基于物理学科的跨学科实践模式探索——以“龙骨水车跨学科实践”为例.pdf

:/.情境、学生真实地参与探究过程、引发深度学习下的真实思考帮助学生形成正确的科学态度、科学责任、正确的价值观实现课程对物理思想“随风潜入夜润物细无声”的教育作用发展学生的核心素养实现物理课程思政的教学目标.思政元素的渗透要兼顾深度和宽度思政元素渗透的深度是使通过物理课程思政教育引起学生心灵的共鸣激发学生学习的内驱力使其产生强烈的爱国情培养其远大的强国志.比如中国天眼代表着中国在基础学科和工程领域的强大实力是当之无愧的国之重器如今的中国从站起来到富起来从富起来到强起来一代代中国人呕心沥血奋力拼搏从中国高铁、北斗导航、技术再到中国天眼、复兴号以此来培养学生的文化自信.在讲解物理学者的科学家时多关注科学家的奋斗精神、质疑精神让学生升华自身的思想道德素质、科学素养、创新精神.思政元素渗透的宽度要求教师在整个物理教学过程中要深挖教材广选思政素材.从教学设计、作业设计、课程评价等不同阶段从新授课、复习课、习题课等不同课型合理渗透思政元素.实现全方位育人的根本目的.不管深度的挖掘还是宽度的拓展都需要教师高度的思政操守与素养.思政元素在课堂教学中的渗透要兼顾深度和宽度形成一定的系统性培养学生的物理学科核心素养实现立体化育人.参考文献:中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准(年版).北京:北京师范大学出版社.兰涛李贵安.初中物理力学部分融入课程思政的教学初探.中学物理().赵宁.“课程思政”融入初中物理课堂的育人价值.物理教学():.(收稿日期:)课程资源 年 月 第 期基于物理学科的跨学科实践模式探索 以“龙骨水车跨学科实践”为例戴驿欢 邓 磊(西南大学科学教育研究中心 重庆)摘 要:基于美英德中日等国家课程标准的国际比较发现“多学科”“跨学科概念”“工程”“探究”“设计”等理念已经进入全球课程改革的实践中.对我国义务教育物理课程标准(年版)中提出的“跨学科实践”从“跨学科”及“实践”两个核心概念出发建构出“基于跨学科知识的实践”“基于跨学科方法的实践”“融合跨学科知识和方法的实践”三类实践活动、六种具体模式.并以“龙骨水车”为载体例析了实施“跨学科实践”的路径和教学设计.关键词:知识融合跨学科实践模式模型建构工程实施中图分类号:文献标识码:文章编号:()基金项目:西南大学 年课程思政建设项目“物理教学设计与实作训练”(项目编号:).作者简介:戴驿欢()女四川达州人硕士研究生研究方向:物理教育邓磊()男重庆人博士副教授研究方向:物理教育.义务教育物理课程标准(年版)(以下简称“新课标”)将培养学生核心素养作为课程的实施理念在课程内容的设置上新增了“跨学科实践”一级主题要求用不少于 的课时开展跨学科主题的学习可见该部分内容与其他一级主题享有同等地位而不是对某些课程内容的拓展应用.跨学科实践可以通过学科间的相互作用生成综合育人合力这不仅能培养学生综合运用多学科知识解决问题的能力而且在加强学生实践体验方面也起着重要作用.此外跨学科实践活动还搭建起了物理学科与日常生活、工程实践及社会热点问题间的桥梁是加快学生核心素养发展的重要途径.作为新课标新增的课程内容跨学科实践的教学与实施还处在“摸着石头过河”的阶段大部分教师缺乏相关的教学策略和实践经验对如何开发跨学科实践“焦头烂额”因此构建跨学科实践的教学模式具有 年 月 .重要的现实意义.本研究通过探索跨学科实践的内涵构建出适合我国学生发展特点的跨学科实践模式并以“龙骨水车”为例给出相应的实施路径和教学设计以期为跨学科实践的开展提供参考.跨学科实践的国际比较跨学科实践在其他国家的中学课程标准中早有体现:美国在 年发布的新一代科学教育标准(以下简称“”)中将科学学习分为“科学和工程实践”“跨学科概念”“学科核心知识”三个维度这是“跨学科”“实践”最早的国家文件来源.在“科学和工程实践”中 将其划分为“科学课堂中的实践”“工程实践”两大维度.对于“跨学科概念”认为其是一种连接不同科学学科领域的方式包括模式、相似性和多样性等六大概念.英国在 年发布了修订后的英国国家课程科学课程方案提出初中阶段的教学重点是让学生关注生物学、化学和物理学等学科领域之间的联系学会利用科学实践手段将科学解释与周围现象联系起来例如会用各种不同的材料制作耳罩以研究哪种材料可以提供最佳的隔音效果.法国在 年发布了学段、课程大纲在初中阶段课程大纲的物理与化学部分强调课程内容除了学科核心概念外还应包括本学科与其他学科之间的跨学科交叉点例如物理与艺术的跨学科交叉点包括光学幻觉、错视画、暗箱等以实现知识间的横向整合在科学探究活动中提升学生的实践能力.芬兰在 年颁布的 基础教育国家核心课程标准中提出“现象教学”的课程改革主张要求教师指导学生基于现象、主题或者某一话题 采用科学调查或探究实验等方式展开多学科的学习在实践过程中培养学生的横向综合能力和跨学科学习能力.德国北莱茵 威斯特法伦州在 年发布北莱茵 威斯特法伦州文理学校初中核心课程:物理其中强调要将适用于所有科学领域的核心概念与物理学科知识在教学中有机结合构成概念体系为学生提供在工程技术或信息技术方面的实践机会在实践过程中指导学生整合运用多学科知识并反思科学知识的技术应用.纵观以上国家的课程标准不难看出蕴含“实践”“探究”“多学科的学习”“科学领域”的重要思想以及跨学科理念的教学要求已经成为全球新课程改革的趋势.如何将知识的综合性方法的统一性和科学探究与工程技术实践活动进行有机统一是本研究的关键.跨学科实践的内涵新课标提出“跨学科实践”.什么是跨学科实践?如何践行跨学科实践?要解决这些问题就首先要对跨学科实践进行解读.跨学科实践应该包括“跨学科”“实践”两个核心概念本研究将分别剖析“跨学科”“实践”这两个核心概念以期实现对跨学科实践的深度理解.跨学科“跨学科”一词最早由哥伦比亚大学心理学家伍德沃斯提出一般指在遇到单一学科难以解决的问题时需要整合两个或两个以上的学科知识和技术来解决进而创造出新知识.中对“跨学科”的界定是“跨学科概念”:贯穿科学四大领域(物理科学、生命科学、地球与空间科学以及工程设计)的核心概念在不同学科背景下有不同的表现形式为学生提供跨越不同学科领域的连接及思考工具包括模式、因果关系、大小、比例和数量、系统和系统模型、能量与物质、结构与功能、稳定与变化.与 的“跨学科概念”不同德国学者将“跨学科”解释为:“以一个学科为中心在这个学科中选择一个中心题目围绕这个中心题目运用不同学科的知识展开对所指向的题目进行加工和设计教学”.基于以上对“跨学科”的不同定义本研究将“跨学科”界定为以一个学科为中心跨越不同科学学科领域的核心知识及连接所有科学领域的方式.简而言之“跨学科”包括“跨学科知识”“跨学科方法”具体内容见表.表 不同类型“跨学科”内涵类型划分内涵跨学科方法连接多个科学学科领域的方法跨学科知识以一个学科为中心跨越不同科学学科领域的核心知识.实践哲学家认为“实践”是人类同现实世界进行有目的的、复杂的但有时又不可理喻的相互作用过程.将“实践”界定为:描述科学家在研究和建构有关自然世界的模型及理论时的行为以及工程师在使用设计搭建模型和系统时一系列关键的工程实践活动.本研究对“实践”的定义是一个可以通过调查(设计)来解决问题的构想将其分为“科学探究”“工程实践”两类具体内容见表.表 不同类型“实践”内涵类型划分内涵科学探究像科学家一样致力于从自然现象中发现问题通过调查收集数据利用数学知识或计算机处理数据并形成模型或理论基于物理学科的跨学科实践模式探索:/.续表 类型划分内涵工程实践像工程师一样在一定规范和约束下出于满足人类需求的目的围绕某一具体工程问题生成最有效的设计方案并用以实践的活动.跨学科 实践王云生认为跨学科实践应该注重对学生信息技术以及方案设计能力的培养.郝志军和刘晓荷提出跨学科实践融合的主要方式包括概念统整、主题统整、现象或事实统整以及方法统整.张紫屏提出在跨学科实践中学生在运用跨学科概念解决问题时会涉及到两种及以上的学科概念并联合多个学科知识探究实际问题.根据文献综述和本研究对“跨学科”“实践”的界定笔者将跨学科实践划分为“基于跨学科知识的实践”“基于跨学科方法的实践”“融合跨学科知识和方法的实践”三大类型.其中“基于跨学科知识的实践”强调在课堂内的科学探究和课堂外的工程实践中学生需要将多个学科的知识整合运用而不是简单地将多个学科知识进行堆砌“基于跨学科方法的实践”需要学生在课堂内的科学探究和课堂外的工程实践中运用多个科学学科领域的方法达到目标“融合跨学科知识和跨学科方法的实践”要求学生在课堂内的科学探究和课堂外的工程实践中整合运用多个学科知识并结合多个科学学科领域的方法达到目标.于是本研究将以上三种类型具体分为“基于跨学科知识的科学探究”“基于跨学科知识的工程实践”“基于跨学科方法的科学探究”“基于跨学科方法的工程实践”“融合跨学科知识和跨学科方法的科学探究”“融合跨学科知识和跨学科方法的工程实践”六种模式.基于跨学科实践的案例实施 以“龙骨水车”为例当“龙骨水车”这个载体遇到三种不同类型的跨学科实践再进入到 种跨学科实践的模式中时将呈现出不同取向下的设计重点.不同类型下跨学科实践设计的路径如图 所示.跨学科实践实施路径 基于跨学科知识的实践“基于跨学科知识的实践”由“跨学科知识”与不同的实践类型组合而成包括“跨学科知识 科学探究”以及“跨学科知识 工程实践”两种模式.针对此类跨学科实践笔者给出如下实施路径建议:教师可以从跨学科类型和实践类型两方面进行两种模式的跨学科实践活动方案设计.在实践类型方面若选择科学探究整个活动可按照“提出问题科学调查展示成果”三个环节进行设计若选择工程实践活动流程包括提出问题构建模型(进行模拟)展示成果.无论是科学探究还是工程实践此类型的跨学科实践都要体现以物理知识为主的多学科融合特点:整合与载体相关的多个学科知识并明确以物理学科为主其他学科知识与载体的联系.基于跨学科方法的实践“基于跨学科方法的实践”由“跨学科方法”与不同的实践类型组合而成包括“跨学科方法 科学探究”以及“跨学科方法 工程实践”两种模式.笔者为此类跨学科实践的实施路径提出如下建议:教师可以从跨学科类型和实践类型两方面进行两种模式的跨学科实践活动方案设计.在实践类型方面若选择科学探究活动流程包括提出问题构建模型(进行模拟)科学调查分析数据数学和计算推理论证 展示成果若选择工程实践整个活动可按照“提出问题构建模型(进行模拟)调查分析数据数学和计算推理论证展示成果”七个环节进行设计.无论是科学探究还是工程实践此类跨学科实践都要体现连接多个科学学科领域的特点:整合与载体相关的物理学知识在此基础上选择对应的连接科学学科领域的方法将其运用于具体的实践活动中加深学生对相关方法及物理知识的理解.融合跨学科知识和跨学科方法的实践“融合跨学科知识和跨学科方法的实践”由“跨学科知识”“跨学科方法”与不同的实践类型组合而成包括“跨学科知识 跨学科方法 科学探究”以及“跨学科知识 跨学科方法 工程实践”两种模式.具有一定教学经验的教师可以选择此类跨学科实践笔者给出如下实施路径建议:教师可以从跨学科类型和实践类型两方面进行两种模式的跨学科实践活动方案设计.在实践类型方面若选择科学探究活动流程除了提出问题、科学调查以及展示成果环 年 月 .节还需要在构建模型(进行模拟)、分析数据、推理论证、数学和计算中选择两个及以上环节进行组合如提出问题科学调查构建模型(进行模拟)分析数据推理论证展示成果若选择工程实践活动流程除了提出问题、构建模型(进行模拟)、展示成果环节还需要在调查、分析数据、数学和计算、推理论证中选择两个及以上的环节进行组合如提出问题构建模型(进行模拟)数学和计算推理论证展示成果.此类跨学科实践不仅要体现多学科融合的特点还需要结合连接多个科学学科领域的方法达到目标:整合与载体相关的多个学科知识并明确以物理学科为主其他学科知识与载体的联系同时根据具体的学科知识选择对应的连接多个科学学科领域的方法将其运用于实践活动加深学生对相关方法及学科知识的理解.跨学科实践的案例展示下面以“龙骨水车”为例演示“融合跨学科知识和跨学科方法的实践”实施路径(见表).表 “融合跨学科知识和跨学科方法的实践”实施路径环节具体活动跨学科类型设计整合与载体相关的多学科知识及连接多个科学学科领域的方法在跨学科知识方面与“龙骨水车”相关的学科包括信息技术、物理、地理以及美术学科.信息技术主要用于收集“龙骨水车”的资料让学生了解现有的“龙骨水车”类型以及各自的特点物理学科知识用于探索“龙骨水车”的工作原理同时为建模过程提供理论支撑地理学科知识帮助学生思考设计不同类型“龙骨水车”的原因同时有助于“龙骨水车”模型的改良美术学科则可以解决“如何在保证龙骨水车基本功能实现的前提下追求美观”的问题在跨学科方法方面巧妙的轴承结构是“龙骨水车”实现灌溉功能的基础这里运用到“结构与功能”的方法实践设计确定以工程实践的形式实施活动.整个活动围绕“设计最适合川渝地势的龙骨水车方案”展开教师对学生进行分组引导各小组在现有“龙骨水车”类型的基础上设计并制作出模型猜想地势因素会影响“龙骨水车”哪个结构的功能运用控制变量法进行测试得到多组数据根据川渝地区的地势特点分析数据对相应的结构进行改良得到最佳方案最后进行小组展示跨学科活动整合设计活动方案与实施步骤.课前让学生收集“龙骨水车”的相关资料(现有的类型、特点、功能)上课时分别播放运用“手摇式”“脚踏式”龙骨水车灌溉农田的视频要求学生在观看视频时仔细观察两种“龙骨水车”的结构特点将学生分成两组在教师引导下分别构建视频中的“龙骨水车”简易模型引导学生总结两类“龙骨水车”的异同之处并利用地理知识给出解释明确各结构以及“龙骨水车”工作效率的数据测量方法从“龙骨水车”的工作效率入手检测地势对结构功能的影响在此基础上确定因变量和自变量使用控制变量法进行测试获取多组实验数据对比分析实验数据找到受地势因素影响最大的结构根据川渝地区的地势特点启发学生对已有模型进行改造结合美学知识给出多种方案并以小组的形式进行展示 本研究基于现有的国内外跨学科实践研究成果构建“基于跨学科知识的实践”“基于跨学科方法的实践”“融合跨学科知识和跨学科方法的实践”三类跨学科实践框架并给出相应的实施路径建议以期为中学教师提供教学参考.然而本研究的框架还未经过教学实践的反复考量笔者希望能有更多的中学教师将本研究的框架用于跨学科实践教学提供数据样本及实践教学案例从而对该跨学科实践的框架进一步改善并丰富跨学科教学资源.参考文献:李春密张霄.义务教育物理课程标准(年版)的变化分析.物理教师():.冯爽.中学物理课程跨学科实践主题的模型构建及实施路径.物理教师():.谢绍平董秀红.美国新 科学教育框架解读.外国中小学教育():.郭爵湘.版英国国家课程标准研究.重庆:重庆师范大学.:、/.于国文曹一鸣.跨学科教学研究:以芬兰现象教学为例.外国中小学教育():.德 /.李万龙.基于省级课程基地实施跨学科融合教育.江苏教育研究():.杜惠洁舒尔茨.德国跨学科教学理念与教学设计分析.全球教育展望():.马克思恩格斯.马克思恩格斯选集(第 卷).北京:人民出版社.王云生.跨学科实践性研究型课程开设的几点思考.基础教育课程():.郝志军刘晓荷.五育并举视域下的学校课程融合:理据、形态与方式.课程教材教法():.张紫屏.跨学科课程的内涵、设计与实施.课程教材教法():.(收稿日期:)