高中物理教学跨学科衔接的问题与对策
作者:何晋中
发布时间:2018/6/29 8:07:36 已经阅读1962次

摘要:在以往高中物理教学衔接的研究中,关注更多的是初高中物理教学内容、教学方法的衔接,或只是局限于物理与数学的衔接,而鲜有涉及物理与化学、地理、政治、历史等学科衔接的研究。文章探讨了高中物理教学中,物理与数学、化学、地理、历史、政治等学科衔接的盲点,并对教学提出了建议。

关键词:物理教学 跨学科 衔接 盲点

知识原本不分学科,也无学科界限。物理教学中经常会出现物理学科与其他学科的跨学科综合,其中高中物理教学与数学、地理、化学联系较为紧密,与政治、历史有一定联系。因为其他学科知识教学滞后造成物理学科教学障碍,特别是数学学科教学滞后对物理教学影响很大。同时,物理学科教学滞后也会对其他学科造成影响。因此,物理教师有必要理清高中物理教学中物理与其他学科知识的衔接盲点,以利于教师更好地预设、更有针对性地解决问题。

一、高中物理与其他学科的衔接问题

1.高中物理与数学学科衔接

(1)物理知识与数学知识的衔接盲点

①斜率。斜率在物理图象中应用广泛,如位移时间图象、速度时间图象等。数学上学习斜率滞后于物理上的应用。学生在高一第一学期第一个月学习第一章速度时间图象就应用斜率,而数学在高一第一学期接近期末或高二上学期才安排斜率教学。

②三角函数。三角函数在中高一物理的运用主要有力的合成与分解、运动的合成与分解两个方面。学生在高一上学期,学习力的合成与分解时,就需要用到三角函数,而数学上学习三角函数是在高一下学期后半段,明显滞后物理教学需要。

③矢量。矢量即数学的向量。高中物理第一次接触矢量是在物理必修1第一章第二节学习位移时,只涉及矢量的定义及区别矢量与标量。学习力的合成与分解时,需要对不在一条直线上的两个力进行矢量运算。数学学习向量知识是在高一下学期,滞后物理矢量学习一个学期。

④圆。圆的知识在高中物理的运用主要有圆周运动、带电粒子在磁场中运动、画矢量圆找极值等。带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动,需要画出轨迹,根据几何关系找半径、找弧长、圆心角等,对圆的知识要求较高。数学上,学生在高一上学期学习圆,而物理上运用在高一下学期期中和高二上学期临近期末。数学上圆的学习先于物理运用,但物理上更注重作图能力,学生作图能力差,影响问题解决。

⑤统计。数学上,学生在高二下学期开学到5月初这段时间学习了统计上的排列组合、二项式定理、离散型随机变量及其分布和正态分布等。学习这些知识有利于学生理解波粒二象性、气体速率分布规律等物理知识。

(2)数学思想方法的迁移

数学思想方法在物理上运用比较多,这里列举几种常见的。

①极限法。极限法是用极限思想分析问题和解决问题的一种数学方法。极限法在物理上运用比较多。例如用极限法求瞬时速度。

②函数法。把物理量之间的关系转化为函数,然后利用函数性质及函数图像来求解物理中对应的有关物理问题。物理上讨论极值问题、追击问题、带电粒子在有界磁场中运动求解粒子飞出磁场的位置坐标等问题常使用函数法。

③数形结合法。数形结合在物理上有广泛运用,实质是把抽象的物理语言转化为数学语言,再转化为直观图形。例如,研究匀变速直线运动时画速度时间图象快速准确解决问题。

④微元法。微元法是分析、解决物理问题的常用方法。用微元法可简化复杂物理过程,用熟悉的规律迅速解决问题。例如,推导重力、电场力做功与路径无关。

2.高中物理与化学学科衔接

高中物理与化学衔接知识点主要有:物理选修3-5中氢原子能级结构、轨道、能级跃迁等与化学选修3中第一章原子结构中的能级、能量最低原理、基态与激发态、光谱等;原子模型演变、电子云图、物质波与化学选修3中的电子云与原子轨道;物理上的量子理论与化学上的泡利原理;物理选修3-3中的晶体与化学选修3第三章晶体结构与性质一章。以上所列知识,学生在化学学习上的要求和难度高于物理。如果学校开设化学选修3模块,有利于学生学习物理,会实现物理和化学教学双赢。

3.高中物理与地理学科衔接

高中物理与地理衔接主要有:在物理必修2天体运动部分,物理选修3-1“磁场”一章经常会有不少物理问题涉及地磁场,需要学生把高中地理必修1地球与地图的知识迁移到物理上来,如利用经纬网格计算距离、时间等。虽然学生学习地球与地图部分,早于物理上的运用,但由于文理分科较早,不少学生高一第一学期开学就分科,即使在第二学期才分科,但学生对选文理早有意向,决定选理科的学生学习地理不认真,导致地理知识储备不能满足物理学习需要。

4.高中物理与历史学科衔接

高中物理与历史的学科衔接点主要是在高中历史必修III中第25课“现代科学革命”中经典物理学的危机、爱因斯坦相对论、量子理论的微观世界等。以人教版物理教材为例,这些内容安排在物理必修2“万有引力与航天”一章第6节“经典力学的局限”,学习时间为高一下学期期中,早于历史学习时间,但物理上这部分内容教材编排不如历史详细,教师重视程度不如历史。比如,历史教材为了帮助学生理解相对论,详细介绍了双生子佯谬这一经典的相对论思想实验,但物理教材却没有。相对论、量子理论难度较大,不是三言两语可以讲清楚,相对论和量子理论也不是历史老师可以讲清楚的。虽然历史教学重点不在于突破物理理论的理解,而在于发现这些理论的意义,但教师对知识本身理解不深,容易导致课堂讲授不透。物理教学对这一内容的轻视必然导致学生学习历史困难。

5.高中物理与政治学科衔接

高中物理与政治学科的衔接主要是哲学。哲学是一切学科的母学科。高中物理很多教学内容都蕴含哲学思想,物理教学中也提倡渗透哲学思想,促进学生认知水平提高。如果学生对哲学有所了解,对学生理解物理知识必然有帮助。这里简单列举几个在高中思想政治4“生活与哲学”中与物理密切相关的哲学观点。“运动是有规律的”,政治上在阐明这一哲学观点时,以永动机为例。如果学生能理解“真理是有条件的”,对理解物理规律有适用条件,经典力学有局限性等有帮助。构建“整体与部分的统一”这一哲学观点,对学生在受力分析时“整体法”与“隔离法”的运用,以及电路动态分析时从“部分”到“整体”再到“部分”的理解有较大帮助。“抓住主要矛盾忽略次要矛盾”这一哲学思想的建立,对学生构建和理解如质点等物理模型有很好的帮助。

二、对策与建议

1.对跨学科知识进行整合与补习

有必要把与物理有关的跨学科知识进行汇总,形成跨学科知识清单,并与其他学科进行整合。进行相关知识教学前有针对性地帮学生进行跨学科知识补习,切忌认为这是其他学科的事,而放任不管。例如,在讲速度时间图象、位移时间图象时,有必要给学生简要补习斜率,物理上对斜率的要求没有数学高,只要物理教师简单补习即可满足物理教学需要,帮助学生跨过障碍。而有些较难的内容,则适合在物理教学中先避开,比如在进行力的合成与分解的时候,正余弦、正切函数可以简单给学生补习,学生能解决大部分问题即可,对一些需要应用正余弦定理解决的问题应先避开,等学生系统学习三角函数后再解决,毕竟学习需要循序渐进,不可一蹴而就。

2.教学设计和内容选择要有跨学科视野

由于知识跨学科综合,所以在对这些内容进行教学设计时,无论是物理教师还是其他学科教师都应该有突破学科界限的跨学科视野,站在更高的角度和立足于学生长远发展的视角思考问题、设计课堂、组织教学。设计课程既要考虑本学科课标、考纲的要求,也要考虑对学生学习其他学科知识的影响,有时候为了学生能够学好其他学科,可以适当超越本学科课标、考纲的要求多讲一点、讲深一点、讲透一点。例如,物理上对“经典力学的局限”一节进行教学时,为了学生能够在下学期学好历史必修III中第25课“现代科学革命”,物理教师应讲得透彻、深刻一点。

物理、化学在高中都有选修模块,在高考中学生需要从物理的选修3-3,3-4模块中选择一题作答,化学中学生需要从选修3、选修5中选一题作答。按照课程的设计应该是学校要开全所有模块的课程,让学生选修,甚至所有学生都要学习全部模块。然而实际教学中,一般学校都是只开设一个模块。比如物理一般都只开始选修3-3,化学很多学校开设的是选修5。这其实对学生而言是不公平的,同一个学生学习不同模块的能力不一样,比如某同学对学习物理3-3可能没感觉,但学习3-4热学可能兴趣浓厚,如果学校只开设3-3对他不公平,其次在考试的时候3-3和3-4的试题难度不可能完全一样,一个学生要是两个模块都学习了,他可以选择自己有把握的试题,但现在这个选择权被剥夺了。因此,在开设选修课程时,就需要有宏观的视野,即使开不全也需要统筹安排,即在开设选修课程时要统筹兼顾,不仅要考虑本学科,也要考虑对其他学科的影响。例如,如果化学开设选修3,对学生学习物理选修3-5、3-3都有帮助,数学学习统计部分时间与学生物理选修3-5学习光电效应或者热学3-3上学习气体一章几乎一致,只要学科之间配恰当,定能实现教学效益最大化。

3.引导学生各学科均衡发展

在学习中应引导学生全面发展,每一门学科都要认真对待。切记选了理科就忽视了政史地的学习。要帮助学生树立:“各学科知识是相互促进理解,各学科方法是可以相互借鉴”的意识。引导、培养学生应用知识解决问题时,有跨学科意识,把其他学科的知识、方法、思想迁移过来。要让学生明白,知识是不分学科的,分科造成学科的知识割裂,需要运用知识时,需要将其整合。

在跨学科知识的处理上,建议对学生进行必要的学法指导,让学生在学习过程中树立知识无学科界限的意识。学生在学习过程中,对一些跨学科的知识点,可以引导学生查阅书籍资料、互联网,做好记录,等到各学科都学习完成了,梳理知识、构建跨学科的知识网络。

4.鼓励不同学科教师跨学科协作备课

有一些跨学科的知识,仅靠本学科的知识、仅靠本学科的教师不能很好解决问题。此时,就需要不同学科教师之间互相协作。目的有两个,其一,互相帮助解决知识缺陷。比如,物理教师和历史教师协作,可以帮助历史教师理解经典力学的局限、相对论、量子理论,让他们课堂教学更从容,讲解更透彻;物理教师和政治教师的协作,可以弥补物理教师哲学知识的不足,在物理教学中更好地渗透哲学观点和哲学思想。其二,跨学科协作备课,可以帮助不同学科教师了解彼此学科在同一知识点上课标、考纲的要求,有利于课堂教学突破本学科教学要求的界限,用宏观的视野看问题,高瞻远瞩思考、组织教学。

5.教师要不断提升自己的综合素养

一个优秀的教师必须要具有渊博的知识。“知识是教育的基础,学识渊博的教师往往带给学生更大的震撼力。”这里的知识不仅包括本学科知识,也包括跨学科的一些知识,以及教育学、心理学、课程论的条件性知识和与教师人生阅历紧密联系的实践性知识。教师可以通过阅读丰富、完善自己的知识结构,通过借助QQ群、研讨会、校际交流等平台与其他优秀教师交流、合作等吸收优秀教师的先进知识、经验、理念,从而提升自己的综合素养。只有这样才能在涉及跨学科知识的教学中游刃有余,应付自如。

本文以物理学科为核心探讨教学中与其他学科衔接的问题,而其他科目的教学中也应该以自己学科为核心探讨跨学科衔接。教师要理清本学科与其他学科的衔接盲点,做到心中有数,为学生的学习扫清障碍,更好地把握学情,设计、组织课堂教学。在教学中教师要打破学科界限,着眼于学生的长远发展,“面向学生,为学生健康成长服务,而不只是为了分数”,在教学管理与课程规划上也应该有跨学科协作的视野,合理安排课程与教学进度,尽量减小各学科之间衔接盲点造成的学习障碍。

(来源:《教学与管理》2017.06.)