首先通過演示部分家庭電路使用不合理導致失效的視頻案例，激發學生的好奇心，再組織學生分組調查自己家或者周圍家庭的電路狀況，利用已學過的多學科知識對其進行分析，并提出合理改造方案，同時借助電路模擬軟件等數字化工具驗證該方案的可行性。以這樣一個生活案例為動力，讓學生深刻體會到跨學科知識對現實的重要意義，增強其跨學科解決現實問題的能力。

（五）大數據輔助，實現跨學科教學決策優化

數字化轉型背景下，以大數據為輔助對高中物理跨學科教學決策進行優化具有重要意義。大數據可以對學生學習過程中的各種信息進行收集、整理與分析，并對教師進行全面而詳細的反饋，使得教學決策更科學、更準確，更符合學生學習需求與發展現狀。

以“新能源汽車的原理及應用”這一跨學科的教學為例，教師可以通過在線學習平臺來收集學生在學習過程中的各類數據信息，如，學生觀看新能源汽車有關教學視頻的停留時長和回放次數，這些數據可以體現學生對不同知識點的理解難度。如果觀察到大多數學生在多次觀看電池能量管理系統原理講解部分的回放，教師便能明白這正是學生學習過程中的難點，這將有助于教師在后續的教學決策過程中做出更明智的選擇，確定加入較多與該部分知識相關的案例分析、動畫演示和其他輔助教學內容，幫助學生加深理解。在學生參與線上關于新能源汽車涉及的物理原理（如電動機工作原理）、化學知識（如電池的化學反應）以及信息技術應用（比如智能控制、自動駕駛）等跨學科內容的討論時，大數據能夠對學生發言內容、提問頻率等進行分析，了解其整合運用各學科知識的能力和疑惑點。同時通過大數據分析學生在線上完成跨學科作業、項目式學習的結果，比如作業完成準確率、不同學科知識在項目中的使用比例，教師能夠準確地評判每一個學生跨學科學習的長處和短處。如果發現學生對物理學科知識和信息技術的整合運用表現薄弱，教師則可以有針對性地安排專項練習活動，以增強不同科目教師之間的合作引導，優化教學方法與內容安排。在大數據助力下，高中物理跨學科教學更有針對性，促進教學質量與學生學習效果提升。

（六）開展線上與線下混合式的跨學科活動

線上與線下混合式跨學科活動的開展可以充分發揮二者的優勢，促進高中物理跨學科實踐效果的提升。線上線下的互動更具有即時性和直觀性，而線上的互動更容易實現資源共享和深度交流，兩者互為補充，能夠開闊學生的思維邊界，提高學生對知識的整合和應用能力，使跨學科的實踐更有生機和效果。

例如，“橋梁中的物理與力學奧秘”這一主題，可以線下組織學生實地參觀橋梁，讓學生直接體驗橋梁的構造，并由物理教師在現場詳細講解力的平衡問題、材料力學和其他物理知識，指導學生對不同橋型受力特點進行觀察。同時，美術教師對橋梁外觀設計中的美學元素進行剖析，使學生能夠理解實用和美觀相結合的原則。回到線上，借助學習平臺進行進一步的探索。學生以小組為單位調閱資料，學習橋梁建造過程中所使用的化學材料相關知識，信息技術對橋梁監測和控制方面的跨學科內容以及編制匯報PPT。隨后在網上會議室展示交流，各組之間相互學習，解答問題，各學科的教師在網上發表自己的意見和補充建議。

這一混合式活動使知識更具形象性，線上拓展探究突破了時間和空間的限制，開闊了學生的視野，幫助學生在多學科融合情境下更好地獲取知識、鍛煉了綜合實踐能力，有力地促進了高中物理跨學科實踐發展。

四、結論

綜上所述，數字化轉型給高中物理跨學科實踐提供了新機遇和新挑戰。通過對其進行深入理論探索，并采取合理有效的推進策略，可以在數字化環境中更好地推動高中物理等學科深度融合發展，促進學生綜合素養及創新能力的培養。在未來高中物理教學當中，教師要主動迎合數字化變革的需求，不斷地完善跨學科實踐各環節，從而滿足新時期教育發展對人才的需求，助力跨學科思維與實踐能力相結合的高素質人才的培育。

參考文獻：

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