指向跨学科素养培养的教学探索

摘要：本文提出，在跨学科教学实践中借助数字化学习工具，能激发学生跨学科意识；在融合“数理信”科学探究中，需启迪学生跨学科思维；在跨学科实践过程中应注重构建“科技力”学习方法，助力学生实现跨学科创新。

关键词：信息科技；跨学科素养；科技力；跨学科创新

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2024）06-0071-03

“跨学科”是指超越单一学科边界，涉及两个或两个以上学科知识与技能、思维与方法、观念与原理等，综合运用多学科课程相关内容解决实际问题的一种高阶思维方式。跨学科素养是在真实多维教学情境下关联两门或两门以上学科融合而成的超越特定学科核心素养的共性素养，所以跨学科素养具有情境性、融合性以及创生性，是黏合学科核心素养的“黏合剂”，是激活学科核心素养的“催化剂”，是发展学生核心素养的“助推剂”，也是培育学生从具备学科核心素养到生成核心素养的关键“链条”环节。在《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》（以下简称“信息科技新课标”）的课程内容部分，各学段都设置了“跨学科主题”项目学习；在《义务教育物理课程标准（2022年版）》（以下简称“物理新课标”）的课程内容部分，单独设置了“跨学科实践”主题学习，并在附录中设置“跨学科实践案例”。因此，笔者基于信息科技新课标与物理新课标的跨学科教学内容进行教学实践，以期培养学生的跨学科素养。

借助数字化学习工具，激发学生跨学科意识

1.数字工具助力学习

物理新课标倡导教师合理运用信息技术，立足于物理课堂教学实施跨学科深度学习与科学探究。在初中物理教学中，在探究“欧姆定律”实验时，教师借助智慧课堂，引导学生利用Word文档设计实验报告，优化版面；在探究“欧姆定律”仿真实验时，运用Excel电子表格记录数据、绘制图表、分析数据、观察折线图与散点图变化趋势；各小组美化图片，制作课件展示汇报；在线利用腾讯问卷收集各小组评价结果……这些，都充分体现了数字化学习工具助力物理智慧课堂自主学习、协作探究、合作研讨以及师生评价的跨学科学习过程。

2.DIKW模型建构过程

教师的科学引导与协助启发，能激发学生进一步思考“欧姆定律”仿真实验：领悟数据、信息、知识与智慧（简称“DIKW”模型）相互之间的内在关系。数据是现实世界客观事物的符号记录，也是学生在“欧姆定律”仿真实验探究过程中记录、收集的实验证据中的一种。信息是经过数字化学习工具加工处理，具有实际物理意义的数据。教师提醒学生在进行“欧姆定律”仿真实验时，要将数据记录在正确的电子表格上（当电压一定时，按照电阻与电流对应关系记录），并加上正确的单位符号，这样才表示具有物理意义的信息。知识是学

智慧是在科学探究的基础上创造性地运用学科知识解决实际问题的创新思维能力。在进行“欧姆定律”仿真实验数据的采集、分析、建模和验证仿真实践的过程中，应引导学生思考：仿真实验数字图表与通过实践操作呈现出来的实验数据图表获得的结论是否一致？电流表外接或内接对实验数据采集会产生偏大还是偏小的影响？此时误差的影响如何最小化？这些科学数据的呈现体现了物理学科的本质，学生只有经历过真实情境问题解决才能掌握“欧姆定律”的真正含义，进而才能对数据进行分析，从而发现其中的科学规律，获得知识，生成智慧。

融合“数理信”科学探究，启迪学生跨学科思维

1.真实情境，启迪思考

“一个粉笔头轻轻抛出”这一真实情境，实质上是对抛体运动规律的探究，目的是激发、启迪学生创造性地利用数学、物理、信息科技（简称“数理信”）等学科的相关知识解决真实情境下的劣构问题，从而培养学生的跨学科思维。跨学科思维是通过解决复杂情境下的劣构问题，从而进行科学建构形成的，是利用多学科知识与技能、思维与方法、观念与原理等，综合运用多学科课程相关内容进行“强度”关联与“力度”思考，创造性提出解决复杂劣构问题的创新思维能力，也是布鲁姆认知目标由低阶思维（知识与领会）发展到高阶思维（应用与分析、综合与评价）的螺旋上升过程。

2.学科融合，实践探索

“一个粉笔头轻轻抛出”是真实情境下的复杂劣构实际问题，在解决此类物理问题时应引导学生转换思考方式，运用跨学科思维解决实际问题。

①水平方向。假设“一个粉笔头轻轻抛出”是水平抛出，此时速度是，并且不受重力与空气阻力。此状态为理想状态，目的是引导学生用数学的眼光观察现实世界，进行抽象建模，即“数理”融合。粉笔头前进距离，一直匀速前进，实质上是水平方向前进距离（x）关于时间（t）的一次函数。

③运动合成。粉笔头真实运动轨迹是水平方向与竖直方向的运动合成：

一个粉笔头在水平方向上与竖直方向上的运动是横坐标x与纵坐标y关于任意时刻t的位置轨迹的拟合。

“一个粉笔头轻轻抛出”运动轨迹的描述运动方程是数学抽象思维与物理科学思维在“抛体运动”实践探索实验中的学科思维融合，这是跨学科教学的核心，也是跨学科思维形成的关键。但是，“一个粉笔头轻轻抛出”真实运动轨迹的数字化模拟仅凭数学抽象思维与物理科学思维融合还不够，还需要借助信息科技计算思维的算法设计。

3.Python编程，成果呈现

如何基于学科融合视角科学探究“抛体运动”轨迹模拟？可以针对“一个粉笔头轻轻抛出”的运动轨迹方程设计算法，即Python编程，成果呈现。

假设初速度，水平抛出，重力加速度g=10，时间t=0，拍照数量pic_num=10，时间间隔interval=0.1，放大倍数mult=50，起始点坐标位置，则“平抛运动”轨迹方程模拟Python编程，成果呈现。

（1）水平方向：匀速直线运动

粉笔头在水平方向上是匀速直线运动，轨迹方程为，轨迹模拟Python编程代码如图1所示。

（2）竖直方向：自由落体运动

（3）运动合成：平抛运动

粉笔头真实运动轨迹是平抛运动，轨迹方程为：

平抛运动轨迹模拟Python编程代码如图3所示。

（4）代码测试，成果展示

学生在融合数学抽象建模思维与物理科学思维的实践探索基础上，设计算法，构思设计，创作“抛体运动”轨迹模拟数字化作品，并进行测试运行。成果展示如图4所示。

构建“科技力”学习方法，助力学生跨学科创新

跨学科教学如何培养学生的跨学科创新？笔者认为，只有指导与协助学生在跨学科学习实践探索过程中构建“科技力”的学习方法，才能助力学生进行跨学科创新。“科技力”是“科学”与“技术”融合创新的“源动力”，包括学习力、实践力、领悟力以及创造力。

①学习力。学习力是跨学科创新的核心动力，是基础，是起始阶段。学习力的培养关键在于学生想不想（意识）、愿不愿（态度）、能不能（能力），即学习力包括学习意识、学习态度与学习能力。

②实践力。实践力是跨学科创新的关键能力，是提升，是探索阶段。实践力的核心要素是敢于尝试、勇于探索、善于实践及勤于反思。

③领悟力。领悟力是跨学科创新的内在驱力，是源泉，是顿悟阶段。领悟力是学生学习与成长的内驱力，是跨学科学习意识进一步创新的源泉，是内化、建构跨学科原理与跨学科思维的最高境界，是跨学科素养培养的核心要义。

④创造力。创造力是跨学科创新的内在活力，是锤炼和物化阶段。数字化作品的创作是信息科技与物理课程融合创新的结晶，也是跨学科学习从理论建构到实践探索的形成阶段，是最能体现跨学科特征的学习创造能力。