浅谈基于STEAM理念推进学科融合培养初中物理教师综合能力

蒋登锋

（遵义师范学院附属实验学校 贵州 遵义 563000）

物理一直被认为是比较难学的学科之一，学生在初中刚开始接触物理时还比较容易感兴趣，但随着知识由浅入深、由简到繁，很多学生在学习过程中逐渐掉队，甚至到最后放弃学习。鉴于此，我在一项关于初中物理学习方法探索的市级课题研究过程中组织了市内多所城镇、乡村初中学校学生开展对物理有关学习情况的问卷调查，同时结合不同年级、不同层次（成绩优秀、良好、中等、薄弱）学生进行谈心谈话。通过对上述两种方式的调查，发现物理成绩优秀、良好的学生在学习物理时，大部分都能很好地利用已掌握的其它各学科基础知识进行有效迁移，初步形成了跨学科知识横向渗透关联学习规律；而物理基础较薄弱或大部分成绩中等的学生往往把物理学科孤立看待，缺乏与其他学科联系的意识导致对物理学习感觉枯燥、概念抽象。这给物理教学研究提供了很好的启发，而STEAM 教育理念的提出正好提供了教学研究思路。STEAM 教育理念主要阐述艺术、人文、创新教育、设计思维在综合性教育中的作用。基于STEAM 教育理念结合问卷调查和谈话内容的分析，我认为物理学科教学很有必要推进学科知识横向渗透，引导学生构建跨学科知识迁移意识，利用其他学科基础知识解答物理相关问题，同时用物理思想促进对其他学科知识的理解，将抽象的物理概念构建为具体知识结构模型，降低理解难度、增强自信，从而培养对物理的学习兴趣。这既培养学生形成良好的思维方法，有利于高中物理的进一步学习，同时能减轻作业量，真正做到减负提质，落实教育部“双减”政策。

每个学科都有自己的核心素养和知识结构，初中学生在小学阶段学习的基础上已经基本建立起对语文、数学、英语、科学、思想品德以及音乐、体育、美术、信息技术等学科的知识结构模型基础。因此，初中物理教师教学过程中可以在学生已有知识模型基础上引导进行横向联系。当然这样的前提是教师必须具有跳出物理学科开展物理教学的意识和能力，教师不但要熟练掌握物理各章节知识重点，还需要熟悉其它学科知识重点，深入了解学生对相关知识的掌握情况，这样才能恰到好处的将关联知识高效迁移到物理学科进行横向渗透，使学生在跨学科基础上很快熟悉对应物理知识并建立初步的知识结构模型。而这样必然需要教师在原有备课基础上花费更多时间、经历对非物理学科进行深入横向对比研究，先把自己提升为综合应用型教师。这样一方面可以潜移默化地引导学生进行多学科知识的有效融合，消除学生对物理的陌生感，培养跨学科横向联系的意识，变抽象为具体，降低理解难度消化畏难情绪，从而培养对物理的学习兴趣。同时学生也容易对教师专业的学科专业水平和综合能力产生崇拜心理，实现因崇拜老师而喜欢物理学科，对培养学生的物理兴趣起到事半功倍的效果。现在年轻教师学历高、经历旺，具备这样的能力基础。下面通过一些事例谈谈我对跨学科渗透的一些见解。

1.从课堂教学各环节进行跨学科渗透

1.1 新课引入环节设计学科关联

语文教材里很多现代文、古文诗句蕴含了丰富的物理知识，如吴迈《望天门山》进行了相对运动的描述、《枫桥夜泊》描述了声音的传播、《桂林山水》描述了光的反射与折射、《峨眉山行记》描述了大气压与海拔的关系。像这样已经学习过的、可以挖掘丰富物理知识的语文篇目还有很多，如果将相关课文使用在物理教学新课引入环节可以有很强的代入感，再通过所学物理知识对诗人描述的物理现象进行科学解释，可以让物理课堂变得生动、活泼；中小学数学涉及物理模型的案例不多，但小学数学已经涉及对速度模型的简单运算以及面积、体积的应用，数学学科更多是计算方法对物理问题的解决；英语已学的很多单词首字母演变成物理概念、单位的符号；小学科学已经对力、热、声、光、电有关物理现象进行了初步的认识和探究，而其他学科也都有挖掘物理学科的关联知识点。将这些关联知识点设计情景在物理课堂教学新课引入环节中，一方面能加深学生对各学科相关知识的理解，同时利用这些知识过渡到物理教学，让学生减轻对物理的陌生感，能促进对物理学习兴趣的培养。

1.2 利用其它学科知识解决物理相关问题

物理解题首要任务就是对题目的理解，提取已知条件和隐含条件。学生如没有养成良好的阅读习惯往往会在考试时花很短的时间审题，把花大量时间花在数学运算上，自信满满地交卷，但发放试卷看到丢分题目时遗憾满满。原因在于学生对丢分所涉及的知识点是懂了的，但审题出了问题，有时看漏关键字、有时把数据张冠李戴、有时没有注意单位是否统一，所以物理解题过程应花足够的时间审准题目数据和要求，做到这一点后涉及的数学运算往往较简单。所以，物理教师应加大与语文学科教师的联系进行有关阅读方法的跨学科探索，对学生进行有针对性的阅读能力相关培训。另外，数学是解决物理计算的基础学科。通过分析不难发现，七年级数学涉及的直线、射线、线段、平行线和角的相关知识是八年级物理光学的学习基础，平面直角坐标系、解方程、指数幂、因式化简、解方程组等数学方法是解决初中物理公式变形、数形图像（如s-t、v-t、U-I 图像等）、物理计算等相关知识的基础；如果对物理概念包括单位所涉及的符号理解不清晰，可以通过英语学科查找对应单词，查找相应的原始解释，比如物理概念、单位的符号基本上都是英文单词的首字母组成。以上问题都可以通过联合所在班级各学科教师开展相关教学研究，探索高效的学科渗透教学措施，如其他学科教师在其课堂上引入相关物理问题并加以解决，可以极大的增强学生对学科渗透的理解，学生感到新鲜的同时促进了对应学科知识的理解，实现优势互补，共同提升。

1.3 用物理方法辅助其他学科的学习

物理是一门实验学科，通过对物理的学习培养学生形成物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任等四个方面的核心素养。而严谨的思维习惯和实事求是的科学态度是在物理学习过程中形成的重要品质，这些素养和品质对其他学科的学习和生活中的实际问题的解决起到重要作用。

1.4 课堂习题渗透学科融合

通过教学活动初步养成横向思维意识，课堂习题也可将物理知识以其他学科知识框架为基础设计题干。动员任教班级各学科教师积极响应，在其设计课堂习题时尽量挖掘物理联系，让学生熟练掌握利用学科渗透的思维方法和规律，实现优势互补，解决实际问题。

2.课后作业渗透学科融合

2021 年教育部出台“双减”政策，充分说明教学方法的重要性。过去很多学校使用的题海战术、疲劳战术教学模式只能将学生培训成为解题机器，这种方式确实能增强学生解题能力和技巧，但学生不能理解物理背后的实质和规律，进入高中后很难理解更深层次的物理内涵和规律导致脱离教学步伐。因此跨学科渗透、学科融合思维正好切合“双减”政策，即授之以渔。课后作业则是提升对课堂教学中知识能力和强化运用学习方法解决问题的必要手段，课后作业主要涉及作业设计和习题讲解两个方面。

2.1 作业设计渗透学科融合

物理和各学科教师通过联合教研挖掘知识渗透点，按照学科融合思想去设计和布置作业，可以实现大幅减少作业量，进一步做到少而精，契合教育部下发的有关“双减”政策。课后作业质量也可客观体现出教师专业水平。命制有针对性、高质量的课后作业，教师除了需要深入了解任教班级学习情况外还要熟悉任教学段学生知识掌握特点，对提升作业设计的能力有很大帮助。结合学情编写出跨学科渗透思想解决的课后作业，具有针对性和高质量的双重属性。作业设计过程中除了要与不同学科教师深入交流知识融合点、渗透点外，还可以从以下几点进行探索，提高作业设计能力和作业质量。

（1）在已有作业的基础上进行改编。寻找不同学科知识关联点创设问题情境，改变设问角度，陈述新的题干内容、新的技能与方法、立意进行组合。

（2）结合生活习惯的改变，以学生熟悉的题材提炼新的素材。比如新冠疫情大流行改变了人们很多生活方式，也产生了很多社会热点问题，媒体报道中也配了大量图表说明，以此为背景设计题干，设置问题可设计出很多贴近社会、贴近生活的高质量原创课后作业。

（3）基于大单元教学设计理念，结合各学科语言情境，从不同角度、不同层次设计原创性课后作业，检测学生综合运用学科融合思想解决问题的能力。

2.2 及时收集学生作业完成质量情况

新课教学是给学生建立跨学科知识横向渗透的过程和学科融合意识的输入过程，而作业的书写则是将学科融合思维的输出过程，学以致用的过程。学生对学科融合相关题目的完成情况和质量情况是反馈学生对跨学科横向渗透解决相关问题理解程度的最重要方式。教师要利用作业完成情况收集学生对学科融合思想的掌握和应用情况，根据学生的反馈及时开展教学设计、教学过程以及作业设计的反思，根据实际情况及时弥补缺漏，思考后续教学调整思路。

2.3 作业讲解及反思

作业的讲解过程对学科融合意识的培养至关重要，是对新课教学的有力补充，也是查缺补漏的过程。作业的讲解注重过程分析而非简单的订正答案，教师要尽量避免就题讲题，能跳出题目拓展学科外知识，渗透学科融合意识及解题方法，引导学生联系运用所学各科知识综合分析、解决相似或同类型题目。完成作业讲解后，及时引导学生概括解题思路，寻找解题规律，做到将思路、规律用以解决不同学科遇到的问题，培养学生创新精神。另一方面，教师也要及时开展课后教学反思，收集可进一步优化讲解过程的地方。一些思维灵活、发散的学生通过作业呈现出的思维方法给老师意想不到的启发，学生在作业中体现的思想反过来充实教师横向渗透思路和方法，甚至能启发教师新思路。

3.挖掘学习生活中的物理现象促进对知识的理解

3.1 学科知识纵向迁移

跨学科渗透是横向的，而物理学科知识纵向渗透在教学中也应协调统一。以已经学习过的某知识点为基础迁移到新知识的学习，让学生在熟悉前面知识点的同时可以很快理解新的知识并加以利用。如：物体做功快慢的教学可在物体运动快慢的基础上进行纵向渗透，可以在巩固速度的基础上很快速掌握功率的知识。类似的还有物体内能与机械能的关系，无非一个是宏观的动能与势能总和，一个是微观的分子动能与分子势能总和；电流做功及做功快慢也可在机械做功及做功快慢的基础上进行纵向迁移。类似的例子还有很多，通过纵向迁移方法可以极大减轻学生在新知识学习时的负担。

3.2 挖掘涉及综合性知识的生活现象融入大单元教学设计

中考、高考试题往往涵盖综合知识，考察学生对知识的综合应用能力。挖掘生活中有关现象引导学生对不同学科知识的横向联系，学生能综合应用已学的知识储备加以解释，解决问题就说明学生已经真正掌握了所学知识和学科融合的能力。大单元教学设计中的生活现象有别于某单一小节知识教学设计所涉及的生活现象。前者更多涉及的是单元复习时引入的生活场景，需要综合全章涉及的知识基础上才能解决问题。培养学生综合运用相关知识的能力，也是知识渗透的体现。

例：白天透过教室窗户上玻璃往往只能看到教室外的景象，几乎看不到自己的像；晚上可以看到自己清晰的像，但不像平面镜一样清晰明亮。

解释这个现象需要了解生物学眼睛对光的感受，对较强的感受会压过较弱感受，即两个同类现象同时存在时，人的大脑会优先感受较强的现象。光遇到透明物质一般都会同时发生反射和折射，折射光透过玻璃后传递到另一侧空间。室内的光传递到玻璃会有部分光反射，也有部分光透过玻璃传递到室外，同样室外的光也有透过玻璃传递到室内，一部分光被玻璃反射回去。因为白天室外传递到室内光比室内被玻璃反射的光强度大，所以白天人眼看到室外物体清晰的像而看不到自己的像，实质上教室内人的像是同时存在的。到了晚上室内的光有部分透过玻璃射到室外，有部分光被反射回教室内，反射这部分光比教室外透进的光强，所以人看到了自己的像，但只有部分光反射所以不如平面镜清晰。这也是解释夜间驾驶汽车时需保持车内较暗环境的原因。

这种现象类似于分子之间引力和斥力的关系，引力、斥力永远同时存在，分子距离大于平衡距离时，引力大于斥力就表现为引力，实际上斥力也同时存在。搞清楚这个模型后，眼睛的视觉、耳朵的听觉、鼻子的嗅觉、舌头的味觉、皮肤对温度的感觉都会呈现上述情况的感官感受，运用这一规律可以解释生活中声学、光学、热学的有关现象了，比如解释“泥泞路上行走为了不踩水面，面对月光和背对月光时分别应该踩亮处还是暗处”的例子，收到“讲好一题，带活一片”的效果。

4.加强对容易混淆知识的归类和教学引导

跨学科知识横向渗透和本学科知识纵向迁移都能促进学生综合能力的培养，但在推进学科融合教学时也应注意对容易混淆知识、概念和解题方法进行归类，引导学生进行区分，避免给学生造成似是而非的感觉，下面通过两个例子加以说明。

4.1 学科知识纵向迁移案例

在教学中学生通过实验证明影响摩擦力大小的只有压力大小和接触面粗糙程度两个因素，新课教学中也能对答如流。而在大单元作业或复习考试中却发现学生在遇到受力面积和物体运动速度两个因素干扰时往往就混淆不清了。这是因为摩擦力与压强、功和功率几个物理量的影响因素相似而导致对其容易混淆。因此，在大单元或阶段性复习时，需在知识迁移的基础上进行概念区分，必要时开展专题课进行教学。

4.2 跨学科横向渗透案例

数学方法是解决物理问题的重要途径，一方面需要将数学方法迁移到物理计算中，但需要注意数学语言和物理语言的区别。比如，数学学科往往基于x、y、z 三元的函数方程计算，注重过程和细节。而物理则必须基于对应物理符号的公式或变形公式的计算，更注重概念、公式和对应数据之间的逻辑关系，对计算过程和演算细节不作具体要求。但作业中发现总是避免不了学生在物理中设x、y 方程组，而把物理公式抛到了脑后。所以，教学中进行知识的迁移的同时还必须加强对易混淆地方的专题教学。

不管纵向迁移还是横向渗透，都需要教师在教学中引导学生不断总结规律和归纳易混淆的知识和方法，让学生对学科渗透知识和解题方法持清晰认识，才能有效、更好地运用学科融合思路解决实际问题。

总之，物理教师在教学中要不断深入对各基础学科知识的横向渗透研究，结合纵向迁移提升自己的综合能力，引导学生构建学科融合思维，培养学生形成一套良好的学习方法和规律，构建跨学科知识结构模型，降低学生对物理概念的理解难度，消除畏难情绪，找到自信，从而提高物理课堂效率，让“双减”政策真正得到落实。