高中物理跨学科的教学应用实践探讨

前言

在当今科技飞速发展、学科交叉融合日益明显的时代，培养学生的综合能力和创新精神显得尤为重要。物理作为自然科学的基础学科，其跨学科教学应用实践对于学生的全面发展具有不可忽视的作用 [1]。本文旨在深入探究高中物理跨学科教学的应用实践，为高中物理教学提供有益的参考。

一、物理与化学学科融合案例

在物理与化学学科融合的实践中，涌现出诸多精彩案例，充分展现了跨学科教学的独特魅力与价值[2]。从物质结构与性质角度探讨物理化学现象：以电化学中的原电池为例，其背后蕴含着丰富的物理与化学知识交融点。从化学角度看，原电池基于氧化还原反应，不同活性电极材料在电解质溶液中发生电子得失，如锌锰干电池，锌作为负极失去电子被氧化成 Zn²⁺ 进入溶液，而锰作为正极得电子发生还原反应。但这一过程深入分析离不开物理电学知识。电极间存在电势差，驱使电子定向移动形成电流，这遵循物理中电场、电势理论。并且，电解质溶液导电性与离子浓度、迁移速率有关，涉及物理中电荷传输内容。通过融合两学科视角，学生能更全面理解原电池工作原理，即化学反应产生电势差形成电流，而非单一记忆反应式与电流现象，真正掌握知识本质。物理原理在化学实验设计中的应用：在探究化学反应速率影响因素实验里，物理原理助力优化实验设计 [3]。例如研究温度对 H₂0₂ 分解速率影响时，除了传统化学观察气泡产生快慢、测量一定时间内气体体积等方法，可融入物理热学与压强传感器技术。利用热电偶传感器精准监测反应体系温度变化，同时连接压强传感器，实时记录容器内压强改变，将压强变化转化为电信号，经数据采集器传输至电脑分析，得到高精准的反应速率数据。这样，借助物理传感器技术，突破传统单纯依靠肉眼观察、手动计时的局限，使学生直观感受物理工具为化学实验定量化、精细化带来便利，提升实验科学性与准确性，让学生明白跨学科思维在实验创新中的重要性，培养学生综合运用多学科知识解决复杂化学问题的能力，打破学科壁垒，实现知识融会贯通。

二、物理与生物学科融合案例

在物理学和生物学交叉的研究中，将理论联系实际，开拓了同学们的新视野，教师将物理学规律运用到生物学过程中，既可以深化我们对生命现象的认识，又可以促进生物科技的革新和发展，在有机体中，有很多过程是受物理规律支配的，比如，在细胞内和体外的物质传输，包括扩散、渗透及主动输运等，都包含了浓度梯度、电化学梯度以及力的平衡，这一物理学规律有助于我们理解为什么细胞可以保持自身的稳态，以及在细胞膜上有选择地进行物质交换。再如光能转化为化学能（葡萄糖），是一种重要的生物能源，包括光子吸收、电子激发和转移等一系列重要的物理过程。以基因表达过程中的物理机制为例，DNA 双股螺旋的稳定是通过氢键等非共价键作用实现的，其实质就是电磁力，也就是最基础的物理问题之一，RNA 聚合酶在 DNA 模板上进行 mRNA 的合成，其作用是对基因的识别、结合和解离等过程进行精确的物理调控。另一个特别的实例是眼科的视觉成像原理，人眼是一种精密的光学系统，它通过角膜和晶状体等透明材料的折射，把外部事物的光聚集到视网膜上，从而产生“倒置”的实象，这个过程与物理学中的几何光学原理是一致的，视网膜上的光感受器也会把这些信息转换成神经刺激，再经过大脑皮质的加工，最后产生视觉信息，这一系列的研究不仅为生物视觉的形成提供了生理学依据，同时也为物理学中的光学理论在生物体内的应用提供了范例 [4]。

三、物理与信息技术学科融合案例

随着科学技术的飞速发展，物理与信息技术的相互结合已成为促进科学技术进步、促进社会发展的一股强大动力，这一融合，不但表现为基本理论的互相支持，而且还在实践中产生了大量的创新性应用，对人民群众的生活和产业的转型升级起到了巨大的作用。电磁理论、量子力学、固态物理等学科是现代信息技术的重要组成部分，比如，电磁学是电子技术和通讯技术的基石，现代半导体技术、激光技术，都以量子力学为理论依据。随着信息技术的快速发展，物理领域的研究也得到了极大的促进，例如，高性能计算技术为解决复杂物理问题提供了强有力的计算手段，而大数据技术为物理研究提供了大量的数据资源，以医学成像为例，它的发展过程就是物理学和信息科学的结合，早期，X光的发现是以物理学中的电磁学原理为基础，而 CT 的出现，标志着医疗领域的一次重要突破，CT 是一种用 X 光对人体作多角度扫描的方法，由探测器采集资料，经电脑处理后，可获得高分辨的层析成像，在这个过程中，既有电磁波的概念，也有资料的采集、处理、储存、传输等。再比如，物联网就是利用无线射频识别、红外传感器、全球定位系统、激光扫描器等信息感知装置，按照预定的协议，将所有的物体都连接到因特网上，互相交流和通讯，从而达到智能化的识别、定位、追踪、监测和管理的目的，它的关键在于物理和信息技术的深度结合。在这些技术中，传感技术和无线通讯技术是建立在物理基础上的，而数据的收集、处理和分析又离不开高科技，利用物联网技术，可以实现家庭、交通、医疗等多个方面的智能管理，提升人类的生活品质与社会效能 [5]。

结语

高中物理跨学科教学应用实践对于培养学生的综合能力和创新精神具有重要意义。通过构建模块化课程体系、实施多学科融合教学等创新策略，能够有效提高教学效果。教学实例表明，跨学科教学能够激发学生的学习兴趣，提高他们的实践能力和创新能力。

参考文献：

[1] 张磊 . 跨学科概念融入高中物理教学研究 [J]. 数理天地（高中版）,2025(2):130-132.

[2] 吴珍芝 . 核心素养下跨学科融合的高中物理教学策略 [C]// 第三届智慧教育教学与发展论坛论文集. 2024:1-3.

[3] 秦言涛 . 高中物理跨学科教学策略研究 [J]. 数理天地（高中版）,2024(22):90-92.

[4] 高作 . 核心素养下跨学科融合的高中物理教学策略 [J]. 数理化解题研究 ,2024(33):89-91.

[5] 吴钟怡 . 指向核心素养培育的高中物理跨学科教学探索 [J]. 中小学班主任 ,2024(z1):42-44.