多学科交叉在高中物理教学中的作用

陈和英

摘要：不同学科之间的交叉、渗透与融合使世界科技有了重大突破。本文结合高中教学，举例说明地理、数学、生物、化学这四门学科在物理教学中的渗透，不仅对学生的学习有促进作用，同时也提高了教师的能力。

关键词：学科交叉；物理；教学

中图分类号：G633.7

文献标识码：A

文章编号：1003-6148（2014）5（S）-0019-2

当代科学技术的快速发展越来越依赖于不同学科之间的交叉、渗透与融合，世界许多重大科技的突破都是从多学科的角度。运用多种知识、理论和方法才得以解决的。特别是物理作为一门重要的基础学科。在科技发展的过程中。一直起着先导作用。从18世纪中叶，物理学就与化学学科融合形成物理化学这门交叉学科。这是第一个具有现代意义的、系统而完备的边缘性交叉学科，在跨学科发展史上占有重要地位。从20世纪物理学的发展来看：物理学与其他学科的交叉和结合已产生了许多新的、富有极强生命力的边缘科学，成为很有发展前景的科学前沿。

高中的教学也在顺应着这种学科间的交叉融合。虽然在高中阶段仍然分为物理、数学、化学、生物、地理等课程，但是已进行尝试性的融合，比如，理综知识的考查。在高中注重学科之间的交叉不仅有利于中学生对科学世界的整体认识和全面理解，建立正确的科学观与世界观。而且加强了学科之间的联系，对学生的知识迁移能力有较好训练，也有利于课程教学的综合性和多样性。笔者以高中物理为例，分析各学科在物理教学中的渗透与融合，以及物理教学又是如何与其他学科相辅相成，从而提高课堂教学成效的。当教师将其他学科的知识引入课堂中时，学生往往会有一个思维转换、知识迁移的过程。虽然会占用一些课堂时间。但是对学生来说不仅接受理解了物理知识，而且对涉及到的其他学科的知识也进行了巩固与反思。两者相互促进、共同帮助学生理解知识。本文结合高中教学，举例说明地理、数学、生物、化学这四门学科在物理教学中的渗透。

1 地理学科在物理教学中的基础作用

地理是高中阶段与物理交叉的地方比较多的学科，有多个重要的知识点都要配合地理知识进行理解。

（1）万有引力定律中，万有引力是重力和地球自转的向心力的合力，随着纬度的增大，重力加速度增加。使学生建立起地球自西向东自转的立体图景。并形象地理解自转、公转、角速度相等、线速度不等的物理含义。

（2）学习开普勒行星运动三定律，在处理近日点与远日点时都可以配合地理教学中农历的节气进行讲解。并使学生理解开普勒第二定律“在相等时间内。太阳和运动中的行星的连线所扫过的面积都是相等的”。

（3）讲解地球磁场的分布情况，涉及到的切割磁感线的电磁感应现象和交流电问题，并结合左手定则和右手定则，确定电流方向或导体运动方向。

（4）学习原子结构和原子核时。太阳能量的来源：核聚变反应等知识都需要引用地理的知识和概念。

（5）在2012年的金星凌日和日食、月食现象是物理与地理很好的契合点，可以利用特殊的天文现象开设专题课程，增加学生学习知识的兴趣。

2 物理知识将数学中的抽象概念具象化

数学和物理学在发展历史上一直密不可分。许多数学理论是在物理问题的基础上发展起来的。很多数学方法和工具通常也只在物理学中找到实际应用。

（1）数学的计算一直是物理学习中不可缺少的运算工具。物理的计算结果包含了数值和单位，使数字有了具体的含义。比如，最新的百米飞人的成绩是多少？博尔特创下的9秒58的世界纪录。配合自己百米跑的速度，学生就会对数字有较深的印象。再如，各单位、数量级之间的转换也充分体现了数学在物理中扮演的重要角色。

（2）数学的函数关系式和图表在物理中有广泛的应用。物理学科中的某些规律使数学的表达更加生动。比如，表述弹力和形变量的关系时，学生对线性关系的含义有了非常直观的认识：绘制小灯泡的阻值随温度升高的曲线图时，学生又会对非线性关系有深刻的理解。

（3）虽然在大学阶段才开始大量运用数学物理方法，比如，求解一定边界条件下的微分方程、矢量分析、张量分析等，但是在高中阶段也有所涉及。从高一必修学习位移、速度等有方向的物理量时，学生就开始接触矢量的概念，将数学的术语具象化。

（4）对于某些逻辑推理的教学，数学上常常晦涩难懂，不易理解。但物理就能做到四两拨千斤，给予形象的事例进行说明。比如，讲到压力时，两粉笔盒之间有接触是存在压力的必要条件，但不是充要条件，接触并有挤压才是充要条件。学生通过这个例子对必要条件和充要条件就有很清晰的认识。

3 生物与物理的并行发展

（1）通过公开课，不同学科老师之间有了更多的交流和理解，也使学科之间有了融合与渗透。比如。物理中经常会用到能量守恒定律。但是作为物理教师对能量守恒的理解也仅限于动能、势能等各种能之间的转化。在听了一堂生物公开课后，笔者深刻了解到了生物中的能量守恒。光能被植物吸收，通过一层层营养级利用和分解，最后用数值证明能量守恒。在笔者看来，生物实验不仅需要在一个完整的生态系统中进行，而且需要长时间的观察和统计，跟物理中的实验相比难度更大。对生物知识了解的同时，佩服之情油然而生。学生在不同学科之间都能认识到能量守恒，也将体会到能量守恒定律是遵循自然界最普遍、最基本的规律。

（2）物理光学中的几何光学，将涉及到显微镜的原理。可以让学生回顾生物实验中显微镜的使用方法，从而加深对几何光学的理解。

（3）在讲光谱知识时，可以引用光合作用的研究历史上恩吉尔曼的实验：利用光通过棱镜时的色散，从形成的连续光谱获得了叶绿素的作用光谱，说明光谱的应用。

4 化学在物理中的重要地位

自然科学中许多单独应用物理方法或化学方法都难以解决的问题得到满意的结果。所以物理与化学学科的交叉融合在科学发展史上有着深远的影响和重要的地位。元素周期表既是化学又是物理学的研究对象。物理学和化学在元素问题上的统一，是建立在原子物理和核物理的理论基础上的。

（1）分子式是物理中必须要涉及到的知识，化学给予了很好的铺垫和普及。当物理计算某种电解液中电子的定向流动所形成的电流大小时，离子电量的多少就成为计算电流值的关键。并且在学习电场、电磁感应章节时，要解决电场和磁场中的偏转问题，某些简单的原子，比如氢氘氚的荷质比也需要学生记忆。

（2）核反应过程中原子核的衰变、裂变和聚变也少不了化学方程式的引入。如，人类第一次实现的原子核的人工转变，将氦原子轰击氮原子核，产生氧17和一个质子。

（3）新教材重视教材内容与现代科技的关联，也可以在课堂中进行引申。对新型的材料比如纳米材料，很难将它定义在物理或者化学领域。物理上可以研究纳米材料的结构、力热光电磁性能、表面活性等性能，化学上可以研究吸附、分散与团聚特性。

总的来说，关注多学科综合交叉有利于提高教师能力，不仅要求教师有扎实的物理学基础知识，还要具备自我学习与自我发展的能力，注重知识体系的更新，从而在教学中发现行之有效的教学方法。各学科内容的融合还有利于培养学生的知识迁移能力和创新能力。学生的思维处于活跃期，不能低估学生的能力。现代科技有了交叉才有那么多的创新性成果，笔者相信学科交融也将使学生有新的思考和新的发现。但是，在物理中大量引用其他学科的知识也会适得其反，不仅会分散学生的注意力，还会使课堂授课内容零散而无条理。所以，各学科的渗透融合要引用得恰当，可以以学生在课堂上能理解吸收的内容为标准进行选取。

（栏目编辑

刘荣）