跨学科实践发展下初中物理跨学科教学研究

一、引言“跨学科”最初由吴多士于1926年提出,原意指在大学和科研机构内超越一个已知学科的边界,涉及两个或两个以上学科的实践活动。[1]“跨学科实践”是《义务教育物理课程标准(2022年版)》(以下简称《新课标》)课程内容结构五个一级主题之一,强调了物理学与日常生活、工程实践、社会发展等方面的学科联系,突出了跨学科主题学习活动的综合性和实践性。[2]设立跨学科实践主题的目标在于加强学科间的关联,推动课程的综合化实施,培养学生的跨学科知识运用能力、分析和解决问题的能力以及动手操作实践能力。[3]因此,跨学科实践在新时代“双减”背景下对实现课程育人目标、发展学生核心素养具有重要意义。本研究从跨学科实践发展角度思考初中物理跨学科教学问题,根据实践经验总结当前教学中存在的问题,并结合实际教学案例探讨初中物理跨学科教学策略,旨在以跨学科方式改善教学,提高学生学习物理的兴趣,培养学生的物理核心素养。二、内涵初中物理跨学科实践的目标是培养学生的物理核心素养。教师除了传授基础的物理知识,也要对学生的科学思维能力、实验探究能力、问题解决能力等进行训练,通过跨学科实践,学生能够主动参与到实验、观察、探究和创新的过程中,以落实物理核心素养的培育目标。[4]依据《新课标》对跨学科实践的概念界定,可知初中物理跨学科实践发展的侧重点主要体现在三个方面。第一,初中物理跨学科实践应重视与日常生活的联系。物理是一门与日常生活紧密相连的学科,将物理知识与日常生活场景结合起来,可以帮助学生更好地理解物理概念和原理。[5]第二,初中物理跨学科实践应强调与工程实践的联系。物理知识在工程领域具有广泛的应用,将物理知识与工程实践结合起来,学生可以深入理解物理原理,并将其应用到实际工程设计中。第三,初中物理跨学科实践还应注重与社会发展的联系。物理科学与社会发展密切相关,通过将物理知识与社会问题结合起来,可以引导学生思考科技进步对社会的影响以及物理技术在社会发展中的应用。综上所述,初中物理跨学科实践教学需要坚持以学生为主体,在教学案例设计上侧重将物理知识与日常生活、工程实践和社会发展结合起来,通过综合性的学习方式,促使学生融会贯通多学科知识,培养其综合思维能力和实践能力,进而提升其物理核心素养。三、现存问题(一)跨学科项目整合缺失初中物理跨学科实践在发展过程中,一定程度上存在着跨学科项目整合缺失的问题,如在项目实践的具体操作和实施过程中,学科间缺乏密切的协调与整合,导致项目无法真正达到跨学科的效果。首先,初中物理跨学科实践往往忽视学科之间的关联性。在项目设计和实施过程中,学科知识被单独地呈现和应用,缺乏融合和交叉,导致学生在进行物理实验时忽略了物理学科与其他学科的联系,无法对物理知识获得更全面和深入的理解。其次,初中物理跨学科实践的项目难以形成真正的综合思维。学生缺乏整合和运用多学科知识的能力,往往只是在分散的学科学习中进行肤浅的应用,没有形成真正的跨学科综合思维。最后,初中物理跨学科实践在项目实施过程中缺乏跨学科教师团队合作的机制。不同学科的教师应该共同参与项目的规划和设计,通过合作讨论确立学科之间的关联和整合点,以促进学科之间的知识交流和融合。然而,目前的跨学科实践往往由单一学科的教师主导,缺少学科之间的协同工作。(二)学科知识与技能割裂在跨学科实践的发展过程中,初中物理跨学科实践存在着学科知识与技能割裂的问题。这一问题主要表现在项目实践中,学生往往只注重对学科知识的理解,忽视了运用学科知识解决实际问题的技能掌握。一方面,初中物理跨学科实践存在纯理论性知识重于实践技能培养的现象。初中物理跨学科实践往往侧重于知识的传递和学习,学生对物理知识的学习往往只停留在书本的抽象概念,缺少对知识的实际运用。初中物理跨学科实践项目涉及学生对某些物理概念的学习、理解与应用,但学生对物理知识的理解与他们实际的运用能力存在脱节,他们无法真正将学科知识转化为实际行动。另一方面,初中物理跨学科实践的评价体系过于偏重学生对学科知识的掌握,而忽略了对学生实践技能的培养。对学生的评价主要依据其课堂考试情况和对学科知识的掌握程度,对实践技能的掌握关注较少。因此,学生在跨学科项目中通常不愿意花费过多的时间和精力培养和提升自身的实践技能,更多地将注意力放在对学科知识的掌握和对考试成绩的追求上。(三)师生角色定位不明确初中物理跨学科教学存在师生角色定位不明确的问题。首先,教师需要在跨学科实践中扮演好指导者和引导者的角色,鼓励学生自主探索与协作。教师需要引导学生跨越学科界限,为学生提供解决问题的框架和思路,同时激发学生的创新和探究精神。然而,由于缺乏相应的培训和指导,以及受时间和资源的限制,部分教师对跨学科实践的具体操作方式和自身角色定位感到困惑。其次,学生应成为跨学科实践项目的主体和实践者,通过自主学习、探究合作等方式解决实际问题。学生需要从被动的知识接受者转变为主动的知识探索者和创造者,在实践中培养解决问题和合作交流的能力。但由于缺乏相关经验和指导,以及学科知识储备的不足,学生无法明确自身在跨学科实践中的角色及作用。最后,在跨学科实践中,教师需要与学生建立良好的沟通和合作关系,激发学生的学习兴趣,提高学生的参与度,引导学生进行合作学习。由于教师在跨学科实践中的角色定位不明确,他们无法有效地与学生进行互动和合作,导致学生缺乏明确的指导和支持。由于学生在跨学科实践中的角色定位不明确,他们无法主动地学习和探索知识,提升自身技能。四、教学策略本研究以人教版初中物理教材八年级上册“物态变化”单元教学为例,设计了跨学科实践发展下初中物理跨学科教学方案。跨学科实践教学需要有课标内容要求的引领、有颇具价值的真实问题、有明确的驱动任务、有物化的实践成果。[6]基于此理念,本研究设计了如图1所示的跨学科实践教学流程。图1跨学科实践教学流程(一)设计具有真实情境的实践项目,明确跨学科实践教学目标在进行跨学科实践教学设计之前,教师要先分析学生的学习情况。八年级学生已经对物理学科有了一定的认识,并具备了基本的实验技能和观察能力。在“物态变化”这一单元中,学生已初步掌握了物质的三态、熔化和凝固、汽化和液化等基础知识,但仍需要进一步巩固和应用。此外,学生对日常生活中常见的物态变化现象较为熟悉,对工程实践和社会发展中的物理知识应用了解甚少。教师可在此基础上,设计一个具有真实情境的实践项目——“建立一套房屋空调系统”。在这个项目中,学生需要体验和掌握物理知识、电气知识和能源知识等跨学科知识,并运用所学知识设计一个交互作用良好、节能环保的房屋空调系统,以此可增进对物理学与工程实践以及社会发展之间的联系的认知。基于实践项目设计,应明确以下教学目标。知识技能目标:学生不仅能够掌握物理学知识,还能综合应用数学、化学等相关学科的知识,解决实际问题;能够综合运用物理实验技能与其他学科的实验方法,进行跨学科的实验设计、操作和数据分析。思维能力目标:学生能够将物理学与其他学科的知识和方法结合起来,以创新的方式解决复杂的实际问题,并形成相应方案。情感态度目标:学生应积极参与实践项目,体会跨学科实践的乐趣和挑战;学生需要培养团队协作和交流能力,提高自我认知和自主学习意识。(二)强调学用结合,制定完善的跨学科实践教学方案通过“物态变化”这一单元的学习,学生能够深入理解物质三种状态之间的变化规律,以及这些变化过程中的能量转换。为了将理论知识与实践应用结合起来,提高学生学用结合的能力,教师可围绕“建立一套房屋空调系统”的实践主题,制定下列跨学科实践三个阶段的教学方案。第一阶段为主题式导入阶段。在导学环节中,教师在引入空调系统的概念时,可明确指出物理学(物态变化、热力学原理)、化学(制冷剂的化学性质)、环境科学(空调对环境的影响)等学科之间的联系。教师提出引导式问题,如“你们在生活中使用过空调吗?空调系统如何利用物理和化学原理进行制冷?它对环境有何影响?我们应如何设计一套既高效又环保的房屋空调系统?”引导学生探索和思考。在此阶段,教师需要强调物理学、化学和环境科学的联系之处,以展示跨学科学习的价值,激发学生的好奇心和探索欲,使学生更主动地投入学习过程。第二阶段为项目式学习阶段,分为三个环节。一是概念学习环节。教师在结合实例介绍物态变化的基本概念时,可加入能量转换和环境科学的概念,让学生理解空调系统中能量转换和环境的相互作用。二是基础知识学习环节。教师通过讲解和示范,向学生教授电流、电压和电阻的概念及其关系,学生需要了解电路的基本构成、串联和并联电路的特点,可采取小组合作的方式共同探究电路中电流的流动方式,为后续实践做准备。三是实践操作环节。教师应鼓励学生结合相关的物理、化学与环境科学等知识,设计一套综合考虑环境影响与效能的房屋空调系统方案。教师指导学生根据自己设计的方案,进行实践操作,搭建空调系统,并测试系统的工作效果。在这一环节中,加入能量转换和环境科学的概念,能够更好地帮助学生正确理解物理知识在现实世界中的应用和影响。第三阶段为任务驱动式拓展阶段。教师应引导学生根据实际情况,改进与优化空调系统,指导学生应用跨学科知识,如物理学原理、环境科学的考量、工程学的设计思想等,增强系统的节能性和环保性,并组织学生探究自然通风与空调系统的关系。在课程结束后,教师可指导学生撰写实践报告,鼓励学生在报告中总结实践过程,并分析跨学科知识的实际应用。通过以上跨学科实践教学策略,能够让学生全面了解物态变化和空气利用的原理,掌握基本的电路知识,初步具备设计房屋空调系统的能力。同时,这种教学策略也有助于培养学生的动手实践能力、探究精神和创新思维,提高学生的综合素养和解决实际问题的能力。(三)明确师生角色定位,循序渐进地开展跨学科实践教学活动在跨学科教学中,教师角色应转变为引导者和促进者。在使用教材、多媒体资源和实验器材时,教师应更多地引导学生发现跨学科之间的联系,如物理学原理与环境科学、工程设计等领域的结合。因此,在实施教学过程中,教师需要充分利用教材、多媒体资源和实验器材等教学资源,合理安排课堂讨论和小组合作学习,以确保教学效果的达成。在开展具体实践活动时,教师可通过问题导向的方式引导学生,提出关键问题,激发学生思考,培养学生独立解决问题的能力。教师可将学生分成若干小组,并组织各小组明确具体的成员分工。在小组合作中,教师需要鼓励学生根据自己的兴趣和专长选择不同的角色,如设计师、环境专家或技术专家,以促进成员合作。在分组完成后,教师应尊重学生的主体地位,为学生提供更多的自主实践空间,由小组共同设计自己的空调系统。在实践中,教师应给予学生更多的自主实践空间,以有效培养学生的创新精神和探究能力。学生可以参考教材中提供的实践步骤和注意事项,结合自己的实际情况进行设计。这个过程需要学生运用所学的物态变化、化学能源转换知识、电路、环境科学等知识,自主探索并解决实际问题。在此过程中,教师需要给予学生一定指导和帮助,纠正学生的错误观念并指出其不足之处,引导学生解决问题。同时,教师还需要发挥好监督者的作用,保障学生在实践过程中的安全。各小组在完成空调系统的设计后可进行制作和调试。在此过程中,学生需要运用所学的技能和实践经验,认真细致地完成每一个环节。教师需要给予学生指导和帮助,确保学生的制作质量和安全。最后,学生可以对完成的空调系统进行评估和改进,测量空调系统的性能参数,分析系统的工作原理和组成,探索更好的方案。教师需引导学生进行正确的评估和改进,培养学生的创新精神和探究能力。综上所述,结合教师的有效指导和学生的自主实践,物理跨学科实践教学可以有效促进学生的全面发展。这种教学方法不仅能够提高学生的学术能力,还有助于培养学生的创造能力,提高其综合素质。(四)采用多元化成果展示方式,深化跨学科实践教学意义在上述实践项目完成以后,为了进一步深化跨学科实践教学意义,教师需要设计多元化成果展示方案,分为四个部分。一是实验报告。教师可以鼓励学生撰写一份实验报告,实验报告的内容应描述实验过程并分析物理学、环境科学和工程学等学科知识在项目中的应用,以深化学生对跨学科知识整合的理解。二是模型展示。教师可以鼓励学生制作并展示简易的房屋空调系统模型,说明系统运行原理,以及在实践中如何将不同学科的知识融合到一个综合系统中。三是资料整理。教师可以鼓励学生从物理学与日常生活、工程实践以及社会发展间的关系出发,收集相关的资料,特别强调学生应从物理学、社会学和环境科学的角度探讨空调系统的社会和环境影响,以培养学生的社会责任感。四是小组合作展示。学生可以分成若干小组,分别扮演空调系统的设计师、工程师、销售经理等角色,进行小组合作展示。每个小组可以展示各自的设计方案、产品样品、市场推广策略等,并进行角色扮演和讨论。通过以上多元化的成果展示方式,学生可以充分发挥自己的学科知识和技能,展示自己的学习成果和思维能力。同时,学生还可以通过互相观摩和评价,促进彼此之间的交流和学习。五、结语初中物理跨学科实践教学是培