從學業要求看物理課程跨學科實踐的育人價值

張棟林 葉素萍 王筱妍 孫 晉 萬 勇

(青島大學物理科學學院 山東 青島 266071)

核心素養學科育人價值的集中體現,是學生在未來個人生活中和適應社會發展所需要的必備品格和關鍵能力,素養的形成,不僅是個人的需要,也是社會的需要,因此素養培養的過程要加強學生認識物理學科與自然、生活、社會之間的關系.《義務教育物理課程標準(2022年版)》(以下稱新課標)把“跨學科實踐”列為一級主題,一方面體現了物理學科的實踐性,另一方面凸顯了物理學科的育人功能,在物理教學中增加“跨學科實踐”內容,促進學生核心素養的形成和發展.

新課標對“跨學科實踐”提出了明確的學業要求,對學生在完成該模塊學習后,應具備的能力和達到的學習水平進行了描述,而核心素養內涵也表明了學生發展所需的品格和能力.因此將學業要求的內容與物理學科核心素養的內涵拆分,對應比較,可以看出“跨學科實踐”如何在核心素養的形成和發展過程中起到促進作用.

1 學業要求與核心素養

1.1 學業要求對應的物理觀念

將學業要求(1)和新課標中物理觀念的內涵進行拆分、對應,得到對應關系如圖1所示.

圖1 學業要求與物理觀念

“觀念”一詞包含眾多的下位概念[1],如生物學科的“生命觀念”、化學學科的“化學觀念”、地理學科的“人地協調觀”等.物理觀念是“觀念”按照學科分類的眾多下位且重要概念之一,培養目的是形成對“物質”“運動和相互作用”“能量”等物理領域觀念的總體認識.而跨學科實踐強調的“綜合認識”,不僅是本學科觀念綜合,還是對眾多學科觀念的綜合,是為了在實踐中形成對多學科觀念的整體認識.通過跨學科實踐,不僅可以形成對物理觀念的總體認知,而且在學生綜合多學科觀念參與實踐的過程中,對物理概念規律的提煉和升華有促進作用.

新課標將“物理學與社會生活”“物理學與工程實踐”“物理學與社會發展”設為二級主題,一方面不再局限于單從物理學視角解釋和解決問題,而是融合物理及其他領域;另一方面不只關注自然現象和實際問題,將與健康、安全有關的生活問題,簡單的工程與技術問題,能源、環境等熱點問題涵蓋在內,培養跨學科解決問題的能力.

綜上,“跨學科實踐”既在本學科知識的綜合運用中促進物理觀念這一基礎素養的形成和發展,其學業要求又將這些作用衍生拓展,外延至其他學科,培養的是學生認識多種學科知識觀念,跨學科解決問題的能力.

1.2 學業要求對應的科學思維

將學業要求(2)和新課標中科學思維的內涵進行拆分、對應,得到對應關系如圖2所示.

圖2 學業要求與科學思維

科學思維包含“模型構建”“科學推理”“科學論證”“質疑創新”4個要素.通過圖2比較可知學業要求中,“在跨學科實踐中嘗試找出影響活動成效的主要因素,能用簡單的模型解決問題”能夠培養模型建構能力;“利用歸納或演繹方法對跨學科問題進行推理,獲得結論”培養學生科學推理的能力;“基于證據說明操作的合理性,能在操作中獨立思考,提出自己的見解”培養學生的科學論證和批判質疑能力[2].

綜上,二者表述上相同之處在于都重視利用“歸納演繹”“分析綜合”等科學方法進行推理,且都強調論證和質疑的“證據意識”,不同之處在于“跨學科實踐”在培養學生的過程中研究視角不局限于物理學,主題更加開放,研究因素更加寬泛.總之,“跨學科實踐”學業要求中希望學生能夠達到的水平和科學素養內涵中學生應具有的能力相通,是在更廣闊的視角下培養學生科學思維這一核心素養.

1.3 學業要求對應的科學探究

將學業要求(3)和新課標中科學探究的內涵進行拆分、對應,得到對應關系如圖3所示.

圖3 學業要求與科學探究

對比學業要求內容和科學探究內涵,可以發現,前者強調“實踐”,而后者強調“實驗”,雖然教學手段不同,但二者在培養學生能力方面是一致的,由圖3可知,兩者都包含:提出問題、形成猜想與假設的能力;設計與制定方案,獲取和處理信息的能力;基于證據得出結論和進行解釋的能力;對過程和結果進行總結交流和反思的能力.涵蓋的要素相同,都包括:問題、證據、解釋、交流.這樣一系列過程是進行科學探究活動必備的,跨學科實踐也是以此過程為線索開展探究,達到促進素養發展的目的.

以往物理教學中培養學生的科學探究能力,多用實驗探究的形式,新課標中跨學科實踐的加入,為學生科學探究能力的培養提供了新的想法和道路.教師可以通過設計跨學科實踐方案,如“探究式”或“項目式”跨學科實踐活動,培養探究能力,也可以在傳統的實驗教學融入跨學科理念,利用現代科技,或與各學科知識相融合,運用恰當的教學方法,促進學生科學探究素養的形成和發展.

1.4 學業要求對應的科學態度與責任

將學業要求(4)和新課標中科學態度與責任的內涵進行拆分、對應,得到對應關系如圖4所示.

圖4 學業要求與科學態度與責任

科學態度與責任作為物理核心素養的重要組成部分,不僅是高中學段各理科課程中的共同素養要求,也是學科育人價值的最終體現[3],包含“科學本質觀”“科學態度”“社會責任”等要素.由圖4可知,雖然在表述上,“跨學科實踐”更多關注的是物理與人類生活、工程實踐、社會發展;“科學態度與責任”強調了解科學、技術、社會、環境之間的關系,但是在這里二者沒有明確的界限,是相互交叉融合的.“跨學科實踐”在育人方面的價值表現跟科學態度與責任部分相似,最終都要形成科學實踐和探究的內在精神品質,保護環境,推動可持續發展的責任感,具備實現中華民族偉大復新的擔當和民族自豪感.

但是總體來說,科學態度與責任的內涵比“跨學科實踐”學業要求涵蓋得更廣,因為對“科學本質觀及科學倫理”方面,學業要求并未給出具體描寫;“科學態度”方面,核心素養要求更高,除了強調內在的探索動力,還要求形成實事求是、嚴謹認真的科學態度.這就需要教師在利用跨學科實踐培養學生科學態度與責任的過程中,注重科學本質,設計出更加科學全面的方案.

通過以上分析可以發現,學業要求是以核心素養4個內涵及其要素為主要維度進行劃分和表述,相較核心素養的上位、抽象,學業要求的操作性更強.以跨學科實踐作為新的教學手段,幫助學生形成和發展核心素養,促進物理課程育人目標的達成.

2 達成學業要求的思考及建議

學業要求是新課標對于學生完成“跨學科實踐”模塊的學習后,應該達到的能力水平的具體要求.通過上述分析,為使學生達成學業要求,對教師實施跨學科實踐提出一些思考和建議.

2.1 提高跨學科實踐的綜合性

通過對學業要求(1)的分析,可知“綜合性”是跨學科實踐活動的主要特點之一,為促進學生達到學業要求,對跨學科實踐的綜合性有以下幾點思考.

(1)跨學科實踐主題的創設應凸顯多學科知識的綜合性[4].因為日常生活、工程實踐、社會發展中的問題,是蘊含多種學科因素的.綜合多學科知識,能為實際問題提出更有效的方法.為解決以往分科教學帶來的學生學科知識斷裂,解決實際問題能力不強等問題,加深學生對自然界和人類社會的全面認識,跨學科實踐應綜合多種學科的知識觀念.如讓學生觀察“雙彩虹”現象,調查探究國內特殊虹現象的形成原因和地理分布,能讓學生對物理光現象和地理氣候分布產生綜合認識.

(2)跨學科實踐應該保證培養能力的綜合性.學業要求對應核心素養的4個部分,它們是一個有機的整體,相互聯系,教師應注重在一項跨學科實踐活動中要有多個能力的鍛煉和培養.如在教授“能量的轉化和守恒”時,可以引入“探究古代水車如何實現農田灌溉”的跨學科實踐活動.學生通過查閱資料,解釋其工作原理,深化能量觀念;小組合作制作水車模型,培養模型建構和合作交流能力;見證古代勞動人民偉大的智慧和創造力,養成環保意識,為我國古代科技發明感到自豪.

(3)跨學科實踐需要教師之間緊密合作.在分科授課的大背景下,只由單門學科教師設計方案,實施過程可能存在缺陷,不僅需要教師對跨學科內容深度挖掘,還需要多學科教師緊密合作,組成項目組.學科教師完成課程的獨立設計后,將設計初稿提交項目組內研討,通過闡述、分析、挑選、修正、整合完善設計[5].教師之間互通有無,分享教學智慧,提高跨學科教學能力,推動學生達到學業要求.

2.2 通過跨學科實踐促進本學科知識學習

結合學業要求(2)的分析,可知跨學科實踐是在蘊含多因素、多學科視角的實踐活動中發揮物理課程的育人功能,新課標的跨學科實踐是為了更好地培養物理學科的學科核心素養,即無論從物理向外跨多遠,最終完成的是物理課程要到達的育人目標.因此跨學科活動內容設計時,教師要以物理學科為背景、物理知識為出發點,融合化學、生物、材料等學科,最后的結果要回到物理[6],也就是說,跨學科實踐是為解決物理問題提供更廣闊的視角,目的是深化物理知識,培養物理技能.

例如物理與音樂跨學科實踐開展“吉他演奏中物理技巧”,教師帶領學生了解樂音的特征及吉他的結構,明白吉他如何發聲;參與吉他調音,探究琴弦的橫截面積、松緊程度與音調的關系;嘗試通過改變一根弦的振動頻率彈出7個音符;練習簡單曲目,展示及評價等一系列活動任務,最終目的是讓學生明白“旋鈕調音”“升品變調”“琴弦振動”“琴碼傳導”“琴箱共鳴”等樂器演奏中的物理原理,加深學生對“聲音的產生和傳播”“振動”“機械波”等物理知識的了解[7].

2.3 在實驗探究中融入跨學科元素

通過對學業要求(3)的分析,實驗探究和跨學科實踐都具有“實踐性”的特征,雖然二者實施手段不同,但在育人方面功能一致.為培養科學探究能力,教師將二者結合,在實驗探究中融入跨學科元素具有必要性[8].

首先物理學是一門以數學為工具的學科,物理量關系的表達,數據的處理都是以數學為基礎的,增強學生數學運算能力有助于探究過程的順利實施.

其次現代科技的發展帶動著物理實驗的變革,用各類傳感器、仿真模擬實驗平臺等先進技術設備優化傳統實驗,增強實驗的準確性和規范性,讓學生體會科技發展帶來的影響.

再次,物理實驗涉及和揭示的物理規律與日常生活、工程實踐密不可分,引入跨學科內容可將知識聯系實際,如結合調查生活中摩擦力的防治與利用,探究滑動摩擦力的影響因素,便于實驗教學活動的實施和學生對知識的內化.

最后,實驗教學引入物理學史與課程思政相結合,講解國內外科學家生平事跡和歷史上的科研事故,培養學生持之以恒、實事求是、嚴謹認真的科學態度和遵守科學道德的意識.

2.4 在跨學科實踐中滲透科學本質

通過對學業要求(4)的分析,跨學科實踐中需滲透科學本質.科學本質的教育是提升學生科學素養的核心,關于“科學本質”是什么,傳統的科學本質觀認為科學的本質是科學知識,邏輯實證主義認為,科學的本質主要體現于科學方法之中,建構主義否定知識的客觀性,主張科學的本質即科學探究[9].無論科學本質的內涵怎么變化,科學精神和科學方法是始終如一的.跨學科實踐中滲透科學本質,就是在目標制定、內容選取、活動實施、結果呈現中貫徹科學精神和科學方法.

(1)跨學科實踐的目標要科學、明確且恰當.教師要在目標制定時緊密依靠物理課程理念,落實立德樹人的根本任務;遵循教育基本規律和學生發展規律,發揮跨學科實踐育人價值,致力于培養學生核心素養.

(2)跨學科實踐內容要科學.教師需確保內容與課程目標相適應,以物理知識和方法為基礎,課內與課外相適應[10].緊密圍繞具體的教學內容和教學主體,保證適切性和發展性,合理制定方案,適用于學?？陀^的資源條件和學生現有的層次水平,與時俱進及時更新.

(3)實施過程要科學.教師的方案實施務必規范,合理安排實踐課時、場地;教師參與指導,確保發揮實踐過程的教育功能;強調實踐活動的安全性,循序漸進保障跨學科實踐方案的順利實施.

(4)結果呈現要科學.首先是重視活動成果的呈現和交流,以作品設計、模型制作、撰寫報告等多樣化的形式呈現結果;其次是重視活動成果的評價反饋,教師應當使用科學的評價機制和多樣化的評價方法,自評互評相結合,發揮評價的診斷和激勵功能,促進學生核心素養的發展.

3 結束語

綜上所述,新課標以核心素養4個內涵為維度,對“跨學科實踐”學業要求進行描述和劃分,力求將跨學科實踐作為新的育人手段,實現學生物理核心素養發展.教學中,教師應在團隊合作的同時不斷完善自身能力,通過10%的跨學科實踐[11],以主題為引領,以任務為驅動展開教學活動,結合生活、工程、社會等領域的問題,綜合化學、生物等學科知識,在科學化的實踐活動中,促進物理學科知識的學習和應用,達到發展學生物理核心素養的目的.