基于真实情境的高中物理跨学科主题教学实践与反思

引言

目前高中物理教学常侧重于公式推导与习题演练，在一定程度上弱化了物理学科与生活、技术的广泛联系，导致学生难以建立知识的意义感与应用观。随着核心素养教育理念的深入推进，如何利用真实情境提升学生综合能力，成为教学改革的重要议题。本文试图引导学生在解决实际问题的过程中实现知识融会与思维升华，为物理教学创新提供一种可行视角。

一、真实情境与跨学科融合的教学设计原则

（一）情境的真实性与关联性

情境的真实性是激发学生探究欲望的首要前提。这意味着我们所选取的场景或问题，必须是客观存在、学生能够直接或间接感知到的，而不是凭空虚构的理论模型。例如，分析新能源汽车的续航里程、探讨桥梁不同结构所承受的力学负荷、或是研究家用空调的制冷原理，这些都是学生可能听过、见过甚至体验过的真实科技产品或现象。选择它们，可立刻建立起学习内容与现实世界的有意义连接，让学生感到物理并非遥不可及的理论，而是解释周围世界的有力工具。但如果情境过于复杂，涉及大量学生尚未掌握的物理原理，或者与教学目标关联甚微，就容易导致教学重心偏离，学生陷入无关细节而忽略了物理本质。因此，教师需要精心甄别，确保所选情境能够精准、典型地承载和反映出本节课需要突破的核心概念，使情境真正成为学习物理知识的肥沃土壤。

（二）学科交叉的自然性与有效性

跨学科融合的最终目的，是为了更完整、更深刻地认识和解决实际问题，而现实中的问题本就很少是单一学科能够完全覆盖的。因此，在物理教学中引入其他学科的知识，应追求一种水到渠成的自然性，其评判标准是看它是否为解决当前物理问题提供了必要的、无法替代的支撑。物理学科应始终占据教学的主体地位，其他学科的融入是因为解决问题的逻辑链条延伸到了那里。例如，在进行精确的物理计算时，更深入的数学函数和图像分析就成为了不可或缺的工具；在理解了某个物理定律后，探讨其在工程技术中的具体应用，则是理论联系实际的必然延伸；而评估一项技术的社会影响或伦理边界，又会很自然地引入人文社会的视角。这种融合是以物理问题为内核，向外有机地生长出跨学科的枝叶。

二、教学实践案例：以“汽车刹车系统中的动力学分析”为主题

在讲授人教版高中物理“牛顿运动定律”单元时，我们设计了“汽车刹车系统中的动力学分析”这一跨学科教学主题。该主题旨在引导学生将抽象的物理定律置于一个熟悉且至关重要的真实技术背景中进行探究，实现知识学习与价值引领的双重目标。

（一）情境创设与问题提出

教师通过播放一段包含不同路况下汽车刹车场景的视频，迅速将学生带入一个共同的生活体验中。然后提出一个开放性的核心问题：“哪些因素决定了汽车的刹车距离？”学生基于日常观察和生活经验，能够踊跃提出多种猜想，例如汽车的速度、路面的湿滑程度、轮胎的花纹，甚至包括驾驶员的反应快慢。教师此时引导学生对这些因素进行初步归类，区分出属于物理范畴的（如速度、摩擦力）和属于生理及社会范畴的（如反应时间、交通法规）因素。接着，将讨论聚焦到物理核心问题：“如果我们忽略反应时间，单从车辆开始制动到完全停下的物理过程来看，刹车距离究竟由什么决定？如何用我们已学的物理定律进行精确的定量描述？”这一系列提问自然而然地引出了本章节的核心——牛顿第二定律（ F=ma ）及其在运动学中的应用，为学生接下来的定量探究确立了明确的目标和强烈的求知动机。

（二）跨学科探究与知识整合

确定研究方向后，学生首先建立物理模型：将刹车过程简化为车轮被抱死后的匀减速直线运动，其加速度由滑动摩擦力提供。他们需要推导出刹车距离（s）与初速度（v）、动摩擦因数（μ）之间的函数关系式（ s=v²/2μg ）。这一推导过程本身就是物理与数学的深度结合，学生必须熟练运用运动学公式和牛顿第二定律，并完成公式变形。

紧接着，学生被要求以初速度或摩擦因数为变量，绘制出刹车距离的变化曲线图。通过分析函数图像，他们能直观地认识到速度平方与刹车距离的正比关系，从而深刻理解“十次事故九次快”背后的科学原理，远超机械记忆定律条文的效果。接着，教师适时引入汽车防抱死系统（ABS）这一工程技术。通过动画演示和原理讲解，学生明白了 ABS 通过高频点刹防止车轮完全抱死，不仅能提供最大静摩擦力缩短刹车距离，更能保持转向能力。这让学生体会到，一个优秀的工程解决方案正是基于对物理定律的深刻理解并将其创造性应用，从而突破了理论模型的局限。

最后，课堂讨论回归到人文与社会层面。基于计算出的理论刹车距离，再引入驾驶员平均反应时间（约 0.5-1.5 秒）及此段时间内的匀速运动距离，学生能更全面地评估安全车距。讨论由此扩展到道路交通安全法规的制定依据、驾驶员素质以及车辆安全技术发展对社会产生的积极影响。这使得整个学习过程超越了纯粹的物理计算，升华为对生命安全与社会责任的综合思考，实现了知识、能力与价值观的有机整合。

三、实践成效与教学反思

总体来看，本次以“汽车刹车系统中的动力学分析”为主题的教学实践取得了较为显著的成效。学生不再将牛顿定律视为孤立的公式，而是在真实情境中主动运用物理、数学等多学科知识构建模型，深化了对知识本质的理解。他们在探究中不仅掌握了定量分析方法，更通过 ABS 技术原理和交通安全讨论，体会到物理知识与工程技术、社会责任的紧密联系，综合素养得到有效提升。然而，实践过程也反映出一些需解决的问题。例如，跨学科教学要求教师具备更广的知识面和更强的课堂驾驭能力，否则容易陷入“博而不精”的困境。同时，如何合理把握物理教学的深度与跨学科拓展的广度，以及如何设计科学有效的评价体系来全面衡量学生在跨学科学习中的表现，仍是目前教学中面临的现实挑战。

参考文献

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[2] 张小云 . 新课标背景下高中物理跨学科实践教学模式的构建研究 [D]. 陕西理工大学 ,2024.

[3] 杨高旗 . 融入跨学科素养的高中物理项目式教学设计与实施[D]. 四川 : 四川师范大学 ,2024.