中学物理跨学科教学的研究

[27]。跨学科知识背景的不足，使部分中学物理教师无法有效贯彻新课标的改革理念，很少开展跨学科教学活动，即使实施了相关教学也无法将物理与其他学科有效结合起来，课堂效果难以得到改善。这也导致部分学生缺乏主动意识和学习兴趣，长此以往学生的自信心和积极性会受到打击，可能会影响整个班级对物理的学习态度。师生之间无法产生互动，教师得不到有效的教学反馈，又会影响物理课程的教学，进而产生恶性循环，对教师和学生都会产生身心上的负面影响。因此，学校应采取相关措施帮助教师们掌握跨学科知识背景，以便设计出更具科学性、趣味性的跨学科教学内容。3.3学生综合素养提升的需求新世纪数字经济高速发展的背景下，社会对学生的综合素养都有了更高的要求。学生们除了要掌握多学科基础知识外，还要具有创新精神、合作意识和实践能力等，这样才能促进学生的全面发展，使其能更加适应社会变革与发展。此外综合素养的提升，也有利于培养学生的社会责任感、提升学生未来的就业竞争力，进一步帮助学生正确认知自我，适应各类行业的发展趋势，投身到我国社会主义的建设道路当中。不过由于当前物理跨学科教学中存在教育资源不足、跨学科知识背景欠缺等问题，部分学生的学习问题得不到解决，这导致学生在中学阶段的学习状态会受到干扰，身心健康会受到负面影响，不利于提升自身的综合素养。因此学校和教师要积极改善当前物理教学中的困境，通过跨学科教学和实验课程，锻炼学生们的创新意识和实践能力，提升学生的综合素养。4中学物理跨学科教学改进策略4.1分析课程标准，落实素养教学《义务教育科学课程标准（2022年版）》中提出跨学科概念，并要求学科核心要与跨学科紧密相连，促进学生核心素养发展。不过当前，部分学校和教师并未对新课程标准做出深层次研读，学校和教师们对跨学科教学的重视程度需要改善。当前多数学校很少开展跨学科融合教学相关的培训和教研活动，导致教师缺乏跨学科知识背景，学校作为教师教学和学生学习的重要场所，应该为教师和学生打造优良的教学平台，提供完善的教育资源，营造浓厚的跨学科教学氛围。因此学校可以定期开展关于新课程标准的研讨会，及关于物理跨学科教学能力的培训课程，邀请相关专家开展关于新课程和跨学科的学术讲座，为教师们提供专业科学的指导，帮助教师深入了解跨学科教学的教育理念，丰富跨学科知识背景。此外学校也应该提供丰富的硬件支持，如购置物理实验器材为跨学科教学的展开提供扎实的物质基础，也可以和博物馆、科技馆、天文馆等文化教育机构联系合作，为物理跨学科教学的进行提供设备支持，开拓学生眼界，丰富知识体系。在深入分析新课程标准的基础上，丰富教师们跨学科理论知识，提供硬件支持，才能精准落实素养教学，助力物理跨学科教学的展开。4.2剖析教材内容，探析跨学科内容跨学科教学能够利用其他学科知识辅助物理教学的顺利进行，帮助学生们理解多学科知识，这就要求教师们具有丰富的多学科知识储备。但当前中学物理教学中多数教师很少关注物理以外的学科知识，要想实现跨学科教学，物理教师必须拓宽自己的知识面，深入剖析教材内容，寻找物理与其他学科之间相连的教学内容，整理能跨学科教学的知识点，以此来丰富自身的多学科知识和思想方法，在此基础上还要具备精准判断融合之处，实现知识的内化，形成一种独特的教学方式来教导学生。因此中学物理教师在日常教学工作中，要与其他科目的教师积极沟通，向其请教学习主讲科目中涉及到的物理原理，共同深入剖析教材内容，找到学科之间融合的思路，制定较为完整的跨学科教学内容。此外教师们也要积极参与学校安排的跨学科教学讲座论坛，助力自己深入分析教材，进一步丰富自己的知识储备。教师们也可以在课余闲暇，阅读相关书籍了解交叉内容，或是借助互联网关注其他领域专家对于物理热点事件的看法，找到教学素材。另外学校也可以创建学科交叉交流室，提供特定场所供不同学科的教师们进行深入交流，帮助教师们理解、掌握学科之间的交叉内容。4.3转变教学方式，规划教学活动将知识简单融合起来并不能真正做到跨学科教学，教师应该根据逻辑关系将物理与其他学科的知识有机融合，做到减轻学生负担的同时，提升课堂教学效率，使学生们深入理解物理与其他学科的知识。因此教师们要依照不同学科的知识特点，摒弃以往传统的教学模式，运用多样、新颖的教学方式引起学生的学习兴趣。教师在施展物理跨学科教学时，要遵循中学学生的身心发展特点和学生现有知识储备量，结合相关物理实验，实现教学方法的多样化，引领学生利用多元智力理论和学习迁移理论，主动积极地构建物理与其他学科的知识体系，形成利用跨学科融合辅助理解物理知识的能力，培养学生们在跨学科教学学习过程主动思考、动手实践的学习习惯。教师们也要对跨学科教学做出规划，从教学环节上入手，比如在教学开始前，可以设立“新课导入”环节，教师可以根据教学内容选择更加接近生活的图片或视频，引出本节课教学内容，这样可以吸引学生注意力，有效激发起学生的学习欲望，达到辅助教学的目的。在教学过程中也可以指导学生利用物理基础原理，解决其他学科中的问题，培养学生们知识迁移的能力。在实验环节，此外也可以借助其他学科知识协助物理实验的展开，帮助学生理解学科之间的横向、纵向联系，强化实验效果。4.4培养学生跨学科意识，提高学习能力学生往往被动地接受教师灌输的知识，且部分学校缺乏物理实验课程，教师们也无法展开有效的跨学科教学，因此部分学生存在学习兴趣缺失、学习主动性不够等问题，而学校和教师的跨学科意识不足也导致学生们欠缺跨学科意识，部分学生可能从未了解过跨学科的内涵。因此除了培养教师的跨学科教学能力外，还应该提高学生的跨学科融合意识，这样物理跨学科教学才能够顺利进行。各科目教师可以在日常教学活动中加以引导，鼓舞学生自发思考科目中包含、涉及的物理原理，使学生们认识到物理学科内容与其他知识的相关性，做到让学生们在学习其他科目时有意识地思考物理与本科目是否存在着联系，让学生们在进行化学或生物实验时讨论是否运用到物理学科的思想方法等。此外也要让学生们脱离过度依赖教师指导的现状，学生们被动地学习会降低学习效率，可能也会产生厌学心理，教师在物理跨学科教学过程可以提高学生们的参与程度，如让学生演示物理实验过程，或者让学生们分组备课，轮周演讲物理与其他科目的融合内容。这样学生们自主学习的能力会不断提升，养成独立思考的习惯，也会发现跨学科教学的乐趣，意识到跨学科教学的重要性，学生们能提高自己的综合思维能力，提高对物理和其他科目的学习兴趣，在成绩提升的同时也能积累多学科知识。5中学物理跨学科教学设计案例本章内容根据新课程标准，以“电荷与电荷守恒定律”课程为主题，设计物理跨学科教学案例，并运用到课堂当中，以期培养学生们的创新能力、实践能力和知识迁移能力。“电荷与电荷守恒定律”选自人教版物理选修3-1教材中第一章第一节内容，一般为高二学生学习章节，本节内容较为基础，能够带领学生们初步认识电磁现象。教学重难点是让学生们理解电荷守恒定律，通过微观物质角度认识物体带电的原理。5.1教学课前准备5.1.1学生学情分析（1）高二阶段，学生们的理解能力、分析思考能力已经有较大提升，学生们能够理解一些较为抽象的内容，学生们也具有良好的表达能力，能和教师展开互动，对物理课程的顺利展开具有积极意义。（2）学生们对电荷的概念已有初步了解，如日常生活中学生们常常接触的静电就是一种处于静止状态的电荷，高中化学方程式也遵循电荷守恒定律，不过此类概念较为基础，学生们并不能有效理解电荷及电荷守恒定律的理念，需要教师进行更为细致的讲解。（3）学生们对跨学科理念认知不足，需要教师们引导学生思考本节学习内容中，物理知识与其他学科的关联性。5.1.2教学目标分析本章节内容旨在帮助学生熟知两种电荷以及它们之间的相互作用，使学生们进一步认知电荷、比荷、电荷量等相关概念，使学生们理解物体带电的方法和本质。此外，通过使学生们回想初中知识，加深对两种电荷的认识，来培养学生们的分析解构能力；通过为学生们讲解摩擦起电是使电荷转移并非创造电荷，来提高学生们发现问题、解决问题的能力；通过对地理极光现象、化学方程式、生物神经传导等多学科知识展开联想，让学生们进一步理解定律，培养学生们的跨学科意识。5.2教学过程实践5.2.1情景导入本节教学内容正式开始前，教师为学生们播放视频：因云层内部或者云层和地面之间电荷运动而产生的大规模雷电现象（见图5-1）；展示图片：性格古怪、形状奇特、身份成谜的球状闪电（见图5-2）；展示图片：地理中的极光现象（见图5-3）。随后带领学生们简单回忆了极光相关地理知识，极光颜色主要为绿色，其余红、黄、蓝、紫等颜色并不常见，其形态各异，有圆弧状、飘带状、帐幔状、射线状、云片状等，常出现于地球南北两极附近的高空，主要形成原因为太阳活动产生的带电粒子与地球磁场相互作用，致使高层大气分子与带电粒子碰撞产生光芒。教师利用多媒体为学生们展示了一些科学性、趣味性的视频或者图片，吸引了学生注意力，营造了学习氛围，同时运用地理知识引入跨学科教学主题，为后续教学内容奠定基础。图5-1雷电现象图5-2球状闪电图5-3极光5.2.2新课讲授1．认知电荷教师事先让学生们分组，并准备橡胶棒和装有泡沫的塑料瓶。教学开始后，指导学生橡胶棒靠近瓶子，让学生们回答发生的现象，可观察到塑料瓶中的泡沫被橡胶棒吸起。随后引导学生们回忆自然界中的正电荷和负电荷，及同性电荷互斥、异性电荷相吸的原理。初中知识回忆完毕后，教师让学生根据预习内容分组讨论并回答电荷单位、元电荷定义及数值、比荷定义及数值等问题。2．熟知三种起电方式（1）摩擦起电教师带领学生们讨论并了解电荷、元电荷、比荷等相关概念后，继续利用对比实验让学生们观察实验现象，感悟起电原理。在认知电荷的教学中，橡胶棒经摩擦后可将泡沫引起，本环节教师指导学生将橡胶棒直接靠近塑料瓶，可观察到橡胶棒未吸起泡沫，让学生们解释前后两次实验现象差异，提出摩擦起电的概念。随后向学生提问摩擦起电的原理及结果，让学生们根据化学中的原子结构分组讨论。讨论过后，教师做出补充：物质由分子和原子组成，分子由原子构成，原子是化学变化中的最小粒子，由位于中心的原子核和围绕原子核旋转的核外电子组成。原子核中的质子带正电荷，质子数能决定元素种类，核外电子带有负电荷，其数量决定元素的化学性质。摩擦过程会使一些不稳定的电子发生转移，摩擦起电并未创造电荷，只是让电荷重新分布，一个物体失去电子带正电，另一个物体获得电子带负电。（2）感应起电和接触起电摩擦起电原理解释完毕后，教师提出疑问，日常生活中我们怎么知道物体带电呢？之后教师拿出几个验电器，分发给小组，在学生观察验电器时，为学生介绍验电器的金属球、金属杆和金属箔部分，并为学生解释验电器原理，物体带电时会将电荷通过金属球传递给金属箔，箔片因为同性电荷相斥展开角度。介绍完毕后，指导学生用摩擦过的橡胶棒接触验电器的金属球部分，可发现原本闭合的金属箔张开一定角度，此为接触起电。实验结束收起验电器后，教师为同学们介绍了接触起电的几种形式，如固-固接触起电、固-液接触起电、固-气接触起电等，并解释接触起电是一种常见的静电现象，两个物体接触时，它们之间的电荷会重新分配，致使电势差发生变化，电荷从一个物体转移到另一个物体。之后教师拿出枕形导体（两个，分为A、B），并挑选两位学生上台演示感应起电。教师指导学生将两个枕形导体合并且分别挂上金属箔片，用手接触枕形导体保证导体不带电，此时可以观察到箔片呈闭合状态。随后摩擦玻璃棒使玻璃棒带电，将玻璃棒靠近枕形导体，但避免接触，可以观察到A、B箔片均张开角度。再将两个枕形导体分开，将玻璃棒移走，可以观察到箔片在玻璃棒移走后张开角度。演示完毕后，教师让学生们分组讨论，共同分析了感应起电原理：当带电的物体靠近导体一端时，由于同性相斥异性相吸原理，导体靠近带电体的一端会带上与带电体相异的电荷，另一端与之相反，导体的自由电荷在外力电场的作用下重新分布，感应起电过程中电荷发生了转移，但电荷总量未发生改变。3．认知电荷守恒定律实验结束之后，教师带领学生对实验内容进行了总结，电荷无法被创造，也不会消失，但是能在物体之间转移，或者在物体的不同部分转移，转移期间电荷总量保持不变，此为电荷守恒定律。教师介绍到电荷守恒定律作为物理基础定律之一，被广泛应用于人们日常生活中，并提出其实在化学学习过程中，学生们已经对电荷守恒定律有所接触。待学生疑惑之际，教师指出化学中的氧化还原反应涉及电荷守恒定律，提出问题让学生们写下铁和稀硫酸的化学反应方程式及离子方程式，并挑选学生上台板书：FF书写完毕后，教师引领学生们分析了方程式中的电荷转移途径，可以发现Fe的电荷移动到了H课堂结尾，教师向学生们介绍了电荷守恒定律与生物学科神经传导作用的关联，神经纤维受到刺激时细胞膜的通透性改变，大量Na+从膜外流入使细胞膜电位由外正内负变为外负内正，产生动作电位，此过程中，虽然细胞内外离子的浓度和电荷分布是不均匀的，但是电荷总量是守恒的，电荷只是发生了转移。可见电荷守恒定律能够解释生物体内的电荷转移及电生理现象。随后教师又向学生介绍了电荷守恒定律在其他领域中的应用，如环境科学中地球电磁场的研究和环境污染物的迁移转化等；如在当代医学中心电图、脑电图的应用，和医学影像技术中的电磁成像原理等。通过物理跨学科教学，学生们意识到了学科之间的关联性和跨学科教学的趣味性、重要性，学生们的知识迁移能力有所提升，学习兴趣和积极性有所提高，学生自身的5.3教学实践反思本教学设计以“电荷与电荷守恒定律”为基本内容，以帮助学生深刻理解有关概念、提升学生分析能力、培养学生跨学科意识等为首要目标，在保证学生具备基本理解能力和表达能力的基础上展开了教学活动。课堂结束后对部分学生和教师进行了访谈，反馈如下：学生们统一表示本节课内容丰富，而且比起以往的物理课堂更加生动有趣。部分学生表示物理原来竟与那么多学科类别都有关联，自己之前从未将化学方程式与电荷守恒联系在一起，物理要比自己想象的更加有趣。部分学生表示这样的教学方式，让自己本节课都保持着强烈的学习兴趣，对物理概念的理解也比以往更加深刻。部分学生表示今后的学习中，自己会尝试在不同学科之间寻找知识的共通点，主动进行“跨学科”学习。讲课教师表示本节课学生们的学习热情过于高涨，课堂气氛较好，学生和自己的互动也变多了，不过教学时间略微超过了正常授课时间，教师表示自己之前对跨学科了解比较匮乏，本节课让其意识到了跨学科教学的重要性，今后的教学中会多采用此类备课形式。旁听教师们表示，跨学科教学比较符合新课标理念，学生们的学习兴趣明显提高，并且本节课的侧重点还是以物理为主，没有出现本末倒置的现象，不过讲师在讲课过程中应注意多引导学生自主思考物理知识在其他学科中的应用，以此来锻炼学生们独立思考的能力。本教学设计先用视频、图片吸引了学生兴趣，后利用多个实验帮助学生理解并掌握了有关概念及原理，教学中以物理学科为主，以地理、化学、生物学科为辅，提高了学生们对物理与其他课程知识的认知。课堂末尾，告知了学生物理学的广泛性，为后续再次进行跨学科教学埋下了基础。本设计比较符合课程标准的要求，在跨学科教学的同时，并未增加学生额外负担，并且突出了物理学科的主体性。教学过程中让学生动手参与了物理实验，锻炼了学生们的实践能力，提高了学生们的学习兴趣，培养了学生们发现问题、解决问题的能力，利于提升学生们的综合素养。不过本教学设计仍具有局限性和不足。据讲课教师反馈，学生们过于活跃，部分学生喜欢讨论一些与本节课内容无关的东西，但教师均对此做了正确引导，此外教师提及讲课时间略长，留给学生们发散思维自由讨论的时间不足，由于教师初次采用跨学科形式开展教学活动，因此把控教学时间的能力有待完善，后续开展跨学科教学活动的经验增加，此类问题便迎刃而解。另外本教学设计中，教师多是引导学生思考物理原理，虽然把握好了其他学科的渗透程度，突出了物理的主体性，具有适度性，但未积极引导学生将熟知的物理知识与日常生活及其他学科领域联系起来，缺乏启发性。综上，教师们后续在开展跨学科教学活动时，要注意对时间的把控，在学生理解范围内正确把握学科之间的主次程度，同时引导学生思考主学科在多领域的应用，以此来激发学生们的想象力和创造力，提高学生们的实践能力。6总结本论文对我国当前跨学科研究现状进行了简析，对跨学科相关概念及理论进行了简要概述。随后基于前人研究进行分析，提出当前我国中学物理教育中面临着教育资源不足、教师跨学科知识背景匮乏、学生学习兴趣不高、学生综合素养亟需提升等挑战。基于此，本论文提出了中学物理跨学科教学改进策略，指出学校要助力教师分析新课标内容，提供硬件支持促进物理跨学科素养教学的落实；中学物理教师应深入剖析教材内容，和其他科目教师积极沟通，共同探讨学科交叉内容；教师应该转变传统教学方式，合理规划物理跨学科教学内容，为学生带来优良的跨学科学习体验；学校和教师应引导学生意识到跨学科教学的重要性，帮助学生建立良好的学习能力，提高学习能力。最后论文以“电荷与电荷守恒定律”为例，展开了物理跨学科教学案例设计实践，据学生表现和教师反馈，本文中的教学案例将物理与地理、化学、生物等知识有效融合，将理论与实践相结合，满足了新课程标准的要求，能够提高学生的综合能力和学习兴趣，使学生们领略跨学科教学的魅力，对于促进学生德智体美全方面素质发展也具有积极意义。参考文献陈晨.融入通用技术课程理念的高中物理跨学科综合实践研究[D].西华师范大学,2021.赵浩杰.基于生物学方向的高中生跨学科素养测评工具开发及现状研究[D].华东师范大学,2023.葛帅.中美高中化学教材跨学科内容比较分析及应用研究[D].洛阳师范学院,2023.姚东杰.初中物理教师“跨学科实践”课程知识现状测查与优化建议研究[D].东北师范大学,2023.胡天一.初中物理跨学科实践主题梳理与案例设计研究[D].沈阳师范大学,2023.陈杰琦.多元智能理论与学习活动[M].北京:北京师范大学出版社,2002.冉源懋,罗旎兮,翟坤.“现象教学”在芬兰:理念,实施与经验[J].教育学术月刊,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