吳鐘怡

［摘要］ 高中物理跨學(xué)科教學(xué)的必要性在于落實(shí)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)文化素養(yǎng)和終身學(xué)習(xí)能力。通過打破學(xué)科界限，讓學(xué)生學(xué)會(huì)重新整合、提煉、升華和應(yīng)用所掌握的學(xué)科知識(shí)，為終身學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。同時(shí)，物理學(xué)與數(shù)學(xué)、化學(xué)、生物等學(xué)科有許多知識(shí)相互交叉和聯(lián)系，跨學(xué)科教學(xué)可以豐富教學(xué)資源、教學(xué)內(nèi)容和形式，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效率?；诟咧形锢砜鐚W(xué)科教學(xué)的必要性，挖掘物理與其他學(xué)科的關(guān)聯(lián)性，借助相關(guān)案例對(duì)教學(xué)過程中的方法進(jìn)行初探。

［關(guān)鍵詞］ 跨學(xué)科教學(xué)；核心素養(yǎng)；高中物理

核心素養(yǎng)是落實(shí)立德樹人根本任務(wù)的具體化。物理學(xué)作為自然科學(xué)領(lǐng)域的一門基礎(chǔ)學(xué)科，所涉及的學(xué)科核心素養(yǎng)與化學(xué)、生物、數(shù)學(xué)等學(xué)科既有不同又相互交叉，探索物理跨學(xué)科教學(xué)不僅能幫助學(xué)生加深對(duì)物理知識(shí)的理解和掌握，還能幫助學(xué)生提升學(xué)習(xí)效率和應(yīng)對(duì)復(fù)雜問題的能力。

一、 高中物理跨學(xué)科教學(xué)的必要性

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》中提出“高中教育的培養(yǎng)目標(biāo)是進(jìn)一步提升學(xué)生綜合素質(zhì)，著力發(fā)展核心素養(yǎng)，使學(xué)生具有理想信念和社會(huì)責(zé)任感，具有科學(xué)文化素養(yǎng)和終身學(xué)習(xí)能力，具有自主發(fā)展能力和溝通合作能力。”可見，高中物理跨學(xué)科教學(xué)與學(xué)生綜合能力培養(yǎng)的要求不謀而合，是提升學(xué)生綜合能力的有效途徑之一，讓學(xué)生在解決實(shí)際問題過程中能破除學(xué)科界限，學(xué)會(huì)對(duì)應(yīng)用掌握的學(xué)科知識(shí)進(jìn)行重新整合、提煉、升華，再到最終遷移應(yīng)用，從而落實(shí)核心素養(yǎng)的要求，為終身學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

同時(shí)，物理學(xué)是自然科學(xué)領(lǐng)域的一門基礎(chǔ)綜合學(xué)科，與數(shù)學(xué)、化學(xué)、生物等學(xué)科有許多知識(shí)相互交叉和聯(lián)系?？鐚W(xué)科教學(xué)可以通過挖掘物理與不同學(xué)科間的關(guān)聯(lián)性、滲透性和補(bǔ)充性，打破應(yīng)試教育的傳統(tǒng)思維，突破學(xué)科本位思維。同時(shí)，課堂上能豐富教學(xué)資源、教學(xué)內(nèi)容和形式，從而提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的養(yǎng)成和發(fā)展。

二、 高中物理與其他學(xué)科的內(nèi)在關(guān)聯(lián)

（一） 高中物理與化學(xué)核心素養(yǎng)的相似性及其教學(xué)整合的互惠性

對(duì)照高中物理和化學(xué)的核心素養(yǎng)要求，在科學(xué)探究、科學(xué)思維、科學(xué)態(tài)度等各領(lǐng)域都存在高度相似之處，比如對(duì)規(guī)律的研究，物理和化學(xué)都需要經(jīng)過觀察提出問題、作出猜想或假設(shè)、制訂科學(xué)探究方案、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)獲得數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)規(guī)律、對(duì)結(jié)論和過程進(jìn)行評(píng)估、最終交流與反思等環(huán)節(jié)。在教學(xué)內(nèi)容上物理和化學(xué)之間也有許多交叉點(diǎn)，比如能量觀、原子結(jié)構(gòu)、物質(zhì)的分類、電荷守恒定律、光譜等。此外，物理和化學(xué)變化都需要遵循守恒的基本原則。因此，在教學(xué)的時(shí)候如果能將物理和化學(xué)進(jìn)行整合會(huì)達(dá)到兩個(gè)學(xué)科的互惠。

（二） 高中物理與數(shù)學(xué)密切的聯(lián)系與相互滲透

高中物理與數(shù)學(xué)的聯(lián)系可謂是所有學(xué)科中最密切的，比如物理的表達(dá)方式有文字、公式和圖像，其中的公式和圖像表達(dá)就與數(shù)學(xué)密切相關(guān)。矢量和機(jī)械運(yùn)動(dòng)問題往往需要運(yùn)用數(shù)學(xué)中的向量和函數(shù)來解決。大量的物理學(xué)思想和數(shù)學(xué)有著相同之處，如極限法、無限逼近法等。因此，作為基本工具學(xué)科的數(shù)學(xué)，其概念、思想、方法等可以通過適合的知識(shí)媒介與物理教學(xué)相互滲透，以便學(xué)生能更好地表達(dá)物理概念、定理和規(guī)律，從而有效提升學(xué)生的科學(xué)思維，促進(jìn)物理觀念的形成。

（三） 高中物理與其他學(xué)科的融合

高中物理與地理學(xué)科有著不少交叉內(nèi)容，地理課程中要理解天文、地理問題依賴于物理知識(shí)的運(yùn)用，如地理教材中關(guān)于宇宙中的地球問題研究就需要用到物理行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律。太陽對(duì)地球的影響與物理中的太陽能量的來源、核聚變反應(yīng)、電磁波等相關(guān)，這些天文、地理問題可以為我們研究物理規(guī)律提供大量翔實(shí)、生動(dòng)的實(shí)際情景材料。

物理教師在課堂上為了引起學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、拓寬學(xué)生視野、激發(fā)學(xué)生的愛國(guó)情懷等往往會(huì)采用一些歷史典故，這些就需要用到歷史學(xué)科的知識(shí)。

三、 高中物理跨學(xué)科教學(xué)的實(shí)踐初探

（一） 整合物理和其他學(xué)科的知識(shí)內(nèi)容，促進(jìn)物理觀念的形成

物理和相關(guān)學(xué)科在教學(xué)內(nèi)容上會(huì)有許多交叉的知識(shí)，但在教材編排上不同學(xué)科會(huì)根據(jù)專題內(nèi)容、學(xué)科課程要求和學(xué)生的實(shí)際情況，分布在必修或選修教材中。如原子結(jié)構(gòu)在物理和化學(xué)中會(huì)有較多交叉內(nèi)容，高中物理安排在選擇性必修三中學(xué)習(xí)，而化學(xué)是安排在高一必修一中學(xué)習(xí)，其中有不少交叉的點(diǎn)。如果能進(jìn)行有效整合高中物理中涉及的其他學(xué)科知識(shí)，一方面能防止學(xué)生因?yàn)橹R(shí)盲區(qū)的出現(xiàn)而在課堂內(nèi)顯得無所適從，另一方面也能使學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中提取自己之前所學(xué)過的相關(guān)學(xué)科知識(shí)，回憶相關(guān)聯(lián)的內(nèi)容，從而確保知識(shí)的完整性和聯(lián)系性，加深對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解，讓學(xué)生感悟各學(xué)科間的知識(shí)不是獨(dú)立，而是相互聯(lián)系、相互滲透的。

【教學(xué)片段1】 借助化學(xué)，理解摩擦起電原理

靜電現(xiàn)象是滬科版高中物理教材必修三“靜電場(chǎng)”第一節(jié)“靜電現(xiàn)象 電荷”的內(nèi)容。在解釋靜電現(xiàn)象的原因時(shí)需要構(gòu)建原子結(jié)構(gòu)模型，這與高一化學(xué)必修一原子結(jié)構(gòu)的內(nèi)容不謀而合。

首先，教師演示用毛皮摩擦橡膠棒吸引輕小物體的過程。由現(xiàn)象我們可以得出通過摩擦可以讓物體帶電，如毛皮摩擦過的橡膠棒可以吸引輕小物體。初中時(shí)我們也知道毛皮摩擦過的橡膠棒帶負(fù)電，這類起電的原因是什么？

學(xué)生可以猜想是因?yàn)橛须姾?，那么電荷從何而來？是?chuàng)生的還是從其他地方轉(zhuǎn)移而來的？如果是轉(zhuǎn)移來的，轉(zhuǎn)移的是正電荷還是負(fù)電荷？

學(xué)生通過對(duì)這些問題的討論交流，意識(shí)到要回答摩擦起電的原因就要從原子的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行解釋，自然就會(huì)想到要構(gòu)建模型。那么原子的模型到底是怎樣的？教師引導(dǎo)學(xué)生回顧高一化學(xué)教材必修一中學(xué)過的原子結(jié)構(gòu)，幫助他們將化學(xué)中學(xué)過的相關(guān)知識(shí)建立聯(lián)系，突破知識(shí)的盲區(qū)，保證知識(shí)的完整性。通過建構(gòu)原子結(jié)構(gòu)模型，學(xué)生明白了摩擦起電現(xiàn)象中真正移動(dòng)的只有電子，并不是正、負(fù)電荷共同移動(dòng)。在橡膠棒和毛皮摩擦過程中，電子從毛皮上移動(dòng)到了橡膠棒上，毛皮因?yàn)槭ル娮訌亩鴰д?，橡膠棒因?yàn)榈玫诫娮佣鴰县?fù)電。在絲綢與玻璃棒的摩擦過程中，電子從玻璃棒移動(dòng)到了絲綢上，所以玻璃棒帶正電，絲綢帶負(fù)電。至于在摩擦起電現(xiàn)象中，誰失去電子，與摩擦雙方的原子核對(duì)電子束縛能力的強(qiáng)弱有關(guān)，引導(dǎo)有興趣的學(xué)生可以在課后進(jìn)行更深入的了解。同時(shí)，經(jīng)歷此教學(xué)過程為后續(xù)的電子守恒定律的得出埋下伏筆，將物理和化學(xué)的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行整合，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和應(yīng)用能力。

因此，通過不同學(xué)科間的知識(shí)完成整合，讓教學(xué)過程變得更具條理性與系統(tǒng)性，同時(shí)知識(shí)也更易于被學(xué)生理解和接受。通過加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)、整合學(xué)科內(nèi)容和重視科學(xué)態(tài)度和價(jià)值觀的培養(yǎng)等策略的實(shí)施，可以提高學(xué)生的物理和化學(xué)核心素養(yǎng)，為學(xué)生的終身學(xué)習(xí)和全面發(fā)展奠定基礎(chǔ)。同時(shí)，也可以促進(jìn)教師教學(xué)水平的進(jìn)一步提高，推動(dòng)學(xué)校教育教學(xué)的改革和發(fā)展。

（二） 通過相似概念類比，突破思維障礙

所謂類比就是根據(jù)兩個(gè)對(duì)象的某些相同或相似的性質(zhì)，在相似基礎(chǔ)上進(jìn)行遷移。物理概念與化學(xué)等學(xué)科中的某些概念具有相似性，利用相似概念建立的方法進(jìn)行類比，可幫助學(xué)生突破物理學(xué)習(xí)思維上的難點(diǎn)。

【教學(xué)片段2】 巧借地理，引入等勢(shì)面

教師在進(jìn)行等勢(shì)線的概念引入時(shí)，可以通過類比地理中的等高線來幫助學(xué)生理解。在地理學(xué)中，繪制地圖時(shí)，反映地表海拔高低可以用等高線和顏色的深淺來區(qū)分。這樣做的好處在于更加直觀、形象、簡(jiǎn)潔。這些等高線和不同的顏色只出現(xiàn)在地圖上，而地球上并沒有這些線和顏色。在電場(chǎng)中，為了更為直觀、簡(jiǎn)潔地描述電場(chǎng)中電勢(shì)的高低，引入了“等勢(shì)面”這一概念。思考如何畫等勢(shì)面？學(xué)生很自然會(huì)聯(lián)想到是將電場(chǎng)中電勢(shì)相等的各點(diǎn)連成的面就是等勢(shì)面。

在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步追問這一系列的線能夠描述電場(chǎng)的大小嗎？電場(chǎng)的方向又是怎樣體現(xiàn)的呢？學(xué)生結(jié)合等高線和電場(chǎng)線的特點(diǎn)得出等勢(shì)面越密的地方電場(chǎng)越大，電場(chǎng)的方向由高等勢(shì)面指向低等勢(shì)面。

再進(jìn)一步思考電場(chǎng)是實(shí)實(shí)在在的，等勢(shì)面是真的存在于電場(chǎng)中嗎？學(xué)生根據(jù)等勢(shì)面的作用可以想到它和電場(chǎng)線一樣是為了描述電場(chǎng)的特點(diǎn)而人為畫出來的。

【教學(xué)片段3】 借化學(xué)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，攻克“電流的形成”原因

學(xué)生對(duì)“電流”這個(gè)名詞非常熟悉，知道家用電器工作需要有電流通過，但是對(duì)于電流的形成原因卻不知道，更別說如何產(chǎn)生持續(xù)的電流。在學(xué)習(xí)滬科版高中物理教材必修三“電路及其應(yīng)用”第一節(jié)“簡(jiǎn)單的串聯(lián)、并聯(lián)組合電路”時(shí)，從設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的照明電路展開，認(rèn)識(shí)常見的電路元器件和它們的作用，把各種元器件連接在一起就形成了電路。要讓用電器元器件工作就需要有電流通過，那么電流是如何形成的？向哪個(gè)方向定向移

動(dòng)呢？

在回答這個(gè)問題前，學(xué)生先觀察以下實(shí)驗(yàn)中小燈泡的發(fā)光情況：接有電源的集成電路板、電鍵、小燈、碳棒，用導(dǎo)線把它們順次連接，然后將碳棒依次放在蒸餾水和NaCl溶液中；觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并嘗試解釋原因。

學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)看到當(dāng)碳棒插入純凈水中，燈不發(fā)光，說明水不能導(dǎo)電。當(dāng)碳棒插入一定濃度的NaCl溶液后，小燈發(fā)光，說明有NaCl溶液能導(dǎo)電。為什么會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象呢？這就是高一化學(xué)中學(xué)過的物質(zhì)導(dǎo)電的原理，即這些物質(zhì)在水溶液中或熔融狀態(tài)下，產(chǎn)生了可以自由移動(dòng)的離子，并與外接電源形成閉合通路，產(chǎn)生電流，由此得出電流形成的必要條件。接著引申到本節(jié)課簡(jiǎn)單照明電路中的電流形成過程的分析，對(duì)于金屬導(dǎo)體雖然沒有自由移動(dòng)的離子，但是有自由移動(dòng)的電子，兩個(gè)電路圖都是有相似的地方，可以進(jìn)行類比。因此，學(xué)生可以知道如果把導(dǎo)體兩端與電源正、負(fù)極相連，大量的自由電荷便會(huì)在電源的驅(qū)動(dòng)下同時(shí)向一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，這些定向移動(dòng)的自由電荷便會(huì)在導(dǎo)體中形成電流。

在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步追問，那么自由電荷為什么會(huì)定向移動(dòng)起來？向哪個(gè)方向定向移動(dòng)？引導(dǎo)學(xué)生利用電場(chǎng)的知識(shí)，從微觀的角度來進(jìn)行具體解釋。經(jīng)歷前一章節(jié)電場(chǎng)的學(xué)習(xí)，學(xué)生很自然會(huì)想到要建立模型來說明其中的原因。教師由此提供金屬導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)模型并進(jìn)行解釋。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生進(jìn)一步交流討論，怎樣讓自由電子定向移動(dòng)形成電流？如果在導(dǎo)體中加上某一方向的電場(chǎng)，分析電子的受力情況和運(yùn)動(dòng)情況。教師根據(jù)學(xué)生的回答情況給予補(bǔ)充說明。

由此可見，找到不同學(xué)科間相似概念進(jìn)行類比，可以幫助學(xué)生突破物理思維障礙，讓抽象的問題變得具體，使概念更容易理解，教學(xué)難點(diǎn)也就迎刃而解。

教師在課堂上選擇合適的切入點(diǎn)，將物理學(xué)科與其他學(xué)科內(nèi)容相融合，既能提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，又能促進(jìn)學(xué)生綜合能力的提升，達(dá)到良好的教學(xué)效果。同時(shí)，通過跨學(xué)科教學(xué)，使物理與不同學(xué)科之間的科學(xué)觀念、科學(xué)探究方法和科學(xué)思維模式相互交叉滲透，讓學(xué)生不再以單一的視角認(rèn)識(shí)事物，而是關(guān)注知識(shí)的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性和綜合性，從不同的視角構(gòu)建知識(shí)框架，促進(jìn)多學(xué)科知識(shí)的融合和學(xué)科方法的相互借鑒，促進(jìn)適應(yīng)終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需求的核心素養(yǎng)的養(yǎng)成。

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