聚焦信息技术跨学科融合教学活动

朴华顺

关键词：信息技术;跨学科融合;模拟磁悬浮列车;互动式实验装置

落实“双减”政策，让学生回归学校教学主阵地，对于深化教育改革是一个契机。根据社会对未来人才的需求与当下教育发展的需求，教师要更加关注学生完整人格的培养和综合素质的提升，让学生实现真正意义上的人生价值。而实现跨学科领域的突破性学习， 是让学生拥有完整人格的重要途径，也是落实“双减”政策的重要路径之一。

一、以跨学科融合教学活动，为“双减”和核心素养赋能

1.跨学科融合课程要立足现实

在现实环境中，实际生产生活所面临的问题呈现综合性，没有一个现实的情境是按学生课本中的单一学科独自存在的，所以单一学科是无法解决现实情境问题的。如：圆周率π 是一个在数学及物理学中常用的数学常数。小数点后的位数，从古代的第7 位，到近代人工算出的百位，再到现代用计算机编程语言算出的10 万亿位的精确位数还在不断被刷新。

2.跨学科融合带动教师的全面发展

面对学生认知方式的改变，教师的知识结构应该更加综合化、体系化。比如，教师应该将物理、天文、信息技术等知识融合起来，设计“展现宇宙‘行星合月现象互动式演示装置”，让学生更好地了解“行星合月”的原理。教师的知识面应从普适的范围拓展到更加宽广的科学领域。

3.跨学科融合要实现“知行合一”

跨学科融合要将理论知识与实践体验融为一体，达到“知行合一”的目的。教师要进行跨学科的课程融合、教学融合、活动融合，给学生足够的探索时间与空间，从根源上解决学生负担重的问题。

二、物理、信息技术跨学科融合教学活动案例

中国高铁“复兴号”集成了超高压复动力系统使之标准运营速度达350 公里/ 小时，“高铁” 是中国人的骄傲。依据磁铁的特性（磁吸斥力）而产生的磁悬浮列车，是对轨道交通实现“更高运行速度”追求的目标之一。磁悬浮技术是利用磁力来克服物体重力而使物体形成悬浮的技术，它能使车体悬浮在距离轨道约1 厘米处而实现“悬空行驶”。我们所设计的互动式模拟实验装置，能够模拟呈现磁悬浮列车高速运行的基本原理。

1.项目的科学原理

（1）互动式模拟实验装置的构成。主件（掌控板）、输入模块（红外感应器2 个、按键1 个）、附件（电磁铁2 个、数据线）;铝合金结构件（无磁性）。

（2）互动式模拟实验装置制作原理。1）一定间距内的两个红外感应器， 用来测得小铁球在此间距内运行的时间。即通过公式v=s/t计算得出小铁球的平均速度。2）在斜面及轨道上自然下滑。小铁球由右侧一定高度固定的斜面下滑， 获得的势能全部转化为动能从而获得初速度;以此初速度，小铁球在水平轨道方向上做匀速直线运动（理想状态下）。3）在两个红外感应器间的水平轨道的正上方， 放置同极性磁铁（磁片、电磁铁），对小铁球形成向上方向的吸引力。4）在水平轨道上方放置磁铁形成的磁场，对小铁球形成向上方向的吸引力，目的在于减小摩擦力，提高运行速度。两次实验结果为小铁球的水平速度V2.互动式模拟实验装置的教学用途与用法

（1）中学物理学科方面。教学用途：可用于探究与呈现初高中物理学科中（机械能守恒、磁场、运动的描述、相互作用）的公式、定理与原理。即水平速度v=s/t，机械能守恒1/2mv2=mgh，磁铁的特性和作用、电磁铁特性、电流的磁效应。

（2）中学信息技术学科方面。1）教学用途：可用于探究与呈现初高中信息技术教材中（信息、数据、程序设计、人工智能）的原理。2）制作与应用：算法→搭建→Python 语言编程→测试。①学习信息技术算法描述：小铁球在斜面轨道上（电磁铁固定）→断开电磁铁使小铁球自由滚落→小铁球在平面轨道上，经过红外感应器1 时感应记录→经过红外感应器2 时感应记录→v=s/t→在“掌控板”上显示速度值。②按照算法描述，使用Python 语言编写程序，载入并调试。3）操作方法。①电脑端：连接设备装置后启动程序，运行程序，根据检测到的数据进行观察、分析。②装置端：将小铁球放置于斜面固定位置后，按下按键断开电磁铁使小铁球从斜面自由滚下，小铁球下滑到平面轨道， 获得一个水平方向的速度，在水平轨道上匀速直线运动。根据机械能守恒定律1/2mv2=mgh 使小铁球获得相同的初速度， 小铁球在水平轨道上进行匀速直线运动;一定间距内的两个传感器是用来测得小铁球在此间距内运行的时间，再通过公式v=s/t 计算出小铁球的平均速度。

本模拟实验将中学物理课程实验与信息技术有机融合起来， 用简单的互动式模拟实验装置呈现了磁悬浮列车的高速运行原理，使之形象化、生动化，能够激发學生对物理和信息技术学科的学习兴趣。

3.在现有基础上的改进点与创新点

（1）改进点：如果将小铁球改进成小铁车，并将小铁车的下侧面、轨道间均改进成电磁铁的模式，使小铁车下侧面与轨道间形成斥力从而变成真正的“磁悬浮列车”;平面轨道再延长一些，在有无磁场状态下， 使车体与轨道间的作用力更加明显，速度变化情况更突出，使模拟效果真正理想化。

（2）创新点：此实验装置基本实现了“模拟呈现磁悬浮列车高速运行的基本原理”的功能。通过磁力（小铁球与轨道上方磁场形成相互作用的吸引力）来减小小铁球与轨道间的摩擦力，达到提高小铁球运动速度的目的。

总之，跨学科开展融合教学活动，在培养学生能力、品格、价值观等方面具有重要作用。核心素养时代的教学，不仅关注学科知识教学本身，更在于关注“知识之后是什么”，即通过知识的学习来发展学生的核心素养。教师更应关注教什么、怎么教、怎么评价，以及学生怎么学、怎么发展等。