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物理跨学科实践之内涵、特点与案例
?设计原则
核心素养导向下的物理课堂转型,需要着力挖掘跨学科实践的教学价值。重审物理课堂教学,遵循跨学科实践活动的设计原则,才能更好地实施跨学科实践。
原则一:立足物理学科,遵循课程标准。初中物理跨学科实践的开展,需要以物理学为学科基础。根据物理课程标准规定的内容要求与活动建议,将物理学科知识与日常生活、工程实践和社会发展紧密联系起来,选择综合性、实践性的课题设计合理的跨学科实践活动。
原则二:一体化设计,优化教学过程。10%课时的跨学科实践与90%课时的物理课程内容应作为一个整体,进行统筹规划和顶层设计。要重视跨学科实践在打破分科教学桎梏、变革教材内容呈现形态与优化学生学习方式上发挥的示范作用。但在教学中,更应将跨学科实践融入物理课程中,并根据课程内容的主题特征,一体化设计跨学科实践,优化课程内容与跨学科实践的教学衔接,落实学科育人价值。
原则三:动手实践,学用结合。跨学科实践作为物理课程的有机组成部分,既强调新知识的学习,又强调已学知识的应用。跨学科实践尤其注重学生的动手实践,让学生参与到实践活动中去,亲身经历科学探究与问题解决,以此发挥跨学科实践在教学内容、教学方式、交流评价等方面的优势,使学生在实践活动中实现知识的迁移与运用,提升物理课程的教学效果。
?实施路径
物理跨学科实践的教与学需要立足本学科的知识展开,跨学科实践不能、也不应该完全取代学科学习,后者在未来很长一段时间内仍然是学生的主要学习方式。但是,核心素养时代的物理教学呼唤学习方式的更新与变革。跨学科实践作为一种实践活动,可以运用于课堂教学、考试评价、社会实践等各个环节。无论是项目式学习、STEM教育,还是基于问题解决的教学、科学探究等,都可以运用跨学科实践。但要真正在初中物理课程中把跨学科实践落实到一线教学中,就要基于物理课程标准,使跨学科活动能丰富物理学习经验,培养综合实践能力。
实施跨学科实践,要以物理学科为引领,以核心素养为导向,以融合目标为线索,路径如图1所示。首先,以物理跨学科实践主题内容要求、相对应的案例和活动建议作为跨学科实践课程的基点,建立起跨学科实践与课程内容之间的联系,为物理跨学科实践的开展提供立足点。接着,将物理核心素养作为课程的目标导向,并以此为线索,通过课程内容与学情分析、跨学科领域确定与主题情境创设、开展实践活动三个步骤,来实施物理跨学科实践。?
物理跨学科实践基于物理学科知识,教师要充分考虑学生的实际情况,通过物理课程标准、教材和已有的跨学科实践分析案例;通过树立跨学科大概念整合的意识,明确跨学科所涉及的其他学科领域,选取跨学科实践的现实主题、创设真实的课程情境。物理教师通过设计(或开发)与所学课程内容相应的跨学科实践案例供学生实践,来帮助学生完善原有的认知结构,实现知识的迁移融合。在实践过程中,既要鼓励学生自主实践,又需要教师在学生遇到困难时给予帮助。同时,在跨学科实践活动中,要对学生的活动表现与成果进行多样化评价,鼓励学生与教师多沟通交流。其中,物理核心素养作为课程实施的主线,既贯穿于跨学科实践的教与学之中,也作为课程所要实现的具体目标,是帮助学生形成正确物理观念、提升科学思维、培养科学态度与责任的价值体现。
?案例呈现
日本新颁布的课程标准中新设了《理数》学科,其目的是培养学生综合分析事物现象,灵活运用数学和理科的视角和思维方式进行科学探究、解决实际问题的能力。《理数》提供的探究课题颇具跨学科特色,一部分课题与我国的跨学科实践主题内容比较相似,且课题探究过程符合图1所示的实施路径,这为教师的跨学科实践教学设计提供了素材。
物理课程标准中跨学科实践的内容要求:能发现日常生活中与物理学有关的问题,提出解决方案。通过分析物理课程标准、教材和学情(在初中物理教材中,学生要学习光现象和透镜及其应用),选取《理数》中的“管中窥图”(调查透过圆筒看到的奇妙图案)作为跨学科实践活动主题。
1.探究目的透过金属圆筒望向蓝天,可以看到图2所示的同心圆状花纹,花纹是如何产生的??
2.研究方法(1)如图3所示,用照明装置照亮屏幕,使照相机镜头的光轴和圆筒的中心轴一致,保证相机通过圆筒拍摄屏幕。另外,从圆筒左半部分入射的光线被阻挡时,通过筒拍摄的照片如图4所示。(2)利用图像分析软件对拍摄的图像进行分析。(3)改变圆筒的半径、长度、材质和光的波长,重复上述步骤并进行观察。
3.研究结果
(1)以拍摄的图像为基础,用物理模型表示花纹图案。各区域的环间距离几乎全部相等,其大小与筒的内径相等,如图5所示。(2)图6是各区域的相对亮度。越靠近外环的区域,亮度越低。另外,即使在同一个区域内,亮度也是从内侧向外侧逐渐降低。筒的内径、长度、材质和光的波长等因素都不影响上述结论。
?
4.解释推论
图4产生的原因可能与金属筒
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