跨学科融合理念下高中物理课堂构建策略分析

【摘要】跨学科概念是人们认识自然界构成及其运作方式的思维工具，从科学学科共同角度帮助人们认识和理解自然界，强调各学科之间的内在联系，对解决实际生活问题和人的持续发展问题具有积极作用.跨学科融合理念融入高中物理课堂，让多个高中学科的思想内涵和教学内容渗透物理课堂，使学生从不同角度，利用不同类型的学科知识认识问题，解决物理学习疑难.本文阐述跨学科融合理念下构建高中物理课堂的意义，提出融入数学图象、地理现象、地理概念、化学思维、通用技术能力构建探究式物理课堂，丰富教学内容，保证课堂教学效率和教学质量.

【关键词】跨学科融合;高中物理;教学策略

《高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称新课标）指出，“提升学生的物理学科核心素养，为学生的终身发展奠定基础，促进人类科学事业的传承与社会发展”是高中物理教学的主要目标，高中物理核心素养重视培养学生的物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任.物理核心素养与科学学科素养存在紧密联系，因此坚持跨学科融合理念开展教学活动有助于学生核心素养的发展，体现核心素养的完整性和统一性，引导学生整合所学知识，在思与学中深入理解各学科科学本质，推动建立统一、完整的科学知识体系.

1跨学科融合理念下构建高中物理课堂的意义

1.1提升综合素养，培养跨学科思维

跨学科融合理念融入高中物理课堂，拓宽了学生的思维视野，学生不再局限于用单一化的物理学科知识解决问题，而是多学科知识、理念、思想综合运用，共同助力，帮助学生分析遇到的科学现象和科学规律，在学习实践中体会各学科思想、探究方法之间的内在联系，深化学生对科学本质的认识，让学生从内心深处认可跨学科思维，积极运用跨学科思维看待学习与生活，促进跨学科思维形成[1].

1.2突破学习难点，提高知识应用水平

高中物理知识抽象，学习理解难度较大，跨学科融合理念让物理知识与数学、化学、地理、通用技术等多学科知识融为一体，引导学生自发运用其他学科领域的知识、探究方法、学习工具深入理解物理现象，从其他学科角度入手，深入理解物理学科内涵，解决物理知识的理解难点，使学生深入理解物理学科在现代科学技术中的应用价值，对学生今后分析问题、看待问题、解决问题起到一定的促进作用.

1.3改变传统认知，解决实际问题

跨学科融合不仅为学生提供了一个多角度、多层次理解物理概念的平台，更让学生在应用中了解科学与技术在物理、化学、生物、通用技术等学科的表现方式，从更深层次出发，理解科学本质，感受各学科知识在科学探究和发展过程中发挥的促进作，使学生今后面对各类科学问题和挑战时自发从跨学科融合视角看待问题，合理运用所学科知识探索问题方案.

2跨学科融合理念下高中物理课堂教学构建策略

2.1数学图象融入，解析变量关系

物理学与数学彼此联系紧密，数学知识帮助物理研究者探究事物变化，物理学的计算需求也推动着数学的发展.二者无论是在思想还是探究方法上都存在相似性特征，数学为深入研究物理现象，理解物理概念，解决物理问题提供必要的工具和方法，物理的发展则会带动数学发展，对学生数学思维的形成起到一定的促进作用.为此，教师在跨学科融合理念下构建高中物理课堂，必须正视物理与数学的内在联系，将数学知识运用于物理学习中，驾数学之舟探索物理海洋，拓展物理学习的深度与广度，为学生理解物理难点奠定基础[2].

例如以人教版“高一物理必修第一册”第二章“自由落体运动”为例，本节课主要学习自由落体运动的概念以及自由落体运动特点：初速度为零的匀加速直线运动.为让学生理解自由落体运动特点，教师在授课中引入二次函数知识，引导学生分析变量关系，结合所学函数知识分析自由落体运动中各变量之间的变化规律，利用二次函数图象直观表现物理量之间的变化关系，解释物理规律内涵.

教师首先带领学生用打点计时器记录物体自由落下时的速度变化，由此提问：物体从高空落下，哪些条件发生改变？学生分析实验过程，认识到随着时间的变化物体的位移速度也在发生变化，教师布置任务，要求学生结合所学探索二者的变化规律，学生自发进行实验，记录实验结果，绘制图形.此时教师提问引导学生跨学科思考问题：“实验结果形成的曲线图与以往接触的曲线图有无相似之处？”学生结合以往所学数学知识，对比图象，发现自由落体运动图和二次函数图象相似，学生经讨论提出假设：自由落体运动中位移与时间关系可以通过二次函数表示，并尝试将实验数据代入二次函数一般式，求函数关系式，帮助学生理解二次函数变化规律.

2.2运用地理知识，解释物理原理

物理概念抽象性强，对学生的思维认知能力、推理能力、逻辑分析、想象力有一定要求，为让学生理解物理概念，降低物理概念的抽象性，教师发挥地理学科知识优势，利用地理知识与现实生活紧密相关的优势开展教学活动，分析地理概念与物理概念的相似性，引导学生从地理角度入手解析物理原理，将抽象性概念转化为现实生活中可通过肉眼观察、感受到的具象化事物，帮助学生理解抽象的物理概念，助力学生成长[3].

例如以人教版“高一物理必修第二册”第七章“行星的运动”为例，本节课主要学习天体运动的特征和规律，以及开普勒定律和万有引力定律的推导过程以及应用方法.本节课接触的陌生概念较多，包括近日点、远日点、公转速度变化、公转角速度、线速度等，为让学生理解开普勒第二定律，教师在课上利用多媒体设备播放视频，在视频动画中模拟地球绕太阳旋转的过程，引导学生回顾所学地理知识：太阳位于椭圆轨道的一个焦点，1月初地球距离太阳最近处为近日点，7月初地球距离太阳最远为远日点，教师结合地理中地球绕日公转速度与日地距离变化提问：“地理认为地球公转速度最快时，说明日地距离最近，此时地球处于近日点，反之地球处于公转速度最慢处则为地球距离最远处，这与开普勒定律是否相关？”学生运用地理视角分析开普勒第二定律，分析“行星与太阳连线在相等时间内扫过的面积相等”背后的含义，在脑海中自发模拟地球公转场景，认识到近日点处地球与太阳连线最短，为保证扫过面积相等，公转速度必然提升，远日点处地球与太阳连线最长，相同时间内扫过面积相同，公转速度必然降低.地理概念与物理概念相互印证，深化学生对开普勒第二定律的理解.

2.3创设现实情境，物理知识解惑

物理知识与现实生活存在密切联系，指导着人们的生产生活，为深化学生对物理知识的理解，教师可改变方法，以用促学，指导学生通过实践运用所学理解物理知识，提高学习效果.为此教师可立足跨学科融合理念，立足现实生活创设问题情境，引导学生自主运用所学，分析问题，解决问题，使学生在探究中学习成长.

地理与物理相比，学科内容更加贴近现实生活，直观生动，生动的表象背后隐藏的是人们对现实生活的思考.教师可从地理学科问题入手，解析问题蕴含的物理知识，创设问题情境，引导学生以物理视角分析问题，解答问题，深化学生对物理知识的理解的同时培养学生的跨学科融合意识，为学生今后的成长奠定思想基础.

例如以人教版“高一物理必修第二册”第八章“动能和动能定理”为例，本节课主要学习动能和动能定理，培养学生运用动能定理解决动力学和变力做功问题的能力.课上教师分析动能与地理知识的内在联系，发现“河流地貌的发育”一节中“河谷的演变”提到流水的冲刷使河谷不断加深、加宽、延长，教师由此入手创设问题情境，辅助学生探究动能内涵.课上教师可展示南非布莱德河峡谷图片，引导学生从俯视、正视等多角度观察河谷，用动画展示河谷形成过程，提出问题：“布莱德河峡谷是怎样形成的？”学生自发结合地理知识，说明峡谷形成过程，教师由此提问：“根据往年河水流量数据可知，历年水流总量差异较小，为什么会形成如此壮丽的景观？”学生分析流水侵蚀河岸与河底的过程，发现随着水流对河底的侵蚀速度呈现逐渐加快的趋势，考虑到河水流量相对稳定，学生经讨论分析，认定随着侵蚀的加剧，河谷地形内外高低差增加，重力势能转换为动能，导致流水侵蚀速度加剧，因此河谷的面积并非线性增长.最后教师带领学生进行地理实验，模拟河水侵蚀过程，测量数据，分析动能与重力势能的转化关系，促进学生成长.

2.4利用化学思维，解析物理定律

高中物理和化学是自然科学学科中两个紧密相连的学科，虽然物理学科主要研究运动、电磁，化学学科主要研究物质化学性质和化学变化，但二者之间存在密切联系，研究方法上都注重用科学实验解决实际问题，注重对微观世界的观察等，学科基础上的共通之处使得物理与化学学科天然具备跨学科融合基础，教师应根据实际情况引导学生变换思维、视角，从化学、物理等多个角度出发分析事物，了解事物，方能深入理解物理定律，收获成长[4].

例如以人教版“高一物理必修第三册”第十二章“闭合电路的欧姆定律”为例，本节课主要学习电动势与内外电压关系、欧姆定律实验方法、欧姆定律各物理量和公式的物理意义.首先，教师引导学生回顾所学欧姆定律，思考电压、电阻、电流之间的关系.其次，教师展示闭合电路结构，学生顺电流方向观察电路，发现电流方向在内外电路中完全不同.教师设问：“为什么回到负极的正电荷能够再次回到正极，使外电路能够保持稳定的电流？”教师引导学生结合化学能量守恒定律分析问题，“思考电能是否属于能量？在转化和转移的过程中能量是否不变？电路系统中的能量会怎样流动？”学生结合所学分析电源内部结构，从能量流动角度入手提出假设：“已知静电力会阻碍正电荷向正极移动，那么电流得以通过，说明电源内部一定存在一股与静电力相反的力，与电荷作用，使正电荷从负极涌向正极”，从能量流动角度出发推导电势能，使学生掌握综合运用科学原理探究问题的能力.

2.5组织动手实践，优化设计方案

物理属于实验科学，其理论推导离不开科学实验，为达成实验目标，必须具备相应实验器具，动手参与实验器具的制作活动，让学生学会根据实验目的和实验预期动手制作物理实验器具，了解实验的真正含义，为学生科学探究能力的发展奠定基础.随着物理知识的复杂程度增加，实验器具的制作难度逐渐提高，为保证实验结果的精准性，教师从实践需求出发，将通用技术学科知识引入物理教学之中，引导学生结合所学通用技术知识制作物理实验用具，深化学生对物理知识的理解[5].

3结语

综上所述，结合跨学科融合理念构建高中物理课堂，对学生核心素养、思维视界、综合素养的发展具有一定的促进作用，为此跨学科融合理念真正渗透到物理课堂中，教师必须正视各学科知识之间的内在联系，充分发挥各学科特点开展物理探究活动，提升学生的科学思维水平和科学探究能力.

【本文系南通市教育科学“十四五”规划2022年度课题《为科学素养而教：基于跨学科概念的高中物理教学优化研究》（课题立项编号：GH2022079）研究成果】

参考文献：

[1]王淑金.浅谈核心素养下物理高效课堂的构建[J].高中数理化，2023（S1）：127-128.

[2]蒋春丽.核心素养导向下高中物理教学对新高考的适应与调整[J].广西物理，2023，44（04）：112-114.

[3]胡金华.核心素养下高中物理与化学教学的交叉融合[J].现代盐化工，2023，50（05）：124-126.

[4]叶玲，谷辉.高中物理与生物融合教学的思考与实践[J].教学与管理，2023（13）：45-48.

[5]支文妍.浅谈数学思想方法在高中物理中的应用[J].科技资讯，2021，19（05）：159-161.