指向核心素养培养的高中物理跨学科教学设计

［摘 要］依据《普通高中物理课程标准（2017年版 2020年修订）》，基于高中物理跨学科教学现状，以“简谐运动的描述”为例提出指向核心素养培养的跨学科教学设计策略。通过物理观念的形成，从物理学视角出发，对客观事物的本质、内在规律及相互联系进行科学推理、科学论证、找出规律、形成结论，以促进学科核心素养的养成，为高中物理教师的跨学科教学提供参考和借鉴。

［关键词］核心素养；跨学科教学；简谐运动的描述；教学设计

一.引言

跨学科教学不仅仅是科学发展的内在需求，更是社会发展的迫切需要。科学的发展一直是在为人类服务的，而目前人类发展所面临的许多问题大多都是综合性的，这也就意味着科学要朝着跨学科（交叉学科）的方向发展。物理学是自然科学领域的一门基础学科，研究自然界物质的基本结构、相互作用和运动规律［1］。物理学对化学、生命科学、地球与宇宙科学等自然科学产生了重要影响，推动了材料、能源、环境、信息等科学技术的进步，是一门综合性极强的学科，与许多学科关系密切［2］。然而目前我国高中现行的分科教学忽视了这一科学规律，多数教师在教学时只注重本学科知识的教学，对跨学科知识轻描淡写，生硬地打破了各学科之间的有机联系，使得原本立体、连贯的科学知识变成了一个个知识片段。截至目前，初中物理跨学科教学设计研究成果较为丰富，高中物理跨学科教学设计则相对较少，但高考试题中有大量的涉及跨学科的内容［3］。

二．指向核心素养培养的“简谐运动的描述”跨学科教学设计

（一）教材分析

“简谐运动的描述”是人教版高中物理选择性必修第一册第二章第2节的内容，其中简谐运动的x-t图像和振动方程即位移x与时间t的函数表达式是“机械振动、机械波”模块的重要基础。从内容上看，简谐运动的位移随时间是按正弦规律变化的，与数学中的三角函数密切相关，适合做跨学科教学。从时间上看，简谐运动一般在高二上学期或下学期学习，而正弦函数在人教版高中数学必修第一册，属于高一上学期的内容。其实在高中数学必修第一册5.7三角函数的应用中，就有用到三角函数描述弹簧振子的运动规律，只不过时间早于物理简谐运动的学习，导致数学与物理的融合出现困难，而在物理简谐运动中融合数学三角函数，不管是时间还是内容都是吻合的。

（二）学情分析

三角函数在数学中也属于较难的知识点，尤其是对基础较差的学生，可能理解的本来就不是很透彻，再加上间隔时间长，知识的遗忘也比较严重。其次，学生的知识迁移能力也是需要培养的，大部分学生缺乏跨学科知识的融汇贯通能力，要把三角函数知识顺利地迁移到简谐运动中，离不开老师的引导。

（三）目标设定

依托主题，将“简谐运动的描述”跨学科教学的目标设定为：（1）通过三角函数的图象和解析式向简谐运动的x-t图像和振动方程迁移，培养科学探究能力和科学思维。（2）通过简谐运动过程的剖析，理解振幅、周期、圆频率、相位等物理概念，完善运动与相互作用观。（3）通过对简谐运动的学习，感受物理研究是一种对自然现象进行抽象的创造性工作，培养科学态度与责任。

3.简谐运动的周期与振幅的关系

实验演示1：两个相同的弹簧振子，振幅不同，观察振动周期；实验演示2：两个不同的弹簧振子，振幅相同，观察振动周期。得出结论：简谐运动的周期与振幅无关，由振子本身性质决定。

4.相位

当确定时，的值也就确定了，所以代表了物体此时正处于一个周期中的那个状态。物理学中把叫作相位，t=0时的对应角度叫作初相位。对于两个频率相同的简谐运动，相位差，是恒定的。为了更好地理解相位差，教师通过实验演示同相、反相、异相，对应振动图像如图8所示，A与B同相，A与C反相，A与D异相。

综上可看出，指向核心素养培养的高中物理跨学科教学设计，不但没有加重物理教学的负担，反而可以帮助学生更好地理解物理知识，提高学生的学习兴趣和实践能力，培养创新思维和综合能力。同时，这种教学方法还可以促进不同学科之间的交流融合，推动教育教学的改革和发展，服务于综合型人才的培养。广大高中物理教师应充分发挥自己的潜能，基于《普通高中物理课程标准》和高中物理教材，有效开展高中物理跨学科教学，培养学生的物理学科核心素养。

参考文献：

［1］［2］中华人民共和国教育部 .普通高中物理课程标准：2017年版2020年修订［M］.北京：人民教育出版社，2020.

［3］邓天华，傅敏 .从 2022年高考试题看物理跨学科教学［J］.物理教师，2023（1）：16-19