初中物理跨学科实践教学的路径研究

纪贤勇,温 芸

(1.北海市教育教学科学研究所,广西北海,536000;2北海市第七中学,广西北海,536000)

一、引言

随着科学技术的不断发展,各学科之间的联系越来越紧密,开展跨学科研究已经成为当前学术界的重要趋势。在多学科交叉融合的背景下,跨学科实践教学成为培养学生综合素质的重要途径。初中物理作为一门基础学科,其教学过程涉及多个学科领域,与其他学科有交融点。然而,目前初中物理教学主要以知识点传授为主,缺乏与其他学科的融合,拓展不足。本研究旨在探索初中物理跨学科实践教学的路径,通过整合不同学科的知识点和实践资源,设计具有可操作性的实践教学方案,旨在提高学生的综合素质和解决问题的能力。为其他学科的交叉融合提供借鉴和参考经验,推动多学科交叉融合的发展和应用。

二、价值意蕴

(一)有助于物理课程的体系整合式发展

《义务教育物理课程标准(2022年版)》对初中物理教学课程内容进行了详细划分,要求以五个主题层级对内容进行呈现,并在实践教学中强化物理知识与技能的融合,在不断丰富物理课程内容的基础上,推动物理课程体系的进阶式发展。[1]通过梳理以往文献,本研究认为跨学科实践教学在物理课程体系整合式发展中具有以下价值。

第一,能够促进知识与技能的整合。传统的物理课程通常只注重对物理概念和原理的教学,缺乏与其他学科的联系。在跨学科教学中,物理能够与数学、化学、生物等学科融合,通过多种视角理解某一物理知识点,可以引导学生更好地理解和应用物理知识。例如,在学习有关电路的知识时,物理与数学可以相互补充,通过融入数学的乘除概念提高学生对物理中电流、电压和电阻之间关系的理解。这种整合有助于培养学生的综合素养,使学生能够将所学的知识和技能真正应用到实际问题中。

第二,能够培养学生的综合思考能力和解决问题的能力。将物理与其他学科的知识结合起来教学,能够使学生从多个学科的角度分析和探索问题。例如,在研究环境保护问题时,学生需要考虑到物理、化学和生物等多个学科的知识,并综合运用这些知识制定解决方案。这种综合思考能力的培养有助于使学生形成系统性思维,提高学生解决问题的能力。[2]

第三,有助于提升学生的实际应用能力和创新能力。只注重讲授的物理课程通常只有对抽象概念的讲解,缺乏实际应用的机会。在跨学科实践教学中,学生可以将所学的物理知识应用到现实生活解决问题。例如,在设计可持续能源系统的任务中,学生不仅需要运用物理知识评估不同能源的可行性和效率,还要结合其他学科的知识设计出最符合实际需求的方案。[3]这种实际应用能力的培养有助于学生将所学物理知识应用于现实生活,提高学生的创新能力。

第四,有助于拓宽学生的视野,培养学生的跨文化素养。通过与其他学科的交叉融合,学生可以接触到不同学科的思维方式和方法论。在深入探索不同的科学思维方式和观点的过程中,能够加深学生对多元文化的认识和理解,提升学生在跨文化环境下的沟通和合作能力。

(二)符合物理学科核心素养培育目标

跨学科教学能够促进学生对物理知识的深入理解和应用。例如,在研究天气现象时,学生需要运用物理和化学知识分析大气层的组成和变化规律,并运用数学模型预测天气变化。这种综合性学习有助于学生深入理解物理知识的内涵,提高知识应用水平。[4]

跨学科教学还能够培养学生的实践能力和创新意识。初中物理跨学科教学通过融合不同学科的知识和方法,引导学生从多角度、多层次思考问题,激发学生的创新思维。[5]例如,将化学、生物等学科的知识引入物理教学,可以让学生了解物理学科与其他学科的关联,进一步拓展学生的思维广度和深度。同时,跨学科教学可以让学生了解不同学科之间的交叉点和综合性,帮助学生发现科学问题,培养学生发现问题的能力。同时,初中物理跨学科教学可以让学生了解科学知识的多样性和复杂性,帮助学生学习科学研究的方法,让学生认识到树立科学态度的必要性,了解科学技术的应用对人类社会的影响,培养学生的社会责任感和科学态度。[6]通过了解不同学科的研究方法和思路,学生可以更好地培育科学探究的基本素养。

(三)契合物理课程育人理念导向

初中物理教学要遵循学生的认知发展规律,密切关注物理知识与现实世界的关联,构建符合教学主题的课程结构体系,坚持以问题为导向,促进学生的全面发展。初中物理跨学科实践教学与物理课程育人理念导向相契合,有利于促进学生更好地发展。其具体表现为以下几点。

第一,跨学科教学能够促进学生的全面发展。跨学科教学将物理与其他学科结合,使学生能够综合运用所学知识和技能。例如,通过与生物学的融合,学生可以研究生物机体的运动原理,通过与化学的融合,学生可以研究物质的变化过程。这种多学科培养有助于学生在认知、情感、社会和实践等多个方面的发展获得平衡。[7]第二,跨学科教学能够培养学生解决问题的能力。跨学科教学要求学生从多个学科角度思考问题,能够培养学生的创新思维和提高学生解决问题的能力。第三,跨学科教学能够培养学生的人文关怀和社会责任感。将物理与文化、伦理等学科结合起来,学生可以从人文的角度理解物理现象。例如,在探究能源问题时,学生需要考虑不同社会群体对能源的需求以及不同能源对社会的影响,思考并提出可持续发展的方案。人文关怀和社会责任感的培养有助于使学生形成积极的社会价值观和公民意识。

三、实施路径

(一)深化顶层设计,构建跨学科实践体系

从学生跨学科能力角度出发,深化顶层设计,构建跨学科实践体系,有利于打破学科界限,促进学科间的融合发展。顶层设计是初中物理跨学科实践教学的核心,也是开展后续教学实践工作的重要依据。深化顶层设计,构建跨学科实践教学体系,是当前教育改革的重要方向。跨学科实践教学体系旨在培养学生的科学素养和综合能力,通过将物理与其他学科交叉融合,学生能够学得新知识,掌握新技能。

在构建初中物理跨学科实践教学体系时,应明确实践教学的目标、原则、内容、方法和评价等方面,确定实践教学与理论教学的关系。在顶层设计中,应突出学生的主体地位,以培养学生的科学素养和综合能力为目标。同时,注重实践教学内容的多样性和灵活性,结合不同学科的特点设计适合学生的实践项目。此外,应采用多种教学方法和手段,如实验教学、案例教学、项目式教学等,以激发学生的学习兴趣。

初中物理跨学科实践教学体系的核心是跨学科融合,即将不同学科的知识和技能融合在一起,形成综合性实践教学模式。这种模式可以让学生在学习物理的同时了解其他学科的知识和技能,有助于提升学生的综合能力和创新能力。例如,在物理实验中引入化学知识,让学生探究不同物质之间的相互作用。在物理实验中引入生物知识,让学生探究生命现象中的物理规律。在物理实验中引入数学知识,能锻炼学生的数据处理和分析能力。在具体实践中,初中物理跨学科实践教学能够让学生掌握基本的实验技能和方法,了解实验原理和数据处理方法。

(二)结合学生基础,丰富跨学科教学内容

初中物理跨学科实践教学需要根据学生的学习特点与实际掌握情况合理调整教学内容与教学方法,在多学科知识融入下满足学生的多元化学习要求。

1.数学与物理的结合

在教学中,可以在物理知识中引入数学概念和公式,帮助学生理解物理现象背后的数学原理。将数学与物理知识有机结合起来,可以帮助学生更好地理解和应用物理概念。设计物理跨学科教学案例如下。

教学目标:理解物体的运动速度与加速度之间的关系;通过数学公式计算物体的运动速度和加速度;运用数学知识解决物理问题。具体教学内容包括匀速直线运动和变速直线运动,一次函数和二次函数的图象、函数表达式和运算。

在引入阶段,教师向学生简要介绍物理中的匀速直线运动和变速直线运动概念,并强调它们与数学中的一次函数和二次函数的联系。在知识巩固阶段,教师通过举例让学生熟悉一次函数和二次函数的图象、函数表达式和运算规则。教师提出相应的物理问题,让学生分析并绘制函数图象。例如,一个质点做匀速直线运动,其位移与时间之间的关系是否为一次函数,请画出图象。在知识应用阶段,教师需要引导学生思考物体的速度与加速度之间的关系。例如,可以提问“若一个物体的速度是变化的,那么它的加速度是如何变化的”。在学生充分讨论后,教师开始讲解速度和加速度的数学计算公式,并结合具体的物理场景进行实例演示。之后,教师需要设计问题,让学生应用数学一次函数或二次函数的知识,计算物体的速度和加速度,如“一个自由落体运动的物体,已知它的位移随时间的变化满足二次函数关系,求它在某个时刻的速度和加速度”。在实践活动阶段,教师向学生提供不同的物品,让学生分组进行实验,在实验中观察物体在不同条件下的运动情况。在实践中,学生可以根据实验数据,利用所学的数学知识计算物体的速度和加速度,并与实验结果进行对比验证。最后,在总结反思与评价阶段,教师可以举现实生活中的例子,让学生总结数学与物理的结合在解决实际问题中的价值,引导学生思考如何将数学知识运用到其他物理现象中。教师根据学生对物理概念和数学应用的理解程度,开展个人作业、小组讨论和课堂展示等形式的评价。评价内容主要包括对问题求解的准确性、逻辑的清晰性和团队合作能力。

2.化学与物理的结合

物理和化学有密切的联系。教学时可以引入一些化学实验,让学生观察现象,使其更加直观地理解物理或化学概念。

教学目标:理解物质的物理性质和化学性质的关系;通过观察和实验,探索物质的物理性质对化学反应的影响;运用化学和物理知识解决物质变化的问题。教学内容:物质的密度、热导率、电导率等物理性质;物质的化学反应、反应速率、化学平衡等化学性质。

在引入阶段,教师向学生简要介绍物质的物理性质和化学性质的概念,强调从微观和宏观视角理解物理和化学之间的联系。在知识巩固阶段,教师可以通过示例让学生回顾物质的物理性质和化学性质的知识。例如,让学生分别描述氧气和氯气的物理性质和化学性质。在实验探究阶段,教师设计实验“观察物质的物理性质对化学反应的影响”。例如,教师可以引导学生将酵母加入不同温度的水,观察发酵速率的变化。学生观察并记录实验数据,分析实验结果,探究物质的物理性质对化学反应的影响规律。在知识应用与实践活动阶段,教师讲解物质的物理性质和化学反应,引导学生运用所学的物理和化学知识分析和解决相关问题,例如“为什么在相同条件下,导热性能较好的金属更适合用于制作散热器”。教师将学生分组进行小项目研究,每个小组选择一个特定的化学反应或物质变化,通过实验和观察,结合物理性质和化学性质的知识,解决相关问题。最后,在总结反思与评价阶段,教师需要结合实际案例,引导学生总结化学与物理的结合在解决实际问题中的价值,引导学生思考如何将化学知识运用到其他物理现象的解释和计算中。根据学生对物理概念和化学应用的理解程度,开展个人作业、小组讨论和课堂展示等形式的评价活动。评价内容主要包括学生对物质性质与化学反应关系的理解、化学问题求解的准确性和逻辑清晰性。

3.地理与物理的交叉

地理中包含了许多与物理相关的内容,例如地球自转、天气变化等。将地理知识引入物理教学,可以帮助学生更好地理解和应用相关概念。

教学目标:理解自然界现象与物理规律间的关系;通过观察和实验,探索地理现象背后的物理原理;运用地理和物理知识解决实际问题。教学内容:重力、电磁波等物理规律;地球的自转和公转、大气环流、地震与地壳运动等自然现象。

在引入阶段,教师向学生简要介绍地理现象与物理规律之间的联系,着重强调地理现象背后的物理原理。在知识巩固阶段,教师通过举例让学生回顾地球的自转和公转、大气环流等地理现象的知识,引导学生思考这些地理现象与物理规律之间的关系,例如“为什么地球会有四季变化,这和地球的自转和公转有什么关系”。在实验探究阶段,教师设计实验,让学生观察地理现象背后的物理原理。例如,教师模拟地震实验,引导学生观察悬挂的小球在地震时的摆动情况,带领学生探索地震与地壳运动的关系。学生再自主进行实验并记录实验数据,分析实验结果,探究地理现象与物理规律的关联性。在知识应用与实践阶段,教师向学生讲解地理现象背后的物理理论,引导学生运用所学的地理和物理知识分析和解决相关问题,例如“为什么赤道附近的地区热带风暴较为频繁”。学生分组进行小项目研究,选择一个地理现象,结合地理和物理知识解决相关问题。在总结反思与评价阶段,教师结合实际案例,引导学生总结地理与物理的结合在解决实际问题中的应用价值。根据学生对地理概念和物理应用的理解程度,开展多种形式的评价。评价内容主要包括学生对地理现象与物理规律关系的理解、分析的准确性和团队合作能力。

(三)注重实施过程,进行跨学科评价引导

在当前的教育背景下,初中物理跨学科实践教学已经成为提高学生综合素质的重要手段。为了更好地实施和评价初中物理跨学科实践教学,需要关注其实施过程,并进行评价引导。首先,需要确定教学目标。教学目标应围绕物理学科知识、技能和能力,结合其他学科的要求进行制定。其次,进行教学资源整合。为了更好地开展跨学科实践教学,需要整合丰富多样的教学资源,包括实验器材、实地考察地点和科学数据库等。最后,优化教学环节。根据教学目标和教学内容,教师需要对初中物理理论学习、实验操作、小组讨论和成果展示等环节进行科学化设计。在实验操作环节,教师可以结合物理学科的实验开展其他相关学科的实验操作。在小组讨论环节,教师可以引导学生进行跨学科的思考和交流。

初中物理跨学科实践教学需要从多个层面进行评价。教师在对学生的学习成果进行评价时,要将多种评价方式结合起来,例如,采用书面测试、实验操作、作品展示和小组讨论等多种形式进行评价,以提升跨学科实践教学评价的全面性。评价应以评价标准为依据,教师在制定评价标准时,需要结合物理教学目标和不同教学内容进行制定。例如,在进行光的折射和全反射现象教学时,可以制定以下评价标准:第一,掌握光的折射和全反射现象的物理原理;第二,了解全反射现象在日常生活中的应用;第三,能够运用数学几何知识解释光的折射和全反射现象;第四,能够通过实验操作验证光的折射和全反射现象;第五,能够运用化学分子结构知识解释光的折射和全反射现象的微观机制;第六,能够在小组讨论中表达自己的观点和理解;第七,能够积极参与课堂讨论和实验操作;第八,能够认真完成学习任务并遵守实验室规章制度。

四、结语

初中物理跨学科实践教学旨在提升学生核心素养。在物理跨学科实践教学中,教师应深刻认识到跨学科的内涵与实际应用价值,规避教学误区,坚持在正确的育人理念下开展初中物理教学工作。物理跨学科实践教学的开展要经过长期的实践与经验总结,在深化顶层设计下,注重学生学习情况,强化教学实践过程,不断完善教学评价体系,并根据物理教学内容的差异性与层次性进行阶段性调整,从而发挥跨学科实践教学的真正价值。