中學物理跨學科教學的研究

[27]?？鐚W科知識背景的不足，使部分中學物理教師無法有效貫徹新課標的改革理念，很少開展跨學科教學活動，即使實施了相關教學也無法將物理與其他學科有效結合起來，課堂效果難以得到改善。這也導致部分學生缺乏主動意識和學習興趣，長此以往學生的自信心和積極性會受到打擊，可能會影響整個班級對物理的學習態(tài)度。師生之間無法產(chǎn)生互動，教師得不到有效的教學反饋，又會影響物理課程的教學，進而產(chǎn)生惡性循環(huán)，對教師和學生都會產(chǎn)生身心上的負面影響。因此，學校應采取相關措施幫助教師們掌握跨學科知識背景，以便設計出更具科學性、趣味性的跨學科教學內(nèi)容。3.3學生綜合素養(yǎng)提升的需求新世紀數(shù)字經(jīng)濟高速發(fā)展的背景下，社會對學生的綜合素養(yǎng)都有了更高的要求。學生們除了要掌握多學科基礎知識外，還要具有創(chuàng)新精神、合作意識和實踐能力等，這樣才能促進學生的全面發(fā)展，使其能更加適應社會變革與發(fā)展。此外綜合素養(yǎng)的提升，也有利于培養(yǎng)學生的社會責任感、提升學生未來的就業(yè)競爭力，進一步幫助學生正確認知自我，適應各類行業(yè)的發(fā)展趨勢，投身到我國社會主義的建設道路當中。不過由于當前物理跨學科教學中存在教育資源不足、跨學科知識背景欠缺等問題，部分學生的學習問題得不到解決，這導致學生在中學階段的學習狀態(tài)會受到干擾，身心健康會受到負面影響，不利于提升自身的綜合素養(yǎng)。因此學校和教師要積極改善當前物理教學中的困境，通過跨學科教學和實驗課程，鍛煉學生們的創(chuàng)新意識和實踐能力，提升學生的綜合素養(yǎng)。4中學物理跨學科教學改進策略4.1分析課程標準，落實素養(yǎng)教學《義務教育科學課程標準（2022年版）》中提出跨學科概念，并要求學科核心要與跨學科緊密相連，促進學生核心素養(yǎng)發(fā)展。不過當前，部分學校和教師并未對新課程標準做出深層次研讀，學校和教師們對跨學科教學的重視程度需要改善。當前多數(shù)學校很少開展跨學科融合教學相關的培訓和教研活動，導致教師缺乏跨學科知識背景，學校作為教師教學和學生學習的重要場所，應該為教師和學生打造優(yōu)良的教學平臺，提供完善的教育資源，營造濃厚的跨學科教學氛圍。因此學?？梢远ㄆ陂_展關于新課程標準的研討會，及關于物理跨學科教學能力的培訓課程，邀請相關專家開展關于新課程和跨學科的學術講座，為教師們提供專業(yè)科學的指導，幫助教師深入了解跨學科教學的教育理念，豐富跨學科知識背景。此外學校也應該提供豐富的硬件支持，如購置物理實驗器材為跨學科教學的展開提供扎實的物質(zhì)基礎，也可以和博物館、科技館、天文館等文化教育機構聯(lián)系合作，為物理跨學科教學的進行提供設備支持，開拓學生眼界，豐富知識體系。在深入分析新課程標準的基礎上，豐富教師們跨學科理論知識，提供硬件支持，才能精準落實素養(yǎng)教學，助力物理跨學科教學的展開。4.2剖析教材內(nèi)容，探析跨學科內(nèi)容跨學科教學能夠利用其他學科知識輔助物理教學的順利進行，幫助學生們理解多學科知識，這就要求教師們具有豐富的多學科知識儲備。但當前中學物理教學中多數(shù)教師很少關注物理以外的學科知識，要想實現(xiàn)跨學科教學，物理教師必須拓寬自己的知識面，深入剖析教材內(nèi)容，尋找物理與其他學科之間相連的教學內(nèi)容，整理能跨學科教學的知識點，以此來豐富自身的多學科知識和思想方法，在此基礎上還要具備精準判斷融合之處，實現(xiàn)知識的內(nèi)化，形成一種獨特的教學方式來教導學生。因此中學物理教師在日常教學工作中，要與其他科目的教師積極溝通，向其請教學習主講科目中涉及到的物理原理，共同深入剖析教材內(nèi)容，找到學科之間融合的思路，制定較為完整的跨學科教學內(nèi)容。此外教師們也要積極參與學校安排的跨學科教學講座論壇，助力自己深入分析教材，進一步豐富自己的知識儲備。教師們也可以在課余閑暇，閱讀相關書籍了解交叉內(nèi)容，或是借助互聯(lián)網(wǎng)關注其他領域專家對于物理熱點事件的看法，找到教學素材。另外學校也可以創(chuàng)建學科交叉交流室，提供特定場所供不同學科的教師們進行深入交流，幫助教師們理解、掌握學科之間的交叉內(nèi)容。4.3轉變教學方式，規(guī)劃教學活動將知識簡單融合起來并不能真正做到跨學科教學，教師應該根據(jù)邏輯關系將物理與其他學科的知識有機融合，做到減輕學生負擔的同時，提升課堂教學效率，使學生們深入理解物理與其他學科的知識。因此教師們要依照不同學科的知識特點，摒棄以往傳統(tǒng)的教學模式，運用多樣、新穎的教學方式引起學生的學習興趣。教師在施展物理跨學科教學時，要遵循中學學生的身心發(fā)展特點和學生現(xiàn)有知識儲備量，結合相關物理實驗，實現(xiàn)教學方法的多樣化，引領學生利用多元智力理論和學習遷移理論，主動積極地構建物理與其他學科的知識體系，形成利用跨學科融合輔助理解物理知識的能力，培養(yǎng)學生們在跨學科教學學習過程主動思考、動手實踐的學習習慣。教師們也要對跨學科教學做出規(guī)劃，從教學環(huán)節(jié)上入手，比如在教學開始前，可以設立“新課導入”環(huán)節(jié)，教師可以根據(jù)教學內(nèi)容選擇更加接近生活的圖片或視頻，引出本節(jié)課教學內(nèi)容，這樣可以吸引學生注意力，有效激發(fā)起學生的學習欲望，達到輔助教學的目的。在教學過程中也可以指導學生利用物理基礎原理，解決其他學科中的問題，培養(yǎng)學生們知識遷移的能力。在實驗環(huán)節(jié)，此外也可以借助其他學科知識協(xié)助物理實驗的展開，幫助學生理解學科之間的橫向、縱向聯(lián)系，強化實驗效果。4.4培養(yǎng)學生跨學科意識，提高學習能力學生往往被動地接受教師灌輸?shù)闹R，且部分學校缺乏物理實驗課程，教師們也無法展開有效的跨學科教學，因此部分學生存在學習興趣缺失、學習主動性不夠等問題，而學校和教師的跨學科意識不足也導致學生們欠缺跨學科意識，部分學生可能從未了解過跨學科的內(nèi)涵。因此除了培養(yǎng)教師的跨學科教學能力外，還應該提高學生的跨學科融合意識，這樣物理跨學科教學才能夠順利進行。各科目教師可以在日常教學活動中加以引導，鼓舞學生自發(fā)思考科目中包含、涉及的物理原理，使學生們認識到物理學科內(nèi)容與其他知識的相關性，做到讓學生們在學習其他科目時有意識地思考物理與本科目是否存在著聯(lián)系，讓學生們在進行化學或生物實驗時討論是否運用到物理學科的思想方法等。此外也要讓學生們脫離過度依賴教師指導的現(xiàn)狀，學生們被動地學習會降低學習效率，可能也會產(chǎn)生厭學心理，教師在物理跨學科教學過程可以提高學生們的參與程度，如讓學生演示物理實驗過程，或者讓學生們分組備課，輪周演講物理與其他科目的融合內(nèi)容。這樣學生們自主學習的能力會不斷提升，養(yǎng)成獨立思考的習慣，也會發(fā)現(xiàn)跨學科教學的樂趣，意識到跨學科教學的重要性，學生們能提高自己的綜合思維能力，提高對物理和其他科目的學習興趣，在成績提升的同時也能積累多學科知識。5中學物理跨學科教學設計案例本章內(nèi)容根據(jù)新課程標準，以“電荷與電荷守恒定律”課程為主題，設計物理跨學科教學案例，并運用到課堂當中，以期培養(yǎng)學生們的創(chuàng)新能力、實踐能力和知識遷移能力?！半姾膳c電荷守恒定律”選自人教版物理選修3-1教材中第一章第一節(jié)內(nèi)容，一般為高二學生學習章節(jié)，本節(jié)內(nèi)容較為基礎，能夠帶領學生們初步認識電磁現(xiàn)象。教學重難點是讓學生們理解電荷守恒定律，通過微觀物質(zhì)角度認識物體帶電的原理。5.1教學課前準備5.1.1學生學情分析（1）高二階段，學生們的理解能力、分析思考能力已經(jīng)有較大提升，學生們能夠理解一些較為抽象的內(nèi)容，學生們也具有良好的表達能力，能和教師展開互動，對物理課程的順利展開具有積極意義。（2）學生們對電荷的概念已有初步了解，如日常生活中學生們常常接觸的靜電就是一種處于靜止狀態(tài)的電荷，高中化學方程式也遵循電荷守恒定律，不過此類概念較為基礎，學生們并不能有效理解電荷及電荷守恒定律的理念，需要教師進行更為細致的講解。（3）學生們對跨學科理念認知不足，需要教師們引導學生思考本節(jié)學習內(nèi)容中，物理知識與其他學科的關聯(lián)性。5.1.2教學目標分析本章節(jié)內(nèi)容旨在幫助學生熟知兩種電荷以及它們之間的相互作用，使學生們進一步認知電荷、比荷、電荷量等相關概念，使學生們理解物體帶電的方法和本質(zhì)。此外，通過使學生們回想初中知識，加深對兩種電荷的認識，來培養(yǎng)學生們的分析解構能力；通過為學生們講解摩擦起電是使電荷轉移并非創(chuàng)造電荷，來提高學生們發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力；通過對地理極光現(xiàn)象、化學方程式、生物神經(jīng)傳導等多學科知識展開聯(lián)想，讓學生們進一步理解定律，培養(yǎng)學生們的跨學科意識。5.2教學過程實踐5.2.1情景導入本節(jié)教學內(nèi)容正式開始前，教師為學生們播放視頻：因云層內(nèi)部或者云層和地面之間電荷運動而產(chǎn)生的大規(guī)模雷電現(xiàn)象（見圖5-1）；展示圖片：性格古怪、形狀奇特、身份成謎的球狀閃電（見圖5-2）；展示圖片：地理中的極光現(xiàn)象（見圖5-3）。隨后帶領學生們簡單回憶了極光相關地理知識，極光顏色主要為綠色，其余紅、黃、藍、紫等顏色并不常見，其形態(tài)各異，有圓弧狀、飄帶狀、帳幔狀、射線狀、云片狀等，常出現(xiàn)于地球南北兩極附近的高空，主要形成原因為太陽活動產(chǎn)生的帶電粒子與地球磁場相互作用，致使高層大氣分子與帶電粒子碰撞產(chǎn)生光芒。教師利用多媒體為學生們展示了一些科學性、趣味性的視頻或者圖片，吸引了學生注意力，營造了學習氛圍，同時運用地理知識引入跨學科教學主題，為后續(xù)教學內(nèi)容奠定基礎。圖5-1雷電現(xiàn)象圖5-2球狀閃電圖5-3極光5.2.2新課講授1．認知電荷教師事先讓學生們分組，并準備橡膠棒和裝有泡沫的塑料瓶。教學開始后，指導學生橡膠棒靠近瓶子，讓學生們回答發(fā)生的現(xiàn)象，可觀察到塑料瓶中的泡沫被橡膠棒吸起。隨后引導學生們回憶自然界中的正電荷和負電荷，及同性電荷互斥、異性電荷相吸的原理。初中知識回憶完畢后，教師讓學生根據(jù)預習內(nèi)容分組討論并回答電荷單位、元電荷定義及數(shù)值、比荷定義及數(shù)值等問題。2．熟知三種起電方式（1）摩擦起電教師帶領學生們討論并了解電荷、元電荷、比荷等相關概念后，繼續(xù)利用對比實驗讓學生們觀察實驗現(xiàn)象，感悟起電原理。在認知電荷的教學中，橡膠棒經(jīng)摩擦后可將泡沫引起，本環(huán)節(jié)教師指導學生將橡膠棒直接靠近塑料瓶，可觀察到橡膠棒未吸起泡沫，讓學生們解釋前后兩次實驗現(xiàn)象差異，提出摩擦起電的概念。隨后向學生提問摩擦起電的原理及結果，讓學生們根據(jù)化學中的原子結構分組討論。討論過后，教師做出補充：物質(zhì)由分子和原子組成，分子由原子構成，原子是化學變化中的最小粒子，由位于中心的原子核和圍繞原子核旋轉的核外電子組成。原子核中的質(zhì)子帶正電荷，質(zhì)子數(shù)能決定元素種類，核外電子帶有負電荷，其數(shù)量決定元素的化學性質(zhì)。摩擦過程會使一些不穩(wěn)定的電子發(fā)生轉移，摩擦起電并未創(chuàng)造電荷，只是讓電荷重新分布，一個物體失去電子帶正電，另一個物體獲得電子帶負電。（2）感應起電和接觸起電摩擦起電原理解釋完畢后，教師提出疑問，日常生活中我們怎么知道物體帶電呢？之后教師拿出幾個驗電器，分發(fā)給小組，在學生觀察驗電器時，為學生介紹驗電器的金屬球、金屬桿和金屬箔部分，并為學生解釋驗電器原理，物體帶電時會將電荷通過金屬球傳遞給金屬箔，箔片因為同性電荷相斥展開角度。介紹完畢后，指導學生用摩擦過的橡膠棒接觸驗電器的金屬球部分，可發(fā)現(xiàn)原本閉合的金屬箔張開一定角度，此為接觸起電。實驗結束收起驗電器后，教師為同學們介紹了接觸起電的幾種形式，如固-固接觸起電、固-液接觸起電、固-氣接觸起電等，并解釋接觸起電是一種常見的靜電現(xiàn)象，兩個物體接觸時，它們之間的電荷會重新分配，致使電勢差發(fā)生變化，電荷從一個物體轉移到另一個物體。之后教師拿出枕形導體（兩個，分為A、B），并挑選兩位學生上臺演示感應起電。教師指導學生將兩個枕形導體合并且分別掛上金屬箔片，用手接觸枕形導體保證導體不帶電，此時可以觀察到箔片呈閉合狀態(tài)。隨后摩擦玻璃棒使玻璃棒帶電，將玻璃棒靠近枕形導體，但避免接觸，可以觀察到A、B箔片均張開角度。再將兩個枕形導體分開，將玻璃棒移走，可以觀察到箔片在玻璃棒移走后張開角度。演示完畢后，教師讓學生們分組討論，共同分析了感應起電原理：當帶電的物體靠近導體一端時，由于同性相斥異性相吸原理，導體靠近帶電體的一端會帶上與帶電體相異的電荷，另一端與之相反，導體的自由電荷在外力電場的作用下重新分布，感應起電過程中電荷發(fā)生了轉移，但電荷總量未發(fā)生改變。3．認知電荷守恒定律實驗結束之后，教師帶領學生對實驗內(nèi)容進行了總結，電荷無法被創(chuàng)造，也不會消失，但是能在物體之間轉移，或者在物體的不同部分轉移，轉移期間電荷總量保持不變，此為電荷守恒定律。教師介紹到電荷守恒定律作為物理基礎定律之一，被廣泛應用于人們?nèi)粘Ｉ钪校⑻岢銎鋵嵲诨瘜W學習過程中，學生們已經(jīng)對電荷守恒定律有所接觸。待學生疑惑之際，教師指出化學中的氧化還原反應涉及電荷守恒定律，提出問題讓學生們寫下鐵和稀硫酸的化學反應方程式及離子方程式，并挑選學生上臺板書：FF書寫完畢后，教師引領學生們分析了方程式中的電荷轉移途徑，可以發(fā)現(xiàn)Fe的電荷移動到了H課堂結尾，教師向學生們介紹了電荷守恒定律與生物學科神經(jīng)傳導作用的關聯(lián)，神經(jīng)纖維受到刺激時細胞膜的通透性改變，大量Na+從膜外流入使細胞膜電位由外正內(nèi)負變?yōu)橥庳搩?nèi)正，產(chǎn)生動作電位，此過程中，雖然細胞內(nèi)外離子的濃度和電荷分布是不均勻的，但是電荷總量是守恒的，電荷只是發(fā)生了轉移?？梢婋姾墒睾愣赡軌蚪忉屔矬w內(nèi)的電荷轉移及電生理現(xiàn)象。隨后教師又向學生介紹了電荷守恒定律在其他領域中的應用，如環(huán)境科學中地球電磁場的研究和環(huán)境污染物的遷移轉化等；如在當代醫(yī)學中心電圖、腦電圖的應用，和醫(yī)學影像技術中的電磁成像原理等。通過物理跨學科教學，學生們意識到了學科之間的關聯(lián)性和跨學科教學的趣味性、重要性，學生們的知識遷移能力有所提升，學習興趣和積極性有所提高，學生自身的5.3教學實踐反思本教學設計以“電荷與電荷守恒定律”為基本內(nèi)容，以幫助學生深刻理解有關概念、提升學生分析能力、培養(yǎng)學生跨學科意識等為首要目標，在保證學生具備基本理解能力和表達能力的基礎上展開了教學活動。課堂結束后對部分學生和教師進行了訪談，反饋如下：學生們統(tǒng)一表示本節(jié)課內(nèi)容豐富，而且比起以往的物理課堂更加生動有趣。部分學生表示物理原來竟與那么多學科類別都有關聯(lián)，自己之前從未將化學方程式與電荷守恒聯(lián)系在一起，物理要比自己想象的更加有趣。部分學生表示這樣的教學方式，讓自己本節(jié)課都保持著強烈的學習興趣，對物理概念的理解也比以往更加深刻。部分學生表示今后的學習中，自己會嘗試在不同學科之間尋找知識的共通點，主動進行“跨學科”學習。講課教師表示本節(jié)課學生們的學習熱情過于高漲，課堂氣氛較好，學生和自己的互動也變多了，不過教學時間略微超過了正常授課時間，教師表示自己之前對跨學科了解比較匱乏，本節(jié)課讓其意識到了跨學科教學的重要性，今后的教學中會多采用此類備課形式。旁聽教師們表示，跨學科教學比較符合新課標理念，學生們的學習興趣明顯提高，并且本節(jié)課的側重點還是以物理為主，沒有出現(xiàn)本末倒置的現(xiàn)象，不過講師在講課過程中應注意多引導學生自主思考物理知識在其他學科中的應用，以此來鍛煉學生們獨立思考的能力。本教學設計先用視頻、圖片吸引了學生興趣，后利用多個實驗幫助學生理解并掌握了有關概念及原理，教學中以物理學科為主，以地理、化學、生物學科為輔，提高了學生們對物理與其他課程知識的認知。課堂末尾，告知了學生物理學的廣泛性，為后續(xù)再次進行跨學科教學埋下了基礎。本設計比較符合課程標準的要求，在跨學科教學的同時，并未增加學生額外負擔，并且突出了物理學科的主體性。教學過程中讓學生動手參與了物理實驗，鍛煉了學生們的實踐能力，提高了學生們的學習興趣，培養(yǎng)了學生們發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，利于提升學生們的綜合素養(yǎng)。不過本教學設計仍具有局限性和不足。據(jù)講課教師反饋，學生們過于活躍，部分學生喜歡討論一些與本節(jié)課內(nèi)容無關的東西，但教師均對此做了正確引導，此外教師提及講課時間略長，留給學生們發(fā)散思維自由討論的時間不足，由于教師初次采用跨學科形式開展教學活動，因此把控教學時間的能力有待完善，后續(xù)開展跨學科教學活動的經(jīng)驗增加，此類問題便迎刃而解。另外本教學設計中，教師多是引導學生思考物理原理，雖然把握好了其他學科的滲透程度，突出了物理的主體性，具有適度性，但未積極引導學生將熟知的物理知識與日常生活及其他學科領域聯(lián)系起來，缺乏啟發(fā)性。綜上，教師們后續(xù)在開展跨學科教學活動時，要注意對時間的把控，在學生理解范圍內(nèi)正確把握學科之間的主次程度，同時引導學生思考主學科在多領域的應用，以此來激發(fā)學生們的想象力和創(chuàng)造力，提高學生們的實踐能力。6總結本論文對我國當前跨學科研究現(xiàn)狀進行了簡析，對跨學科相關概念及理論進行了簡要概述。隨后基于前人研究進行分析，提出當前我國中學物理教育中面臨著教育資源不足、教師跨學科知識背景匱乏、學生學習興趣不高、學生綜合素養(yǎng)亟需提升等挑戰(zhàn)?；诖?，本論文提出了中學物理跨學科教學改進策略，指出學校要助力教師分析新課標內(nèi)容，提供硬件支持促進物理跨學科素養(yǎng)教學的落實；中學物理教師應深入剖析教材內(nèi)容，和其他科目教師積極溝通，共同探討學科交叉內(nèi)容；教師應該轉變傳統(tǒng)教學方式，合理規(guī)劃物理跨學科教學內(nèi)容，為學生帶來優(yōu)良的跨學科學習體驗；學校和教師應引導學生意識到跨學科教學的重要性，幫助學生建立良好的學習能力，提高學習能力。最后論文以“電荷與電荷守恒定律”為例，展開了物理跨學科教學案例設計實踐，據(jù)學生表現(xiàn)和教師反饋，本文中的教學案例將物理與地理、化學、生物等知識有效融合，將理論與實踐相結合，滿足了新課程標準的要求，能夠提高學生的綜合能力和學習興趣，使學生們領略跨學科教學的魅力，對于促進學生德智體美全方面素質(zhì)發(fā)展也具有積極意義。參考文獻陳晨.融入通用技術課程理念的高中物理跨學科綜合實踐研究[D].西華師范大學,2021.趙浩杰.基于生物學方向的高中生跨學科素養(yǎng)測評工具開發(fā)及現(xiàn)狀研究[D].華東師范大學,2023.葛帥.中美高中化學教材跨學科內(nèi)容比較分析及應用研究[D].洛陽師范學院,2023.姚東杰.初中物理教師“跨學科實踐”課程知識現(xiàn)狀測查與優(yōu)化建議研究[D].東北師范大學,2023.胡天一.初中物理跨學科實踐主題梳理與案例設計研究[D].沈陽師范大學,2023.陳杰琦.多元智能理論與學習活動[M].北京:北京師范大學出版社,2002.冉源懋,羅旎兮,翟坤.“現(xiàn)象教學”在芬蘭:理念,實施與經(jīng)驗[J].教育學術月刊,2022(04):81-86+105.onningRA,DefrancoTC,WeinlandTP.DevelopmentofTheme-based,Interdisciplinary,IntegratedCurriculum:ATheoreticalModel[J].SchoolScience&Mathematics,1998,98(6):312-318.lorentinaM,BarbuM.AnInter-disciplinaryApproachinTeachingGeography,ChemistryandEnvironmentalEducation[J].Procedia-SocialandBehavioralSciences,2015,180;660-665.WeinbergAE,SampleMcMeekingLB.TowardMeaningfulInterdiscipl