核心素养跨界融合的教学探索

高中阶段，尽管物理和生物两门学科在具体的知识内容上有所不同，但在核心素养的属性、内涵和价值上存在显著的一致性。这种一致性不仅有助于学生更全面地发展科学思维和实践能力，也为物理和生物学科的融合提供了理论基础。在教学实践中，教师可以通过跨学科的教学设计，实现物理和生物知识的互通与整合，从而提升学生的核心素养。以下，笔者将以物理学科的“物理观念”和生物学科的“生命观念”的融合为例，分享自己的看法。

“物—生”跨学科观念融合的逻辑

物理观念和生命观念属性相近。生命观念和物理观念都源于自然科学领域，是科学观念的重要组成部分。物理学和生物学是自然科学的两条主线，分别通过观察及实验的形式构建各自的理论体系。教学中让学生掌握这两种观念后进行融合交流，可以帮助他们形成更加全面、完整的科学观念。另外，科学观念也属于更加广泛的价值观、人生观、自然观等，上述这些观念一起构成了学生发展所需要具备的整体观念框架。这种观念融合，不仅是两个学科内部的交汇，更是多个层面、领域观念的交织，共同构筑了学生对世界的综合理解。可以说，这种跨学科的“物—生”观念融合，为学生提供了更广阔、更全面的认知视角，促使其形成更丰富、更深刻的科学观念体系。

物理观念和生命观念内涵一致。物理观念与生命观念尽管来自不同的学科领域，但在物质、运动、能量等方面存在显著的交融与呼应。这种内涵的交融，是解释自然现象与解决问题的关键。要想实现可持续发展，人类就需要以跨学科的视角更深入地思考自然界与人类行为及其发明创造之间的联系。而物理和生物的跨学科融合与交流，可以促使学生在面对复杂的现实问题时综合运用物理观念和生命观念作出更为全面和深刻的分析。

物理观念和生命观念价值观一样。物理观念与生命观念分别代表了从物理学与生物学的视角对世界的认知，它们均是对现象背后根本属性的洞察。这些观念是一种经过提炼的思维模式，它们的跨学科交融，能够使学习者从更加宏观、全面的视角理解现实世界，培养解决真实情境中复杂性、综合性问题的思维方式。这一过程，彰显了学科育人的深刻价值。

“物—生”跨学科观念融合的可行性

建构形成的观念具有概括性、统领性。学习应该是一个积极建构的过程，从积累“具体经验”到构建“知识体系”，再到提炼“核心理念”和“宏观概念”，最终塑造出具有普遍性和指导性的观念。教学的核心目的应聚焦于观念的培养，这样才能将分散的知识整合成系统，构建核心概念，并进一步发展为大概念。以观念指导教学，有利于推动课时教学向单元教学转变，对帮助学生弄清概念和规律之间的关系、加深对知识结构的理解有着重要作用。

情境中生成的观念具有迁移性、稳定性。随着科技的快速进步和知识的持续更新，未来的人才需要具备在不断变化的环境中分析与解决问题的能力。为此，课堂教学应该向重视观念形成的方向转变——当观念在学生思维中稳固下来后，即使具体的学科知识变得模糊，他们也能在现实世界中运用物理观念和生命观念来主动探索和解决问题。具体来说，课堂教学应该从单纯的知识记忆转向实际应用，创设多样化的情境，让学生经历实践与思考的过程，对知识进行深入处理，形成个人的理解，并构建起内在的观念结构。

进阶中树立的观念具有发展性、批判性。学生的物理观念及生命观念，本质上是对我们所生存的物质世界的反映。而物质世界是不断发展的，从这个角度来看，观念也不是固定不变的。随着对某一观念理解的加深，学生的思维方式会从基础层次向更高层次过渡。我们的课程设计和教学实践应当致力于为学生观念的进阶构建支持体系，创造一系列完整且有批判意义的学习材料，与国际科学教育研究的前沿趋势和学习进阶理论所提出的方向保持一致。

“物—生”跨学科观念融合的实践

以能量观的跨界融合为例。能量在物理学中被广泛研究。物理学区分了多种能量类型，包括光能、动能、热能和化学能等。在生物学中，能量同样扮演着核心角色，无论是动物的肌肉运动、萤火虫的发光还是人体温度的维持，都需要能量。

物理学和生物学都涉及不同形式的能量转化。物理领域的动力学、热学、电磁学，都有体现能量守恒观念的内容，如热力学定律、电荷守恒定律等。生物学领域也有反映能量守恒观念的内容，如有氧呼吸中的糖酵解阶段，就是由化学能转化为电能，进而形成ATP的能量，并伴随热量释放。能量是守恒的，只是在不同形式间转化。

那么，既然能量不会消失，为何我们需要“节约能源”？

物理学领域的能量耗散理论为这一看似矛盾的现象提供了解释。通常，在密闭系统中，能量不变，自发过程才会使熵增加，造成系统从有序状态转变为无序状态。但是，细胞和生物体实际上是开放系统，它们与外部保持着持续的物质和能量交换，以维持其存在的有序状态。在这个过程中，虽然不可避免地会有能量以热的形式散失，导致熵增，但同时，生物体也会通过摄取高能量的物质（如植物通过光合作用吸收太阳能）来补充能量，从而支持其生命活动。这种能量的转化与循环是生物体生存和进化的基础，也是生物体能够进行有序化学反应和机械功操作的关键。简而言之，生物体通过不断地从环境中获取能量并排出废物，以维持其低熵的有序状态，从而实现生长、繁殖等功能。

【本文系福建省厦门市“市管区培”学科带头人专项课题“基于核心素养下跨学科融合高中物理课堂教学策略研究”的研究成果（课题立项号：XMXDHC20230101+36）】

（作者单位：厦门海沧实验中学）