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跨学科思维在初中教学中的应用浅析
——以沪教版初中物理与生命科学为例

2020-04-07

中学课程辅导·教学研究 2020年32期
关键词:跨学科杠杆物体

传统学习过程局限于特定学科的范围内,而实际问题往往需要对众多知识进行综合运用。我国教育部《关于全面深化课程改革落实立德树人根本任务的意见》明确指出,“要在发挥各学科独特育人功能的基础上,充分发挥学科间综合育人功能,开展跨学科主题教育教学活动,将相关学科的教育内容有机整合,提高学生综合分析问题、解决问题的能力”。作为一线的初中教师,笔者在同时执教初中物理和生命科学两门学科时,深感跨学科思维培养的重要性与跨学科教学带来的优势。初中学生活泼好动,好奇心强,对物理和生命科学等探究性、实验性的课程有着与生俱来的求知欲,跨学科教学有助于提升学生学习的积极性,建立良好的学习氛围。

一、沪教版初中物理、生命科学的知识结构

初中物理课程分为四个主题:物质、机械运动、电磁运动和能量。生命科学初中阶段的教学内容包括四个主题:人体、健康、生物的主要类群和生态系统。六、七年级学生学习《科学》课程,为初中高年级的进一步学习打下了坚实的基础,而在八年级同时开设初中《物理》与《生命科学》课程,为这两门学科间的融合提供了时间优势。

二、跨学科教学的内容

1.跨学科实验研究方法的类比教学 物理与生命科学都是以实验为基础的自然学科,强调通过动手实验获得知识与规律。初中所涉及的很多物理知识只是对几种相关变量之间关系的考察,掌握“控制变量法”对学好物理至关重要;生命科学实验中,以“单因子变量”原则最为基础和核心。这两种实验方法或原则,本质上都是探究其他因素(变量)不变的情况下,某个因素(变量)单独发生变化对研究对象的影响。通过这种方法,我们可以将部分复杂的问题分解成若干个小的问题进行探究,有利于问题的实际解决。

2.跨学科知识目标培养的交叉教学

⑴长度测量的比较标准——从人体到测量工具。人体的很多结构都曾作为长度测量的比较标准,如“腕尺”(从肘到中指端的距离)就作为长度的单位在埃及等国家广泛流行。埃及还发明了金属棒,用以表示皇家的腕尺(约等于20.59 英寸)和短腕尺(约等于17.72英寸),这种棒就是现代尺子的前身。除此之外,成年人的一拳宽约相当于10 厘米,拇指指甲盖的宽度约为1 厘米等,都可以作为人体随身携带的长度比较标准。

⑵声波与听觉。声音是由物体振动产生的,空气等介质粒子作为传播声波的媒介,将发声体的振动形式传递到人体声波接收的器官——耳。人耳由外耳、中耳、内耳三部分构成,其中内耳中有耳蜗,负责将收集到的声音信号传递至大脑。大脑是人体神经调节的最高级指挥官,人体到感觉是在大脑皮质中产生的,当声音信号传递到大脑的听觉区时,人就听到了声音。

⑶凸透镜成像与视觉的结构基础。根据光的折射原理,凸透镜成像的规律有5 种性质,分别对应5 种不同的物距区间。人的眼睛是一架天然的照相机,角膜和晶状体共同作用相当于一个凸透镜,晶状体把来自于眼前物体的光会聚到视网膜上形成一个倒立的像,视网膜相当于光屏。视网膜有130 多万个感光细胞,能把感受的光信号通过视觉神经传递给大脑,这些信息被大脑处理后,我们就看到了物体正立的像。

⑷人体中的杠杆。杠杆是能够绕着固定点转动的硬棒,它是初中物理的理想模型之一,生活中符合其定义的物体都可以当作杠杆进行受力分析。人在运动时,身体的某些部位也可抽象为杠杆:用前臂托起物体时,人的前臂相当于一个费力杠杆;人在做俯卧撑时,可以把脚当作支点,而此时人的重力则充当了阻碍杠杆转动的力——阻力。

⑸压强与人体。液体(或气体)会对处于其中的物体产生压力的作用,物体单位面积受到的压力大小称为压强。人生存环境中的大气压值约为1.01×105Pa,人之所以没有被压扁,也没有感受到大气压的存在,是由于人体内部也存在着压强(如肺气压和血压等)。人的呼吸依赖于体内外的压强差,膈肌的上下运动导致胸腔中的压强变化,肺中的气体就被吸入和呼出。更有趣的是,人体还靠大气压来连接四肢并把腿和上身连接起来,人之所以没有感觉到两条腿的沉重,是因为股骨和髋骨中间有一个天然的“马德堡半球”。所以,人体与大气压有着不可分割的密切关系。

⑹人体的密度。水是生命之源,生物体的平均含水量可达60-90%。我们常常取水的密度作为人体的密度值。例如,我们可以将人体抽象为一个正柱体(从上到下横截面积均相等的立方体),利用正柱体的压强计算公式p=ρgh,只需测出人的身高,就可以方便地估算人体双脚站立时对地面产生的压强大小。

三、结语

对于自然学科来说,对同一知识点掌握的难度会随年级的增长有所增加,从而在小学自然、初中科学的基础上细分出具体的科目,但对某一现象的分析从来都不会限定在特定的学科范畴内。教师在教学过程中,应当逐渐养成善于与其他学科相融合的思想,有利于培养学生综合分析问题的能力。这就对教师的知识储备有了更高的要求。

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