指向核心素养培育的高中物理跨学科教学探索

吴钟怡

［摘要］ 高中物理跨学科教学的必要性在于落实学生的学科核心素养，培养学生的科学文化素养和终身学习能力。通过打破学科界限，让学生学会重新整合、提炼、升华和应用所掌握的学科知识，为终身学习奠定基础。同时，物理学与数学、化学、生物等学科有许多知识相互交叉和联系，跨学科教学可以丰富教学资源、教学内容和形式，提升学生的学习效率。基于高中物理跨学科教学的必要性，挖掘物理与其他学科的关联性，借助相关案例对教学过程中的方法进行初探。

［关键词］ 跨学科教学；核心素养；高中物理

核心素养是落实立德树人根本任务的具体化。物理学作为自然科学领域的一门基础学科，所涉及的学科核心素养与化学、生物、数学等学科既有不同又相互交叉，探索物理跨学科教学不仅能帮助学生加深对物理知识的理解和掌握，还能帮助学生提升学习效率和应对复杂问题的能力。

一、 高中物理跨学科教学的必要性

《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》中提出“高中教育的培养目标是进一步提升学生综合素质，着力发展核心素养，使学生具有理想信念和社会责任感，具有科学文化素养和终身学习能力，具有自主发展能力和沟通合作能力。”可见，高中物理跨学科教学与学生综合能力培养的要求不谋而合，是提升学生综合能力的有效途径之一，让学生在解决实际问题过程中能破除学科界限，学会对应用掌握的学科知识进行重新整合、提炼、升华，再到最终迁移应用，从而落实核心素养的要求，为终身学习奠定基础。

同時，物理学是自然科学领域的一门基础综合学科，与数学、化学、生物等学科有许多知识相互交叉和联系。跨学科教学可以通过挖掘物理与不同学科间的关联性、渗透性和补充性，打破应试教育的传统思维，突破学科本位思维。同时，课堂上能丰富教学资源、教学内容和形式，从而提升学生的学习效率，促进学生核心素养的养成和发展。

二、 高中物理与其他学科的内在关联

（一） 高中物理与化学核心素养的相似性及其教学整合的互惠性

对照高中物理和化学的核心素养要求，在科学探究、科学思维、科学态度等各领域都存在高度相似之处，比如对规律的研究，物理和化学都需要经过观察提出问题、作出猜想或假设、制订科学探究方案、进行实验获得数据、分析数据发现规律、对结论和过程进行评估、最终交流与反思等环节。在教学内容上物理和化学之间也有许多交叉点，比如能量观、原子结构、物质的分类、电荷守恒定律、光谱等。此外，物理和化学变化都需要遵循守恒的基本原则。因此，在教学的时候如果能将物理和化学进行整合会达到两个学科的互惠。

（二） 高中物理与数学密切的联系与相互渗透

高中物理与数学的联系可谓是所有学科中最密切的，比如物理的表达方式有文字、公式和图像，其中的公式和图像表达就与数学密切相关。矢量和机械运动问题往往需要运用数学中的向量和函数来解决。大量的物理学思想和数学有着相同之处，如极限法、无限逼近法等。因此，作为基本工具学科的数学，其概念、思想、方法等可以通过适合的知识媒介与物理教学相互渗透，以便学生能更好地表达物理概念、定理和规律，从而有效提升学生的科学思维，促进物理观念的形成。

（三） 高中物理与其他学科的融合

高中物理与地理学科有着不少交叉内容，地理课程中要理解天文、地理问题依赖于物理知识的运用，如地理教材中关于宇宙中的地球问题研究就需要用到物理行星运动规律。太阳对地球的影响与物理中的太阳能量的来源、核聚变反应、电磁波等相关，这些天文、地理问题可以为我们研究物理规律提供大量翔实、生动的实际情景材料。

物理教师在课堂上为了引起学生学习兴趣、拓宽学生视野、激发学生的爱国情怀等往往会采用一些历史典故，这些就需要用到历史学科的知识。

三、 高中物理跨学科教学的实践初探

（一） 整合物理和其他学科的知识内容，促进物理观念的形成

物理和相关学科在教学内容上会有许多交叉的知识，但在教材编排上不同学科会根据专题内容、学科课程要求和学生的实际情况，分布在必修或选修教材中。如原子结构在物理和化学中会有较多交叉内容，高中物理安排在选择性必修三中学习，而化学是安排在高一必修一中学习，其中有不少交叉的点。如果能进行有效整合高中物理中涉及的其他学科知识，一方面能防止学生因为知识盲区的出现而在课堂内显得无所适从，另一方面也能使学生在学习的过程中提取自己之前所学过的相关学科知识，回忆相关联的内容，从而确保知识的完整性和联系性，加深对相关知识的理解，让学生感悟各学科间的知识不是独立，而是相互联系、相互渗透的。

【教学片段1】 借助化学，理解摩擦起电原理

静电现象是沪科版高中物理教材必修三“静电场”第一节“静电现象 电荷”的内容。在解释静电现象的原因时需要构建原子结构模型，这与高一化学必修一原子结构的内容不谋而合。

首先，教师演示用毛皮摩擦橡胶棒吸引轻小物体的过程。由现象我们可以得出通过摩擦可以让物体带电，如毛皮摩擦过的橡胶棒可以吸引轻小物体。初中时我们也知道毛皮摩擦过的橡胶棒带负电，这类起电的原因是什么？

学生可以猜想是因为有电荷，那么电荷从何而来？是创生的还是从其他地方转移而来的？如果是转移来的，转移的是正电荷还是负电荷？

学生通过对这些问题的讨论交流，意识到要回答摩擦起电的原因就要从原子的微观结构进行解释，自然就会想到要构建模型。那么原子的模型到底是怎样的？教师引导学生回顾高一化学教材必修一中学过的原子结构，帮助他们将化学中学过的相关知识建立联系，突破知识的盲区，保证知识的完整性。通过建构原子结构模型，学生明白了摩擦起电现象中真正移动的只有电子，并不是正、负电荷共同移动。在橡胶棒和毛皮摩擦过程中，电子从毛皮上移动到了橡胶棒上，毛皮因为失去电子从而带正电，橡胶棒因为得到电子而带上负电。在丝绸与玻璃棒的摩擦过程中，电子从玻璃棒移动到了丝绸上，所以玻璃棒带正电，丝绸带负电。至于在摩擦起电现象中，谁失去电子，与摩擦双方的原子核对电子束缚能力的强弱有关，引导有兴趣的学生可以在课后进行更深入的了解。同时，经历此教学过程为后续的电子守恒定律的得出埋下伏笔，将物理和化学的知识点进行整合，提高学生的学习效率和应用能力。

因此，通过不同学科间的知识完成整合，让教学过程变得更具条理性与系统性，同时知识也更易于被学生理解和接受。通过加强实验教学、整合学科内容和重视科学态度和价值观的培养等策略的实施，可以提高学生的物理和化学核心素养，为学生的终身学习和全面发展奠定基础。同时，也可以促进教师教学水平的进一步提高，推动学校教育教学的改革和发展。

（二） 通過相似概念类比，突破思维障碍

所谓类比就是根据两个对象的某些相同或相似的性质，在相似基础上进行迁移。物理概念与化学等学科中的某些概念具有相似性，利用相似概念建立的方法进行类比，可帮助学生突破物理学习思维上的难点。

【教学片段2】 巧借地理，引入等势面

教师在进行等势线的概念引入时，可以通过类比地理中的等高线来帮助学生理解。在地理学中，绘制地图时，反映地表海拔高低可以用等高线和颜色的深浅来区分。这样做的好处在于更加直观、形象、简洁。这些等高线和不同的颜色只出现在地图上，而地球上并没有这些线和颜色。在电场中，为了更为直观、简洁地描述电场中电势的高低，引入了“等势面”这一概念。思考如何画等势面？学生很自然会联想到是将电场中电势相等的各点连成的面就是等势面。

在此基础上进一步追问这一系列的线能够描述电场的大小吗？电场的方向又是怎样体现的呢？学生结合等高线和电场线的特点得出等势面越密的地方电场越大，电场的方向由高等势面指向低等势面。

再进一步思考电场是实实在在的，等势面是真的存在于电场中吗？学生根据等势面的作用可以想到它和电场线一样是为了描述电场的特点而人为画出来的。

【教学片段3】 借化学实验现象，攻克“电流的形成”原因

学生对“电流”这个名词非常熟悉，知道家用电器工作需要有电流通过，但是对于电流的形成原因却不知道，更别说如何产生持续的电流。在学习沪科版高中物理教材必修三“电路及其应用”第一节“简单的串联、并联组合电路”时，从设计简单的照明电路展开，认识常见的电路元器件和它们的作用，把各种元器件连接在一起就形成了电路。要让用电器元器件工作就需要有电流通过，那么电流是如何形成的？向哪个方向定向移

动呢？

在回答这个问题前，学生先观察以下实验中小灯泡的发光情况：接有电源的集成电路板、电键、小灯、碳棒，用导线把它们顺次连接，然后将碳棒依次放在蒸馏水和NaCl溶液中；观察实验现象并尝试解释原因。

学生通过实验看到当碳棒插入纯净水中，灯不发光，说明水不能导电。当碳棒插入一定浓度的NaCl溶液后，小灯发光，说明有NaCl溶液能导电。为什么会出现这种现象呢？这就是高一化学中学过的物质导电的原理，即这些物质在水溶液中或熔融状态下，产生了可以自由移动的离子，并与外接电源形成闭合通路，产生电流，由此得出电流形成的必要条件。接着引申到本节课简单照明电路中的电流形成过程的分析，对于金属导体虽然没有自由移动的离子，但是有自由移动的电子，两个电路图都是有相似的地方，可以进行类比。因此，学生可以知道如果把导体两端与电源正、负极相连，大量的自由电荷便会在电源的驱动下同时向一个方向运动，这些定向移动的自由电荷便会在导体中形成电流。

在此基础上进一步追问，那么自由电荷为什么会定向移动起来？向哪个方向定向移动？引导学生利用电场的知识，从微观的角度来进行具体解释。经历前一章节电场的学习，学生很自然会想到要建立模型来说明其中的原因。教师由此提供金属导体的结构模型并进行解释。在此基础上，学生进一步交流讨论，怎样让自由电子定向移动形成电流？如果在导体中加上某一方向的电场，分析电子的受力情况和运动情况。教师根据学生的回答情况给予补充说明。

由此可见，找到不同学科间相似概念进行类比，可以帮助学生突破物理思维障碍，让抽象的问题变得具体，使概念更容易理解，教学难点也就迎刃而解。

教师在课堂上选择合适的切入点，将物理学科与其他学科内容相融合，既能提升学生的学习效率，又能促进学生综合能力的提升，达到良好的教学效果。同时，通过跨学科教学，使物理与不同学科之间的科学观念、科学探究方法和科学思维模式相互交叉渗透，让学生不再以单一的视角认识事物，而是关注知识的内在关联性和综合性，从不同的视角构建知识框架，促进多学科知识的融合和学科方法的相互借鉴，促进适应终身发展和社会发展需求的核心素养的养成。

［参考文献］

［1］ 中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）［S］.北京：人民教育出版社，2020.

［2］ 白亮.高中物理教学跨学科教学衔接的问题与对策［C］.2018年教师教育能力建设研究专题研讨会论文集，2018.

［3］ 李芳芳.跨学科素养的高中物理教学策略研究［D］.扬州：扬州大学，2018.

［4］ 李娟.高中物理跨学科思维的应用［J］.数理化解题研究，2020（2）.