樸華順

關(guān)鍵詞：信息技術(shù);跨學(xué)科融合;模擬磁懸浮列車;互動(dòng)式實(shí)驗(yàn)裝置

落實(shí)“雙減”政策，讓學(xué)生回歸學(xué)校教學(xué)主陣地，對(duì)于深化教育改革是一個(gè)契機(jī)。根據(jù)社會(huì)對(duì)未來人才的需求與當(dāng)下教育發(fā)展的需求，教師要更加關(guān)注學(xué)生完整人格的培養(yǎng)和綜合素質(zhì)的提升，讓學(xué)生實(shí)現(xiàn)真正意義上的人生價(jià)值。而實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科領(lǐng)域的突破性學(xué)習(xí)， 是讓學(xué)生擁有完整人格的重要途徑，也是落實(shí)“雙減”政策的重要路徑之一。

一、以跨學(xué)科融合教學(xué)活動(dòng)，為“雙減”和核心素養(yǎng)賦能

1.跨學(xué)科融合課程要立足現(xiàn)實(shí)

在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，實(shí)際生產(chǎn)生活所面臨的問題呈現(xiàn)綜合性，沒有一個(gè)現(xiàn)實(shí)的情境是按學(xué)生課本中的單一學(xué)科獨(dú)自存在的，所以單一學(xué)科是無法解決現(xiàn)實(shí)情境問題的。如：圓周率π 是一個(gè)在數(shù)學(xué)及物理學(xué)中常用的數(shù)學(xué)常數(shù)。小數(shù)點(diǎn)后的位數(shù)，從古代的第7 位，到近代人工算出的百位，再到現(xiàn)代用計(jì)算機(jī)編程語言算出的10 萬億位的精確位數(shù)還在不斷被刷新。

2.跨學(xué)科融合帶動(dòng)教師的全面發(fā)展

面對(duì)學(xué)生認(rèn)知方式的改變，教師的知識(shí)結(jié)構(gòu)應(yīng)該更加綜合化、體系化。比如，教師應(yīng)該將物理、天文、信息技術(shù)等知識(shí)融合起來，設(shè)計(jì)“展現(xiàn)宇宙‘行星合月現(xiàn)象互動(dòng)式演示裝置”，讓學(xué)生更好地了解“行星合月”的原理。教師的知識(shí)面應(yīng)從普適的范圍拓展到更加寬廣的科學(xué)領(lǐng)域。

3.跨學(xué)科融合要實(shí)現(xiàn)“知行合一”

跨學(xué)科融合要將理論知識(shí)與實(shí)踐體驗(yàn)融為一體，達(dá)到“知行合一”的目的。教師要進(jìn)行跨學(xué)科的課程融合、教學(xué)融合、活動(dòng)融合，給學(xué)生足夠的探索時(shí)間與空間，從根源上解決學(xué)生負(fù)擔(dān)重的問題。

二、物理、信息技術(shù)跨學(xué)科融合教學(xué)活動(dòng)案例

中國高鐵“復(fù)興號(hào)”集成了超高壓復(fù)動(dòng)力系統(tǒng)使之標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)營速度達(dá)350 公里/ 小時(shí)，“高鐵” 是中國人的驕傲。依據(jù)磁鐵的特性（磁吸斥力）而產(chǎn)生的磁懸浮列車，是對(duì)軌道交通實(shí)現(xiàn)“更高運(yùn)行速度”追求的目標(biāo)之一。磁懸浮技術(shù)是利用磁力來克服物體重力而使物體形成懸浮的技術(shù)，它能使車體懸浮在距離軌道約1 厘米處而實(shí)現(xiàn)“懸空行駛”。我們所設(shè)計(jì)的互動(dòng)式模擬實(shí)驗(yàn)裝置，能夠模擬呈現(xiàn)磁懸浮列車高速運(yùn)行的基本原理。

1.項(xiàng)目的科學(xué)原理

（1）互動(dòng)式模擬實(shí)驗(yàn)裝置的構(gòu)成。主件（掌控板）、輸入模塊（紅外感應(yīng)器2 個(gè)、按鍵1 個(gè)）、附件（電磁鐵2 個(gè)、數(shù)據(jù)線）;鋁合金結(jié)構(gòu)件（無磁性）。

（2）互動(dòng)式模擬實(shí)驗(yàn)裝置制作原理。1）一定間距內(nèi)的兩個(gè)紅外感應(yīng)器， 用來測(cè)得小鐵球在此間距內(nèi)運(yùn)行的時(shí)間。即通過公式v=s/t計(jì)算得出小鐵球的平均速度。2）在斜面及軌道上自然下滑。小鐵球由右側(cè)一定高度固定的斜面下滑， 獲得的勢(shì)能全部轉(zhuǎn)化為動(dòng)能從而獲得初速度;以此初速度，小鐵球在水平軌道方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)（理想狀態(tài)下）。3）在兩個(gè)紅外感應(yīng)器間的水平軌道的正上方， 放置同極性磁鐵（磁片、電磁鐵），對(duì)小鐵球形成向上方向的吸引力。4）在水平軌道上方放置磁鐵形成的磁場(chǎng)，對(duì)小鐵球形成向上方向的吸引力，目的在于減小摩擦力，提高運(yùn)行速度。兩次實(shí)驗(yàn)結(jié)果為小鐵球的水平速度V2.互動(dòng)式模擬實(shí)驗(yàn)裝置的教學(xué)用途與用法

（1）中學(xué)物理學(xué)科方面。教學(xué)用途：可用于探究與呈現(xiàn)初高中物理學(xué)科中（機(jī)械能守恒、磁場(chǎng)、運(yùn)動(dòng)的描述、相互作用）的公式、定理與原理。即水平速度v=s/t，機(jī)械能守恒1/2mv2=mgh，磁鐵的特性和作用、電磁鐵特性、電流的磁效應(yīng)。

（2）中學(xué)信息技術(shù)學(xué)科方面。1）教學(xué)用途：可用于探究與呈現(xiàn)初高中信息技術(shù)教材中（信息、數(shù)據(jù)、程序設(shè)計(jì)、人工智能）的原理。2）制作與應(yīng)用：算法→搭建→Python 語言編程→測(cè)試。①學(xué)習(xí)信息技術(shù)算法描述：小鐵球在斜面軌道上（電磁鐵固定）→斷開電磁鐵使小鐵球自由滾落→小鐵球在平面軌道上，經(jīng)過紅外感應(yīng)器1 時(shí)感應(yīng)記錄→經(jīng)過紅外感應(yīng)器2 時(shí)感應(yīng)記錄→v=s/t→在“掌控板”上顯示速度值。②按照算法描述，使用Python 語言編寫程序，載入并調(diào)試。3）操作方法。①電腦端：連接設(shè)備裝置后啟動(dòng)程序，運(yùn)行程序，根據(jù)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行觀察、分析。②裝置端：將小鐵球放置于斜面固定位置后，按下按鍵斷開電磁鐵使小鐵球從斜面自由滾下，小鐵球下滑到平面軌道， 獲得一個(gè)水平方向的速度，在水平軌道上勻速直線運(yùn)動(dòng)。根據(jù)機(jī)械能守恒定律1/2mv2=mgh 使小鐵球獲得相同的初速度， 小鐵球在水平軌道上進(jìn)行勻速直線運(yùn)動(dòng);一定間距內(nèi)的兩個(gè)傳感器是用來測(cè)得小鐵球在此間距內(nèi)運(yùn)行的時(shí)間，再通過公式v=s/t 計(jì)算出小鐵球的平均速度。

本模擬實(shí)驗(yàn)將中學(xué)物理課程實(shí)驗(yàn)與信息技術(shù)有機(jī)融合起來， 用簡單的互動(dòng)式模擬實(shí)驗(yàn)裝置呈現(xiàn)了磁懸浮列車的高速運(yùn)行原理，使之形象化、生動(dòng)化，能夠激發(fā)學(xué)生對(duì)物理和信息技術(shù)學(xué)科的學(xué)習(xí)興趣。

3.在現(xiàn)有基礎(chǔ)上的改進(jìn)點(diǎn)與創(chuàng)新點(diǎn)

（1）改進(jìn)點(diǎn)：如果將小鐵球改進(jìn)成小鐵車，并將小鐵車的下側(cè)面、軌道間均改進(jìn)成電磁鐵的模式，使小鐵車下側(cè)面與軌道間形成斥力從而變成真正的“磁懸浮列車”;平面軌道再延長一些，在有無磁場(chǎng)狀態(tài)下， 使車體與軌道間的作用力更加明顯，速度變化情況更突出，使模擬效果真正理想化。

（2）創(chuàng)新點(diǎn)：此實(shí)驗(yàn)裝置基本實(shí)現(xiàn)了“模擬呈現(xiàn)磁懸浮列車高速運(yùn)行的基本原理”的功能。通過磁力（小鐵球與軌道上方磁場(chǎng)形成相互作用的吸引力）來減小小鐵球與軌道間的摩擦力，達(dá)到提高小鐵球運(yùn)動(dòng)速度的目的。

總之，跨學(xué)科開展融合教學(xué)活動(dòng)，在培養(yǎng)學(xué)生能力、品格、價(jià)值觀等方面具有重要作用。核心素養(yǎng)時(shí)代的教學(xué)，不僅關(guān)注學(xué)科知識(shí)教學(xué)本身，更在于關(guān)注“知識(shí)之后是什么”，即通過知識(shí)的學(xué)習(xí)來發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)。教師更應(yīng)關(guān)注教什么、怎么教、怎么評(píng)價(jià)，以及學(xué)生怎么學(xué)、怎么發(fā)展等。