吳鐘怡

［摘要］ 高中物理跨學(xué)科教學(xué)的必要性在于落實學(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)會重新整合、提煉、升華和應(yīng)用所掌握的學(xué)科知識，為終身學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。同時，物理學(xué)與數(shù)學(xué)、化學(xué)、生物等學(xué)科有許多知識相互交叉和聯(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)生加深對物理知識的理解和掌握，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)生在解決實際問題過程中能破除學(xué)科界限，學(xué)會對應(yīng)用掌握的學(xué)科知識進(jìn)行重新整合、提煉、升華，再到最終遷移應(yīng)用，從而落實核心素養(yǎng)的要求，為終身學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

同時，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，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)行實驗獲得數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)規(guī)律、對結(jié)論和過程進(jìn)行評估、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，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)的時候如果能將物理和化學(xué)進(jìn)行整合會達(dá)到兩個學(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)械運動問題往往需要運用數(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的運用，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動規(guī)律。太陽對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、生動的實際情景材料。

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)生的愛國情懷等往往會采用一些歷史典故，這些就需要用到歷史學(xué)科的知識。

三、 高中物理跨學(xué)科教學(xué)的實踐初探

（一） 整合物理和其他學(xué)科的知識內(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)容上會有許多交叉的知識，但在教材編排上不同學(xué)科會根據(jù)專題內(nèi)容、學(xué)科課程要求和學(xué)生的實際情況，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。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，一方面能防止學(xué)生因為知識盲區(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，回憶相關(guān)聯(lián)的內(nèi)容，從而確保知識的完整性和聯(lián)系性，加深對相關(guān)知識的理解，讓學(xué)生感悟各學(xué)科間的知識不是獨立，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”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)生可以猜想是因為有電荷，那么電荷從何而來？是創(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)生通過對這些問題的討論交流，意識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)知識建立聯(lián)系，突破知識的盲區(qū)，保證知識的完整性。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)象中真正移動的只有電子，并不是正、負(fù)電荷共同移動。在橡膠棒和毛皮摩擦過程中，電子從毛皮上移動到了橡膠棒上，毛皮因為失去電子從而帶正電，橡膠棒因為得到電子而帶上負(fù)電。在絲綢與玻璃棒的摩擦過程中，電子從玻璃棒移動到了絲綢上，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，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)的知識點進(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)科間的知識完成整合，讓教學(xué)過程變得更具條理性與系統(tǒng)性，同時知識也更易于被學(xué)生理解和接受。通過加強(qiáng)實驗教學(xué)、整合學(xué)科內(nèi)容和重視科學(xué)態(tài)度和價值觀的培養(yǎng)等策略的實施，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，也可以促進(jìn)教師教學(xué)水平的進(jìn)一步提高，推動學(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)兩個對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。

【教學(xué)片段2】 巧借地理，引入等勢面

教師在進(jìn)行等勢線的概念引入時，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，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。在電場中，為了更為直觀、簡潔地描述電場中電勢的高低，引入了“等勢面”這一概念。思考如何畫等勢面？學(xué)生很自然會聯(lián)想到是將電場中電勢相等的各點連成的面就是等勢面。

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

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

【教學(xué)片段3】 借化學(xué)實驗現(xiàn)象，攻克“電流的形成”原因

學(xué)生對“電流”這個名詞非常熟悉，知道家用電器工作需要有電流通過，但是對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)“簡單的串聯(lián)、并聯(lián)組合電路”時，從設(shè)計簡單的照明電路展開，認(rèn)識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？向哪個方向定向移

動呢？

在回答這個問題前，學(xué)生先觀察以下實驗中小燈泡的發(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；觀察實驗現(xiàn)象并嘗試解釋原因。

學(xué)生通過實驗看到當(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)課簡單照明電路中的電流形成過程的分析，對于金屬導(dǎo)體雖然沒有自由移動的離子，但是有自由移動的電子，兩個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在電源的驅(qū)動下同時向一個方向運動，這些定向移動的自由電荷便會在導(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定向移動起來？向哪個方向定向移動？引導(dǎo)學(xué)生利用電場的知識，從微觀的角度來進(jìn)行具體解釋。經(jīng)歷前一章節(jié)電場的學(xué)習(xí)，學(xué)生很自然會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形成電流？如果在導(dǎo)體中加上某一方向的電場，分析電子的受力情況和運動情況。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)難點也就迎刃而解。

教師在課堂上選擇合適的切入點，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，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)識事物，而是關(guān)注知識的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性和綜合性，從不同的視角構(gòu)建知識框架，促進(jìn)多學(xué)科知識的融合和學(xué)科方法的相互借鑒，促進(jìn)適應(yīng)終身發(fā)展和社會發(fā)展需求的核心素養(yǎng)的養(yǎng)成。

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