数字化转型背景下高中物理跨学科实践理论与推进策略研究

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1673-8918（2025）13-0108-04

数字化背景下，信息技术与高中物理等学科的有机整合以及跨学科的实践活动既可以突破学科界限又可以开阔学生的知识视野，还可以培养学生综合应用多学科知识处理复杂问题的能力，符合新时期创新型和复合型人才的培养要求。但自前数字化转型背景下高中物理跨学科实践尚处在探索阶段，出现了许多亟须解决的问题，如理论基础不牢固，实践推进没有系统策略。因此，对数字化转型背景下高中物理跨学科实践进行理论探索和推进策略研究有着现实意义。

一、高中物理跨学科实践的理论探索

数字化转型背景下，高中物理跨学科实践有坚实而多元的理论依据，从不同视角诠释着自身的合理性和必要性，并为实践活动打下坚实基础。

建构主义理论认为学生并不是被动接受知识，而是积极主动地以自己原有认知结构为依托，与外界环境相互作用建构新的知识体系。在高中物理跨学科的实践过程中，数字化手段给学生营造出一个丰富的交互环境。例如，通过使用虚拟实验室，学生可以独立地进行各种物理实验，并在实验过程中整合化学、生物等相关学科的知识，以解释各种现象和探索其背后的原理，超越了仅仅依赖书籍中的知识描述，而是通过亲自调整实验参数和观察不同学科元素之间的互动结果，实现了物理学科与其他学科知识的有机整合，积极建构跨学科知识网络，这正符合建构主义提倡的积极建构过程，使学习更有深度和自主性。

多元智能理论认为人类智能具有多元性、相互独立性与协同性，由“逻辑一数学”智能、空间智能、人际智能等几个层面构成。数字化转型背景下高中物理跨学科实践，为培养学生多元智能搭建了一个广阔的平台。以学生参与设计集物理原理和信息技术、艺术设计于一体的环保节能装置项目为例，学生利用物理知识构思装置功能，并运用"逻辑一数学”智能准确地计算出有关物理量；用信息技术来实现智能控制，锻炼编程和其他智能；在进行外观设计时，空间智能和艺术审美智能得到发挥，并在项目团队协作的同时促进人际智能的发展。通过这种跨学科实践活动，将不同智能维度激发出来，共同帮助学生获得全面的发展，这与多元智能理论中对多元智能发掘与开发的需求不谋而合。

二、高中物理跨学科实践的价值

数字化转型背景下高中物理跨学科实践从几个层面上展现了重要的价值，不管是对培养学生个体素养还是对全面提高教育教学质量和满足时代人才需求都具有不容忽视的积极意义。

从学生成长的视角来看，跨学科实践有利于全方面促进学生综合素养的提高。传统高中物理教学更加注重物理学科内部知识的教学，跨学科实践则突破学科壁垒，使学生能够接触更为广阔的知识领域。比如，当学生参与一个数字化“智能交通系统的优化”项目时，学生需要利用物理学的力学原理来分析车辆行驶时的受力情况，利用数学知识建立交通流量模型，并在信息技术辅助下对交通信号进行智能调控，这也必须与地理知识相结合，同时兼顾道路规划和其他方面。在这一过程中，学生知识整合能力获得锻炼，能把不同学科知识融会贯通应用于实际问题的解决，开阔视野，批判性思维与创新能力得到发展，处理复杂问题的综合素养得到提高，这为学生将来考人高等学府继续学习或者踏入社会迎接多样化挑战打下坚实的基础。

从教育教学方面来看，数字化转型背景下高中物理跨学科实践促进教学模式创新和教学质量提升。一方面，数字化资源如在线课程、虚拟实验室和仿真软件，极大地丰富了教学内容和教学手段，使得教师能够根据教学目标灵活地选择适合自己的数字化工具，向学生展示更加直观和生动的跨学科知识，如用动画展示物理现象和化学变化之间的联系，有助于学生加深对抽象概念的理解。另一方面，跨学科实践促使教师从单一学科教学向多学科融合教学转变，教师需要不断提升自身跨学科素养，加强不同学科教师间的协作交流，联合设计教学方案，引导学生练习，有利于优化教学过程，使教学更贴近学生的学习需求与认知规律，继而促进整体教学质量的提高，从而使得高中物理教学获得新的生机。

三、高中物理跨学科实践的推进策略

（一）以课程标准为依据进行跨学科融合规划

以数字化转型为背景，以课程标准为依据进行跨学科融合规划，是高中物理跨学科实践得以有序进行的一个重要前提。课程标准为物理学科的各个知识点设定了明确的教学目标和要求，只有以这些为基础，才能科学地将其他学科的知识融合进来，实现跨学科的深度整合，从而提高学生的综合素质。

以高中物理课程标准中的“机械能守恒定律为例，教师在进行跨学科融合规划时，可以将数学学科中的函数图像知识和地理学科中的地势与能量转换相关内容联系起来，在进行教学设计时，首先要根据物理课程标准对机械能守恒定律的掌握要求，确定学生需要理解的定律内容、能够分析物体在不同情境下机械能是否守恒等目标。其次，介绍数学学科的相关知识，通过构造函数图像，指导学生描述物体机械能在时间上或者位移上的变化规律。例如，教师可以让学生以单摆运动为例，使用横坐标来表示摆球的位移，而纵坐标则用来表示机械能，然后绘制出机械能守恒的函数图像，这样可以直观地理解机械能总量保持不变这一抽象概念，同时，锻炼了学生利用数学工具分析物理问题的能力。再结合地理学科知识，探讨自然界中如瀑布水流从高处落下（地势落差引起重力势能的改变）时机械能的转化情况，分析水的重力势能如何转化为动能，以及在这个过程中机械能守恒的体现。通过安排学生现场观察瀑布或观看有关数字化地理纪录片等活动，再利用物理知识分析原理，使学生理解不同学科知识与现实现象的交织和验证。

（二）借助数字工具，扩展物理实验教学

数字化工具给高中物理实验教学提供了空前拓展的空间，它可以打破传统实验中存在的许多限制，使学生能在更加丰富和多样的实验环境下深入探讨物理原理，促进实验技能和科学素养的提高。

例如，在高中物理课程中关于“光线的干涉与衍射”的实验教学环节，由于实验设备的精度和环境条件等多种因素的制约，传统的实验方法往往不能呈现明显的效果，学生很难仔细观察光线干涉条纹的特征和具体的衍射情况。而在数字工具上使用虚拟实验室软件则可以较好地解决上述问题。教师可在虚拟实验室指导学生独立进行实验操作，对光源波长、双缝间距和单缝宽度进行自由调整，并实时观测光线干涉条纹间距和衍射图案的变化，学生可重复做实验，在各种参数下记录相应的实验数据，利用软件自带的数据分析功能绘制条纹间距随各种参数变化的图像，挖掘光线干涉、衍射的规律。又如，在探索“电磁感应现象”实验中，通过数字化传感器及数据采集器使学生能把线圈内感应电动势变化实时收集传送给电脑，利用配套软件清楚地观察到电动势随时间变化的图像，并准确分析了磁通量变化率和感应电动势的大小关系。同时也可以通过动画演示功能对磁场线切割过程进行仿真，有助于学生对电磁感应的微观原理有更加直观的认识。

（三）创建数字化跨学科的学习共同体

构建一个数字化的跨学科学习共同体是推动高中物理跨学科实践进一步深化的有效手段，该共同体利用数字化技术平台突破时间和空间的限制，吸引来自不同学科背景的参与者，通过交流互动和协作分享等方式，达到知识整合和创新的目的，帮助学生跨学科学习。

以“对智能家居系统进行设计和原理探究”作为核心主题的跨学科学习社群，在数字化环境中，物理和信息技术教师、通用技术教师和对这一课题有兴趣的不同年级学生聚集一堂。物理教师从电学和力学的视角深人探讨了智能家居设备，如智能门锁和自动窗帘等的物理原理。学生还讨论了电磁感应在无线充电式智能门锁中的实际应用，以及滑轮组在自动窗帘轨道上节省劳力的原理。在智能家居系统中，信息技术教师将深入探讨网络通信和程序控制的相关知识，例如，如何利用物联网技术来远程操控家中的电器设备和编写代码，以达到不同装置智能联动的目的等。通用技术教师指导我们注意产品的设计和制作过程，并从选材到结构优化都要加以分析。学生都积极地参与到这一共同体的讨论中来，有些学生提出想设计出一种能够根据室内光线强度、温度等因素来实现灯光亮度、空调温度等参数自动调节的智能化控制系统，因此我们就围绕这一构想进行了合作。擅长物理的学生分析了光线传感器、温度传感器的原理及怎样用有关物理量来达到控制目的；信息技术优秀的学生开始编制控制程序；也有学生站在通用技术的角度来考虑装置的外观设计、安装布局等。

（四）发掘生活案例，推动跨学科实践

数字化转型背景下高中物理跨学科实践，发掘生活案例以推动实践活动的开展，是一项行之有效的策略。在生活中到处都包含着大量跨学科的知识，选择贴近学生现实生活的课例，可以使抽象的学科知识生动形象地呈现在学生面前，引发学生的学习兴趣和探索欲望，促使其积极主动地应用多学科知识来分析问题、解决问题。

以“家庭电路改造”这一生活实例为例开展跨学科实践活动。从物理学科角度讲，它涉及电路基本原理，如串联和并联电路特性，电流、电压和电阻有关知识，安全用电规律。学生要知道不同电器接人家庭电路的方法和怎样根据电器功率选择适当电线规格以避免过载和其他安全隐患。从数学学科的角度看，计算家庭电路各支路电流大小、总功率及按电费单价来计算用电成本时，均需应用数学运算知识。比如，学生需要从已知电器功率及电压出发，运用欧姆定律、电功率计算公式来精确地计算电流的值，从而判断电路的安全性，还可以直观了解家庭用电费用组成及计算方式。现如今智能家居系统已经逐步推广开来，将智能控制设备融入家庭电路改造当中也是一种普遍现象。学生可探索如何利用网络技术、传感器技术来达到远程控制电器开关和智能调节电器工作状态的目的，并理解其信息传输和编程控制的原理。教师可首先通过演示部分家庭电路使用不合理导致失效的视频案例，激发学生的好奇心，再组织学生分组调查自己家或者周围家庭的电路状况，利用已学过的多学科知识对其进行分析，并提出合理改造方案，同时借助电路模拟软件等数字化工具验证该方案的可行性。以这样一个生活案例为动力，让学生深刻体会到跨学科知识对现实的重要意义，增强其跨学科解决现实问题的能力。

（五）大数据辅助，实现跨学科教学决策优化

数字化转型背景下，以大数据为辅助对高中物理跨学科教学决策进行优化具有重要意义。大数据可以对学生学习过程中的各种信息进行收集、整理与分析，并对教师进行全面而详细的反馈，使得教学决策更科学、更准确，更符合学生学习需求与发展现状。

以“新能源汽车的原理及应用”这一跨学科的教学为例，教师可以通过在线学习平台来收集学生在学习过程中的各类数据信息，如，学生观看新能源汽车有关教学视频的停留时长和回放次数，这些数据可以体现学生对不同知识点的理解难度。如果观察到大多数学生在多次观看电池能量管理系统原理讲解部分的回放，教师便能明白这正是学生学习过程中的难点，这将有助于教师在后续的教学决策过程中做出更明智的选择，确定加入较多与该部分知识相关的案例分析、动画演示和其他辅助教学内容，帮助学生加深理解。在学生参与线上关于新能源汽车涉及的物理原理（如电动机工作原理）、化学知识（如电池的化学反应）以及信息技术应用（比如智能控制、自动驾驶）等跨学科内容的讨论时，大数据能够对学生发言内容、提问频率等进行分析，了解其整合运用各学科知识的能力和疑惑点。同时通过大数据分析学生在线上完成跨学科作业、项目式学习的结果，比如作业完成准确率、不同学科知识在项目中的使用比例，教师能够准确地评判每一个学生跨学科学习的长处和短处。如果发现学生对物理学科知识和信息技术的整合运用表现薄弱，教师则可以有针对性地安排专项练习活动，以增强不同科目教师之间的合作引导，优化教学方法与内容安排。在大数据助力下，高中物理跨学科教学更有针对性，促进教学质量与学生学习效果提升。

（六）开展线上与线下混合式的跨学科活动

线上与线下混合式跨学科活动的开展可以充分发挥二者的优势，促进高中物理跨学科实践效果的提升。线上线下的互动更具有即时性和直观性，而线上的互动更容易实现资源共享和深度交流，两者互为补充，能够开阔学生的思维边界，提高学生对知识的整合和应用能力，使跨学科的实践更有生机和效果。

例如，“桥梁中的物理与力学奥秘”这一主题，可以线下组织学生实地参观桥梁，让学生直接体验桥梁的构造，并由物理教师在现场详细讲解力的平衡问题、材料力学和其他物理知识，指导学生对不同桥型受力特点进行观察。同时，美术教师对桥梁外观设计中的美学元素进行剖析，使学生能够理解实用和美观相结合的原则。回到线上，借助学习平台进行进一步的探索。学生以小组为单位调阅资料，学习桥梁建造过程中所使用的化学材料相关知识，信息技术对桥梁监测和控制方面的跨学科内容以及编制汇报PPT。随后在网上会议室展示交流，各组之间相互学习，解答问题，各学科的教师在网上发表自己的意见和补充建议。

这一混合式活动使知识更具形象性，线上拓展探究突破了时间和空间的限制，开阔了学生的视野，帮助学生在多学科融合情境下更好地获取知识、锻炼了综合实践能力，有力地促进了高中物理跨学科实践发展。

四、结论

综上所述，数字化转型给高中物理跨学科实践提供了新机遇和新挑战。通过对其进行深入理论探索，并采取合理有效的推进策略，可以在数字化环境中更好地推动高中物理等学科深度融合发展，促进学生综合素养及创新能力的培养。在未来高中物理教学当中，教师要主动迎合数字化变革的需求，不断地完善跨学科实践各环节，从而满足新时期教育发展对人才的需求，助力跨学科思维与实践能力相结合的高素质人才的培育。

参考文献：

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