利用“学科整合模式”优化初中物理教学

松江区教师进修学院附属立达中学高彦芳    2009-12-01 12:13:00

   摘要：学术界将语言学、文学、历史学、哲学、考古学、艺术史等作为人文学科，数学、物理、化学、天文、地理等作为自然科学。现有的中学课程根据这两种科学文化范围具体细分为三大类学科：第一类是文科，包括语文、政治、外语、历史；第二类是理科，包括数学、物理、化学、生物、地理、计算机；第三类是艺体科，包括音乐、体育、美术。随着上海二期课程改革的推进，教学目标细化了，“两纲”教育进课堂了，信息技术用得多了，这对初中物理教师要求更高了。我们要综合运用各学科的知识、技能与方法，适时将这些渗透于初中物理教学中，为学生提供知识丰富、视野开拓的课堂。从学生角度来讲，学科整合有利于对学生多种思维能力、实践能力和创造能力的培养。“学科整合教学模式”为师生的双边活动提供了一个良好的方式和舞台，进而实现初中物理课堂教学的优化。

关键词：学科整合 初中物理 教学 优化

一、初中物理与其他理科之间的教学整合

有句话曾经很流行：“学好数理化，走遍天下都不怕”，这代表了一个时期的文化价值取向，也说明，理科“学之有用，用之有益”。物理与其他理科知识方法的交叉、连接使得两类知识在互相融合时得以丰富和拓展，并加强了知识的生命力。

（一）初中数学知识方法与初中物理教学的整合

初中物理的原理、定律、图像，数学的公式、方程式、函数图像，这些特殊的语言符号有相通之处，而数学作为物理学的工具在知识整合中起着重要的作用。下面简单举几个例子。

1、用正比例图像描述匀速直线物体的运动。

初二物理教材中“路程—时间图像”是物理图像中最简单的一种。教师指导学生根据小车作“匀速直线运动”时打点计时的纸带，选取比较清晰的一段作为研究对象，每五个0.02秒的时间间隔作为一个计数点，用刻度尺量出两个计数点之间的距离，在坐标纸上用描点法画出“路程—时间图像”。学生马上发现，呈现在自己眼前的就是一个正比例函数图像，师生一起复习正比例函数的图像及其性质，其中k=y/x，正比例系数k是一个常数。经过对比，可知作匀速直线运动的物体通过的路程与所用的时间成正比，s/t也是也个常数，即v=s/t，说明“匀速直线”的意思就是运动方向和运动速度的大小都不变的运动。

关于“s—t图像”在上海初中物理试行二期课改教材后的2004年中考开始每年都有所考察，尤其是两卷合一后的2009年中考物理试卷的第8题，要求学生对物理图像的理解能力和数据的计算能力都提高了。

与“路程—时间”图像类似，初中物理教学中的“电流—电压”图像、“质量—体积”图像等，也是正比例函数图像。另外，热学知识中，“水的沸腾图像”、晶体与非晶体熔化（或凝固）的“温度—时间”图像，也都生动的描述了其温度随时间的变化的规律。

物理图像能把数据直观化、形象化，初二、初三的学生结合已有的数学知识能从中快速分析出其规律，利用图像掌握初中物理概念的形成过程，深化物理知识的内涵。教师在教学中要引导学生如何用描点法画图像，重点把握学生对图像的体验，理解图像表面和深层的含义，为高中阶段的各种图像的教学打好基础。

2、用数学分式性质求解变化的物理量间的关系。

析：在右图所示的电路中，电源电压保持不变。闭合电键S，当滑动变阻器的滑片P向右移动时，电压表V的示数将________，电流表A1与电流表A示数的比值将________。(均选填“变小”、“不变”或“变大”)

此题考查并联电路电压、电流特点，滑动变阻器的作用，以及结合欧姆定律分析支路、干路中电流的变化关系。在初中阶段知识要求电源是理想电源，电源电压保持不变，因为是并联电路，电压表的示数就是U1=U2=U，所以电压表的示数不变。电流表A1的示数是I1=U1/R1，U1不变，滑片P向右移动，R1接入电路中的阻值变大，所以I1变小；电流表A的示数是I= I1+I2，其中I2=U2/R2，U2不变，R2是定值电阻，阻值不变，所以I2不变，则I变小。

那么电流表A1与电流表A示数的比值I1/ I将怎么变化呢？对于I1/ I，分子变小，分母也变小，这是不能确定它们的比值关系的。此时，数学工具就有用了，将数据代入，I1/ I=I1/ （I1+ I2），将分子分母同时除以I1以后整理出I1/ I=1/（1+ I2/ I1），I2不变，I1变小，所以I2/ I1变大，分母（1+ I2/ I1）变大，I1/ I=1/（1+ I2/ I1）变小，结果是电流表A1与电流表A示数的比值将变小。

还有一种更简洁的方法，先求倒数，I1/ I的倒数I/ I1=（I1+ I2）/ I1=1+ I2/ I1，同理求解I2/ I1变大，1+ I2/ I1变大，则I/ I1变大，再求倒数I1/ I则变小。如果学生在初中阶段的数学学习中没有踏实掌握初中数学中的分式的性质、规律和计算技巧，不会贯通，就不容易在紧张的考试中想到这些求解方法。

实践证明，单独的物理知识离开数学运算，是很难得出最后的物理规律的。初中物理的学习离不开数学大量的加、减、乘、除运算。同时，初中物理学教中，经常用两个物理量的和、差、乘积、比值来引出新的物理量，解释物理现象产生的原因，如，用压力与受力面积的比值定义压强p=F/S；如，证明浮力产生的原因是液体对浸在其中的物体下表面竖直向上的压力与对物体上表面的竖直向下的压力之差F浮=F下—F上。

初中物理教学中最需要培养初中学生对数据的计算能力、运算处理能力、分析归纳得出普遍规律的能力，所以在初中物理学科教学中引用借鉴数学知识、方法以利于本学科知识的理解与掌握，同时对初中物理学科的知识、方法起到巩固和深化的作用。但同时也要注意，教学过程中不能把物理与单纯的数学结合，还应该侧重于物理概念的内涵、外延以及所能衍生的新思想、新方法。

（二）信息技术与初中物理课堂教学的整合

    上海市物理特级教师陆伯鸿曾说过，“物理教师演示实验要让学生看得见、看得清、看得懂”。初中物理是以实验为基础的学科，但教学中还是存在不少的问题：一是演示实验的可见度低，学生看“不清”现象；二是实验器材的局限导致实验数据精确度降低，学生记录的数据“不准”；三是一些概念很抽象，即是用了实验也很难理解其要义，学生“不懂”；四是40分钟的时间太短，有的探究实验用去大量时间进行小组设计、分组探究之后，没有留下归纳总结时间，造成教学“不完整”。以上诸多问题的产生，都会会阻碍学生对物理过程的正确认识，至于知识拓展和应用涉及甚少，久而久之，会造成学生囫囵吞枣，知识不完整，知识面狭窄，视野局限的弊端。信息技术时代，通过计算机辅助教学与物理教学的整合则可以解决这些问题。

    1、用图片、动画、视频等创设情境引入概念。

案例1：《机械能》。

利用高空抛物、高山上的风动石等图片新闻、小动画、视频片断，旨在说明高处的物体具有势能，很形象，内容也很丰富。

案例2：《惯性》。

利用《猫和老鼠》的动画片段开头，猫追老鼠，最终老鼠从洞中跑进去，猫没有刹住车，撞了墙壁，学生很容易想起生活中的那些类似的现象，为下面的研究做好铺垫。

案例3：《改变压强大小的方法》。

彼时上课正值红军长征70周年，我从《长征》VCD碟片中截取红军过草地的录像片段，学生观察到红军抬起一只脚，另一只脚陷得更深，不仅能直观、具体的入题，又紧跟时事，教育学生体会红军百折不挠的精神，利于激励学生学习的斗志。

利用多媒体创设情境，选取一个小的切入口，带学生进入神秘的物理世界，然后通过探究等方法探索其中的奥秘，得到物理规律，轻松走出开始的那个谜宫。

2、用DIS提高实验数据的精确度和处理速度。

    《上海市中学物理课程标准(征求意见稿)》明确提出：“要采用新的数字化技术，如DIS等，拓展学生进行实验探究的时空”。DISLab教材专用软件适用于高中物理教材

解决实验过程中动态实时的测量问题，但被称为“数字化实验的掌门人”的上海市中小学数字化实验系统研发中心冯容士主任对DIS的使用提出“学会‘一物多用’，体验‘殊途同归’，可截图，用图像说话，用数据说话，更靠近真实数值”，即可以利用一个专用软件做多个实验。

    3、用Intel未来教育“项目教学”模式推进学生自主学习

2005年我参加了Intel未来教育的第一次培训，2006年参加了上海教师暑假寒假网络培训，2008年参加了上海市V10全网的试点培训，在三次培训中，导师助学、资源自学，我体验了网络培训的高效，培训使我对信息技术与课程整合有了一个更深刻的认识。

在V10全网培训中，我的项目主题是“靠近光，远离光”，内容包括初二物理光学的大部分内容，从单元计划，到教师出版物，从撰写评价量规，到编制学生作品范例《物语悟理》小报，我真正明白了“教师要有一桶水”的含义，如果教师不能拥有更宽更广的知识，是不足以应对学生突如其来的变化的。

Intel未来教育倡导师生共同探讨一个章节的单元的问题，问题框架设计注意学生的认知规律，由浅入深，由大到小，由具体到抽象。学生的活动设计体现“面向全体学生、面向全面发展”。教师是“导演”，先设计单元计划，充分的制定单元学习内容、阶段任务、学习手段、学生应该完成的调查、表格、多媒体课件、网站等等。学生是“主角”，每个学生分组明确，目标具体，活动量大，而学生在忙碌中又可以，互相评鉴，互相切磋，互帮互助，资源共享。尤其是在物理调查的过程中，每个学生带着大量问题去查阅书籍网站、实地访问参观等活动，切身的研究感受深刻终身难忘。学生收获的不仅是研究的乐趣，还掌握了了研究具体实用的方法和手段，对开阔自己的眼界，实现知识的综合运用都有很大的促进作用。

学生可以利用google、baidu等搜索引擎、教育专题网站、教育资源库获得个人需求的知识。学生可以借助电子邮件、QQ、ispeak聊天、Blog、因特网对话，实现相互之间的交流，培养独立思考、求异思维、创新能力和团队合作精神。学生具有充分的自主权，学习的内容、学习的顺序、学习的进程都由自己控制，碰到问题，解决途径也有多种解决的途径。学生的思维可以在“网内网外”自由驰骋，创新能力可以得到有效的开发。

有人说，信息技术的实现了教学“从黑板到交互白板的历史进程”。确实，随着信息化、网络化，校园网络的建设和现代远程教育发展，这为教育城乡一体化、资源共享、加快信息交流与传递、促进教师专业化发展、改变学生学习方式等方面都起着积极作用。

二、初中物理学科与文科之间的教学整合

（一）在初中物理教学中穿插物理学史

学科课堂教学是学校德育的主要阵地和精神力量发展的主渠道，学科整合对德育的整合是一个极为重要的部分。历史学科作为人文学科，能展示事实真相，有强劲的说服力，所以，在进行物理教学的同时，渗透物理学史，了解科学家的成长历程、科学研究历史，使学科知识的传授和人格的完善、道德精神的提升、美好的灵魂的塑造结合起来。

案例1：《磁体》。

在研究磁体性质时，介绍中国磁学的发展史，特别是指南针的发明、磁偏角的发现，中国都远远早于其他的国家，从而激发学生爱国情感，培养学生的爱国情操，为了再次突破中国在科学界的地位而努力学习、积极贡献自己的力量。

案例2：《浮力》。

利用曹冲称象的故事，学生从中体会等效替代的思想，同时教师引导学生学习曹冲平时要多观察事物，发现问题，遇事要开动脑筋，想办法解决问题。

在初中物理课堂教学过程中史学思想、德育的教育是隐性的，因此教师和学生双边活动要体现知识教学的主次。物理知识教学是主，以历史进行情感教育是次，教师的任务是营造和谐的课堂教学气氛，学生吸收这些信息，提高自己积极稳定的学习情感。

（二）让诗词走进初中物理课堂

汉字的精髓博大精深，汉字的文字美，汉语的语言美，魅力不可阻挡。语文教学旨在教育学生以美的眼光欣赏自然、人文、科学以及一切可以用文字来表达的事物。初中物理教学过程中，怎样才能与初中语文教学整合呢？其实，中华文明的古诗词文化，蕴涵了甚多的物理科学之美。借助诗词来研究物理问题，真会令学生大开眼界。

2004年，初二年级的第一学期期末的复习课，我尝试了一次《物理与诗词》的教学。

教学首先以唐·李白《月下独酌（其一）》开场：“花间一壶酒，独酌无相亲。举杯邀明月，对影成三人。月既不解饮，影徒随我身。”从语文角度，分析诗人的情感意境，从物理方面，分析描述的物理现象和现象中包含的物理规律。学生对这首熟悉的诗跃跃欲试，不仅能分析出诗人“举杯邀明月，对影成三人”的凄凉，又能发现“影”的物理奥秘。宋·陈与义《襄邑道中》：“飞花两岸照晚红，百里榆堤半日风。卧看满天云不动，不知云与我俱东”，物理中的“相对运动”现象成为诗人的所作所为所思所想良好的素材，诗人也可以描绘的很有诗意。唐·李白《金陵酒肆留别》：“风吹柳花满店香，吴姬压酒劝客尝”，则包含了“分子扩散”的知识。

整节课，学生积极追忆古诗词，感受诗词描绘的优美意境，透析诗词蕴涵的思想。教师鼓励学生做个有心人，在背诵古诗词时，别再发愁，从诗的语文含义和物理含义两方面入手，可以得到意料之外的收获。

最后请学生猜几个诗词谜语，如：“赤橙黄绿青蓝紫，谁持彩练当空舞。雨后复斜阳，关山阵阵苍。（猜一种自然现象）。 ”

从诗词到物理，从物理到诗词，初中物理与初中语文的教学整合，刺激了学生的积极性，提高了学生的学习兴趣，学生也能游刃有余的解决抽象思维与形象思维的灵活转化。这种内在的整合教学，需要有一个感知、理解、总结、概括的过程，学生需要借助教师的引导、启发和诠释才能真正感悟这种教学的意义。

（三）初中物理与英语的教学整合（初中物理中英双语教学）

2003年9月到2004年6月那一年的初中物理双语教学实践很辛苦，查资料、查字典、写教案，要同时考虑学生的英语和物理接受能力。而保证初中物理双语教学顺利进行的关键，在于有计划、有秩序、有方法的突破初中物理学科中的双语词汇的记忆和发展。实践过程中，我决定把初中物理双语教学环节的设计，重点放在增加适量的双语学科词汇和相关的趣味知识，为学生开拓学习英语的新天地；课堂内外，增加学生学习和运用英语的时间和空间，增加学生运用英语表达的机会。

1、对比归类双语物理词汇，加深对词汇的理解和记忆。

进行双语词汇教学时，归类对比学习，倍感双语教学的好处。

（1）物理量符号的教学。

质量（mass）用符号“m”来表示，体积（volume）用符号“V”来表示，重力（gravity）用“G”来表示。这一点，在对理解密度和应用公式ρ=m/V和重力和质量的关系式G=mg是大有帮助的，学生更容易记住公式及公式中物理符号的含义。

（2）物理量单位符号的教学。

现在的物理教育，特别偏重于STS教育，读图、读表格获取信息的能力，是学生从接触物理就应该培养的，而那些图表中，往往涉及大量的物理量单位的符号。如：长度单位是米，符号m，是由“meter”缩写而来的；质量的单位是千克，符号Kg，是由“Kilogram”缩写而来的；功率的单位瓦，符号Ｗ，是由“watt”缩写而来的。

（3）物理定律的教学。

牛顿奠定了力学的基础，发现了“牛顿第一定律（Newton first law）”。帕斯卡研究总结了液体的压强传递规律叫做“帕斯卡定律（Pascal law）”。欧姆研究电压和电流、电阻之间的关系而得出“欧姆定律（Ohm law）”。这三个伟大的人物的名字又作为了力的单位“牛顿（Newton）”、压强的单位“帕斯卡（Pascal）”和电阻的单位“欧姆（Ohm）”。

2、选择有效的词汇教学方法，更有利于扩充词汇量。

初中物理双语词汇的学习和记忆技巧包括：

（1）以实物展示词汇的意义。

记忆物理仪器的英文名称可以采用这个方法，如测量的基本工具是“ruler（尺）”，实验室测量温度的工具是“thermometer（温度计）”，测量质量的工具是“balance（天平）”。

（2）模拟动作表演物理名词。

研究光的反射规律时，入射光线和反射光线是用带箭头的直线表示传播方向的，两只胳膊朝上或朝下演示，不仅可以形象地表示方向，还可以演示反射角随入射角变化的规律。

（3）记忆词根、词缀。

初中物理课本中每个章节的重点词汇基本上是由一个或者几个词根变化而来的。磁现象中，从“magnet（磁体，名词）”演变为“magnetic（磁体的，形容词）”、“magnetism（磁性，名词）”、“magnetize（磁化，动词）”。将一个词根作为参照物，不仅可以记住词汇的意义，还可以根据英语语法，掌握其不同词性的英文用法。

3、迎合学生的需求和兴趣，结合生活常识用初中物理双语词汇。

学生经历过的，感受过的，往往能刺激学生的学习愿望。

（1）编插故事可吸引学生对双语物理课的注意力。

在讲光的初步知识，补充了光源（light source）的发展史，从中国古代的钻木取火,讲道爱迪生发明电灯的故事，学生似乎知道这些知识，但又不完全了解，所以这不仅弥补了原有知识的缺陷，又进行了科学观的教育。

（2）教给学生一些“有用”的词汇。

照相机（camera），西瓜（watermelon），蜡烛（candle），获得这些词汇，学生的眼前一亮，谁不想过生日时用英文来数一数生日蜡烛（birthday candle）？哪个学生不想在炎热的夏季吃一个甜甜的西瓜？假日将至，又有谁不出去旅游散心，拍几张靓照呢？满口的英文词儿，多令人艳羡！

总之，初中物理双语教学的学习是通过学习第二语言来深化基础物理的可持续应用，而词汇的学习则是学习第二语言的基础，我们应注重初中物理学科中的双语词汇的积累和扩充，以便发挥初中物理双语教学的作用。

   四、初中物理学科与艺体科的教学整合

初中物理与体育的教学整合客观实际，体育课中的运动项目大多涉及到物理学中的运动和力等知识。初中物理与音乐的教学整合，渗透了美育，尤其是初中物理《声音》这部分内容的教学，“音调、响度、音色”这些知识点与音乐完美的结合，体现了知识形式整合的协调性、知识内容整合的完整性、知识方法整合的统一性。在此，对初中物理学科与艺体科之间的教学整合不作赘述。

   五、结束语

我们的社会存在“两种文化”：一种是人文知识分子代表的人文文化，另一种是自然科学家所代表的科学文化。学术界研究认为，两种文化各有其好处，人文学是最贴近人的精神思想，关怀人的内心世界的科学，有利于人的世界观、人生观、价值观的形成与发展；而（自然）科学则以其丰富的研究内涵，帮助人们改善生活条件，提高生活质量。因此，科学与人文的交融，是文化史发展的必然。

在初中物理学科与其它学科的整合教学过程中，应注重理科的内部在知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观之间的渗透、互补与扶持，更要注重初中物理学科与文科之间、初中物理学科与艺体科之间教学方法的互相借鉴、学科知识的综合运用、科学精神和人文精神的渗透融合。学科整合过程中，不能横冲直撞，要抓住重点，学科内部的整合重点是教学方法的借鉴，学科之间的整合应致力于情感和精神的整合。

    实践“学科整合教学模式”，能优化初中物理课堂教学，也会造就一批更加有教养、有创新能力的复合型人才，创造一个更加文明的有知识、有素养的中国。

    参考文献：

    1、《中学教育整合模式》，林华玉、卿平海等著，广西教育出版社，2001年第1版。

    2、《双语教育与双语教学》，王斌华编著，上海教育出版社，2002年第1版。

    3、《蔚蓝的思维 清澈的理性》，方鸿辉，《物理教学》，2005年第4期。

    4、《基础型教材专用软件与实验教学（上）—DISlab的研究与开发（八）》，冯容士，《物理教学》2005年第4期。