淺談初中物理跨學科實踐教學*

楊 冬

(海安市紫石中學 江蘇 南通 226600)

義務教育物理課程將“面向全體學生,培養學生核心素養”作為重要的課程理念.物理課程要培養的核心素養,主要包括物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任.跨學科實踐教學不僅能推動教學方式和育人方式的變革,更能在真實的問題情境中落實核心素養的培養.因此,《義務教育物理課程標準(2022 年版)》(以下簡稱新課標)提出義務教育物理課程內容由“物質”“運動和相互作用”“能量”“實驗探究”“跨學科實踐”5個一級主題構成.

本文緊密結合核心素養,從“跨學科實踐”內涵、實施、影響等角度提出思考.

1 跨學科實踐的內涵

新課標中指出,“跨學科實踐”包含“物理學與日常生活”“物理學與工程實踐”“物理學與社會發展”3個二級主題.該主題強調“跨學科性”和“實踐性”,跨學科是指既要立足于物理課程內容,又要跨出物理學科研究范疇,實踐是指將學習內容拓展到日常生活、工程實踐和社會發展等方面并設計實踐方案進行解決.也就是說,該主題是以發展初中物理核心素養為終極目標,立足物理學科知識把現實生活中需要解決的真實問題轉化為教學中可進行的實踐課程,學生圍繞實踐課程運用物理和其他相近學科知識進行考察、調查、探究、應用等多樣化實踐活動,并取得相應的成果.同時,該主題的設計也能更好地引導學生“格致物理”,促進學生“知行合一”,進而做到“學以致用”.因而,跨學科實踐教學是學習方式的變革,更是教的方式的變革,對教學目標、內容、方法提出了更高的要求.

1.1 在教學目標上的要求

物理學科的跨學科實踐教學以落實核心素養培養為導向,例如,在新課標中列舉跨學科實踐教學案例“人體中的杠桿”,該案例教學目標:通過人在活動或勞動中的體驗等建立杠桿的概念;探究并了解杠桿的工作原理;了解人體結構,形成從物理學和生物學視角認識周圍事物的意識;嘗試綜合運用多學科知識解釋生活現象[1].

顯然,建立杠桿概念促進學生物理觀念的形成,建構杠桿的模型提升了學生的科學思維,探究杠桿原理讓學生經歷了科學探究的過程,了解人體結構……生活現象旨在發展學生跨學科運用知識的能力、分析和解決問題的綜合能力、動手操作的實踐能力[2],有機滲透科學態度與責任.

1.2 在教學內容上的要求

跨學科實踐既不是各學科知識的簡單拼湊,不是發生在學科邊緣,也不是學科知識拓展的教學活動,而是應以物理學科知識為主體,以具有聯系實際價值的節點性知識為基點,輔以其他學科知識,要求學生綜合運用物理和其他學科知識來解決真實情境中的問題,對學生的核心素養提出更高的要求.例如在制作一臺小型風力發電機中,教學中以發電機工作原理——電磁感應現象為知識載體,綜合運用物理、數學、地理、勞動、美術等學科知識創造地完成實踐活動.這也要求完成物理跨學科實踐教學應以物理教師為主,同時邀請其他學科教師共同參與.

1.3 在教學方法上的要求

跨學科實踐教學是一種目的性很強的探究過程,以真實問題解決的需要分解為若干個驅動性任務.

例如,在以“設計和制作風力測定儀”為主題開展跨學科實踐教學中,教師可以設計下面幾個驅動性任務.

(1)設計的裝置應具備哪些功能?如何達到?

(2)畫出工作原理圖.

(3)該裝置的安全保護措施有哪些?為什么這些措施能起到保護作用?

(4)變阻器選擇的什么材料制作的?

(5)你怎樣確定各電器元件的規格?

(6)相互交流,提出改進方案……

教師只是教學活動的策劃者、組織者,保證了活動循序漸進開展,而學生應獨立思考、自主實踐、大膽設計、勇于創新,真正實現“做中學”“用中學”,在自主活動中提升應用知識解決問題的能力,養成良好的科學態度[3].

2 跨學科實踐的實施

新課標指出,跨學科實踐教學相對于單一學科教學,更具有綜合性、開放性,在實施過程中不能只關注本學科知識、能力水平,也應關注相關學科知識了解程度,所以,跨學科實踐主題應與其他主題教學一體化設計,使之成為物理課程的有機組成部分.為此,筆者從情境創設、教學策略、學科融合等角度做了如下思考,以期給老師們的教學實踐帶來啟示.

2.1 情境創設:關注跨學科覆蓋面同時體現時代性

在跨學科實踐教學中,一般先進行以日常生活中常見現象為主的主題.這類主題涉及到的素材廣泛,從日常生活中燃氣燒水、樹蔭下的光斑、用電安全等問題,到較為常見的空氣質量狀況問題以及踐行低碳生活等,這些素材有利于學生感悟日常生活中的物理問題,培養學生發現問題和提出問題的能力,真正踐行“從生活走向物理 從物理走向生活”的課程理念.

在此基礎上逐漸過渡到有助于提升科學思維的實踐主題,比如我國古人使用的絞車、載入世界吉尼斯記錄的南京長江大橋,這些工程實踐問題不僅有助于培養學生模型建構、科學推理論證、質疑創新的能力,還讓學生感受了中國傳統文化,增強了民族自豪感和民族自信.

同時,跨學科實踐要緊跟社會發展的熱點事件,如“兩彈一星”、航天科技和高速鐵路可增強學生科技強國的責任感和使命感.再如,結合碳達峰和碳中和開展節能小屋的設計制作,有利于培養學生科學探究能力,增強學生節能環保意識.

2.2 教學策略:注重跨學科規范同時鼓勵創新性

首先,在“雙減”背景下跨學科實踐教學要遵循減負增效的原則,這就要求在平時教學中將該主題和其他主題一體化設計,處理好所學知識應用與新知識建構的關系,如以“新材料特點及應用”開展的跨學科實踐教學可以與物質主題教學同步進行.

其次,跨學科實踐教學旨在培養學生“像科學家一樣思考問題,像工程師一樣解決問題”,也就是既要培養科學思維,又要提升科學探究能力.從某種意義說,跨學科實踐就是一種探究活動,現以新課標中“人體中的杠桿”為例進行說明,如表1所示.

表1 “人體中的杠桿”教學案例說明

從以上教學過程不難看出跨學科實踐活動在科學探究的基礎上,鼓勵學生根據自身情況對日常生活中的杠桿素材進行再研究,同時引導學生注重活動總結,以設計作品、制作模型、撰寫報告等多種形式呈現成果.學生在對學習成果進行物化的過程中往往會提出新穎見解,培養了創新思維和創新能力.

2.3 學科融合:尋找跨學科的深度兼顧遞進性

在社會發展日益綜合化的背景下,要培養出適應社會需要的復合型人才,就必須培養學生從多個角度去思考和實踐.因此,在跨學科實踐教學中對不同學科的概念系統和思維方法進行深度融合顯得尤為重要.如,利用與物理、化學、生物均有關聯的“物質與能量”這一跨學科概念,來進行“設計宇航服”為主題跨學科實踐活動,將物質的性質與應用、大氣壓、熱傳遞、物質的化學變化、人體結構與健康等不同學科的知識進行深度融合,培養學生綜合運用跨學科知識的能力,提升科學思維、探究能力.在條件允許的情況下,可以運用現代技術(如傳感器、無線通信、大數據、3D打印等)進行設計研究.

當然,跨學科實踐教學主題確定還應關注學生的認知水平,注意主題遞進性.如,對于與電學相關的主題教學,新授課階段,應以“樓道燈”為主題進行教學,讓學生調查日常電路的連接情況,感悟工程實踐的精巧和蘊含的智慧;復習課階段,應以“設計和制作模擬調光燈”為主題的實踐活動,讓學生動手實踐、寫出報告并交流.

3 跨學科實踐教學的影響

3.1 學生層面

物理跨學科實踐教學是學生在真實問題的多學科情境中探索和實踐,相比之下傳統的物理學習是把學生需掌握的物理知識從具體情境中提取出來,使大量題目機械重復地訓練成為學習常態.這使得學生學習物理知識的同時被人為地去除了一些復雜、真實的情境,學習過程變得枯燥.這樣雖然能使學生盡快掌握知識要點,但不利于學生全面了解物理知識與現實生活的聯系,探究物理概念、規律的本質和核心素養的培養.因此,跨學科實踐的實施能彌補傳統教學中的不足.同時,跨學科實踐教學將問題置于真實情境中,既有知識運用,也有知識建構,既有實際問題的探究,也有現實產品的制作,這與學生將來走向社會需要解決的問題類似,這對于學生學習物理熱情的激發、學習動機的增強、學習態度的提升均有良好的效果.當然,在教學過程中,少數學生因缺少專注度、學習力和進取精神等半途而廢,這都是我們教師需要思考和解決的.

3.2 教師層面

跨學科實踐教學要落地生根,關鍵還是教師.首先,教師要改變以知識傳授為唯一目的的教學觀念,摒棄“唯分數”“唯升學”的教學理念,認真研究、深刻領會物理學科的課程價值,將學生核心素養落實在教學活動和評價的各個環節中.其次,在教學觀念轉變的過程中,教師既要跨學段了解物理課程知識、研究物理課程標準,又要盡量學習、研究其他學科知識,可通過跨學科、跨學段交流提升跨學科教學能力和實踐能力,甚至可以線上線下與工程實踐領域中真正的專家互動,理解他們解決問題的思維方式,比較專家思維和自己思考問題的方式.再次,由于跨學科實踐與傳統教學的差異,教師需要“跳”出本學科的熟知框架去思考,花費大量的時間和精力去嘗試新的教學模式,這樣才能達到事半功倍的效果.總之,教師在跨學科實踐教學中,要不斷更新理念、學習嘗試,體驗運用學科思維解決真實世界中復雜問題的經歷,既有成就,也有困惑.

跨學科實踐教學還會受到學校的現實情境制約[4],目前,正處于城鎮化建設加速期,部分地區的城鎮學校呈現出班級多、學生多但學校場所嚴重短缺的現象等,這就要求教學管理者要結合本地(校)實際情況和各學科跨學科實踐主題內容等因素進行全盤考慮、整體謀劃,從而使得跨學科實踐教學有序推進.