摘 要：文章主要以高中物理“電學(xué)”這一知識(shí)為例，研究如何利用大概念教學(xué)來串聯(lián)電學(xué)在高中物化生三學(xué)科中的融合教學(xué)路徑，以備一線教育工作者分享交流之用.

關(guān)鍵詞：大概念；高中物理；融合教學(xué)；電學(xué)

中圖分類號(hào)：G632

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1008-0333（2024）33-0068-03

收稿日期：2024-08-25

作者簡介：李偉（1992.2—），男，江蘇省大豐人，本科，中學(xué)一級(jí)教師，從事高中物理教學(xué)研究.

“電”這一物質(zhì)本身在高中學(xué)科中，可以被劃分為三大不同類型，包括高中物理學(xué)電學(xué)、高中化學(xué)電學(xué)和高中生物學(xué)電學(xué).本文主要針對(duì)電學(xué)在這三大學(xué)科之間的融合教學(xué)進(jìn)行深度研究.

1 核心概念解讀

1.1 大概念的含義

大概念教學(xué)是一種以大概念為核心目標(biāo)，聯(lián)系真實(shí)生活來思考的教學(xué)方式.它旨在培養(yǎng)學(xué)生的跨學(xué)科、系統(tǒng)性思維能力，幫助學(xué)生建立全面而深入的知識(shí)結(jié)構(gòu)，并培養(yǎng)他們解決真實(shí)問題的能力.大概念教學(xué)不僅限于某一學(xué)科的概念，而是涵蓋多個(gè)學(xué)科的知識(shí)，具有跨學(xué)科性和系統(tǒng)性.它強(qiáng)調(diào)教師在教學(xué)中的全面創(chuàng)新，幫助學(xué)生掌握學(xué)科的核心能力，如分析、綜合、創(chuàng)新、解決問題等能力.

1.2 大概念融合高中物理教學(xué)的價(jià)值

大概念融合高中物理教學(xué)的意義在于，幫助學(xué)生深入理解物理學(xué)科的核心概念和原理，并促進(jìn)其科學(xué)素養(yǎng)的發(fā)展.具體來說，大概念在高中物理教學(xué)中的作用體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

①促進(jìn)知識(shí)整合：大概念能夠幫助學(xué)生將各個(gè)知識(shí)點(diǎn)串聯(lián)起來，形成一個(gè)有機(jī)的知識(shí)體系，加深對(duì)物理學(xué)科整體的理解.

②提升問題解決能力：大概念教學(xué)強(qiáng)調(diào)對(duì)核心概念和原理的理解和應(yīng)用，能夠幫助學(xué)生更好地解決實(shí)際問題，提高問題解決能力.

③培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)：大概念教學(xué)強(qiáng)調(diào)對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解，能夠幫助學(xué)生更好地理解科學(xué)的社會(huì)意義和應(yīng)用價(jià)值，培養(yǎng)其科學(xué)素養(yǎng).

④激發(fā)學(xué)習(xí)興趣：大概念教學(xué)通常與實(shí)際生活聯(lián)系緊密，能夠幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)到物理學(xué)科的重要性和實(shí)用性，從而激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)力.

⑤培養(yǎng)創(chuàng)新能力：大概念教學(xué)鼓勵(lì)學(xué)生探究和發(fā)現(xiàn)新的知識(shí)和觀點(diǎn)，能夠培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力.

因此，大概念融合高中物理教學(xué)，對(duì)于提高學(xué)生的理解能力、問題解決能力、科學(xué)素養(yǎng)、學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新能力等方面都具有重要意義.因此，教師在教學(xué)中應(yīng)該注重大概念的引入和教學(xué)，幫助學(xué)生深入理解物理學(xué)科的核心概念和原理，提高其科學(xué)素養(yǎng)和實(shí)踐能力^[1].

2 電學(xué)在高中物理、化學(xué)和生物之間的交叉點(diǎn)

首先，物理學(xué)中的電學(xué)知識(shí)是理解生物現(xiàn)象的基礎(chǔ).例如，在光合作用過程中，光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，再在生物體內(nèi)轉(zhuǎn)化為生物能，這個(gè)過程體現(xiàn)了物理的能量轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)原理.此外，葉綠素和類胡蘿卜素的吸收光譜、誘發(fā)癌變的物理致癌因子、興奮在神經(jīng)纖維上的傳導(dǎo)形式等，都涉及物理現(xiàn)象.

其次，物理學(xué)的研究方法也被廣泛應(yīng)用于生物學(xué)研究中.例如，物理學(xué)中常用的模擬法可以用來模擬原始大氣狀態(tài)，生物學(xué)中也運(yùn)用類似的方法.此外，物理學(xué)中的震蕩方法也被運(yùn)用到噬菌體侵染大腸桿菌的實(shí)驗(yàn)中.

最后，生物學(xué)和物理學(xué)都注重能力的培養(yǎng)，特別是培養(yǎng)學(xué)生的能動(dòng)性和創(chuàng)造性.在生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生需要掌握的觀察法、排除法、逆推法等，也是物理學(xué)實(shí)驗(yàn)所要求的能力.此外，射線晶體學(xué)技術(shù)、同位素示蹤技術(shù)、超速離心技術(shù)等為分子生物學(xué)的革命性發(fā)展作出了巨大貢獻(xiàn).

所以，電學(xué)在物理、化學(xué)和生物之間有著密切的交叉點(diǎn)，這些交叉點(diǎn)主要體現(xiàn)在物理學(xué)的電學(xué)知識(shí)是理解生物現(xiàn)象的基礎(chǔ)，物理學(xué)的研究方法被廣泛應(yīng)用于生物學(xué)研究，以及生物學(xué)和物理學(xué)都注重能力的培養(yǎng).

3 電學(xué)在高中物理和生物融合教學(xué)中的應(yīng)用

其一，在高中物理教材中，電學(xué)教學(xué)可以幫助學(xué)生理解生物現(xiàn)象的物理基礎(chǔ).例如，在講解神經(jīng)信號(hào)傳遞的過程中，教材利用電學(xué)知識(shí)來解釋其是一種電化學(xué)過程.神經(jīng)信號(hào)首先在神經(jīng)纖維上發(fā)生電化學(xué)變化，其傳導(dǎo)速度極快.在神經(jīng)上傳遞時(shí)，信號(hào)表現(xiàn)為電位變化.具體來說，當(dāng)電沖動(dòng)打開電壓門通道時(shí)，末端中的一些化學(xué)物質(zhì)被釋放，并和相鄰神經(jīng)元的受體結(jié)合，這會(huì)打開這個(gè)神經(jīng)元的配體門控通道，從而使電沖動(dòng)得以傳遞，以此可以幫助學(xué)生更好地理解人體神經(jīng)系統(tǒng)的運(yùn)作原理.

其二，在高中生物教材中，電學(xué)教學(xué)可以幫助學(xué)生理解生物實(shí)驗(yàn)的原理和方法.例如，在講解生物實(shí)驗(yàn)中的電泳技術(shù)時(shí)，教材利用電學(xué)實(shí)驗(yàn)來模擬電泳過程，讓學(xué)生親身體驗(yàn)電泳是一種利用電場作用下的帶電粒子向著與其電性相反的電極移動(dòng)的現(xiàn)象.電泳技術(shù)是利用帶電粒子在電場中移動(dòng)速度不同而達(dá)到分離的技術(shù).電泳技術(shù)可以分為四類：凝膠電泳、毛細(xì)管電泳、等電聚焦電泳和自由電泳^[2].其中，凝膠電泳和毛細(xì)管電泳應(yīng)用最為廣泛.在凝膠電泳中，帶電粒子在凝膠中移動(dòng)，根據(jù)大小和電荷分離；在毛細(xì)管電泳中，帶電粒子在毛細(xì)管中移動(dòng)，根據(jù)電荷和分子量的不同進(jìn)行分離.電泳技術(shù)已廣泛應(yīng)用于分析化學(xué)、臨床化學(xué)、藥理學(xué)和免疫學(xué)等領(lǐng)域.此外，在講解生物實(shí)驗(yàn)中的離子交換時(shí)，教材利用電學(xué)實(shí)驗(yàn)來模擬離子交換的過程，具體如下：

【實(shí)驗(yàn)概況】離子交換是一種重要的化學(xué)過程，可用于水處理、電池制造、生物分子的分離等領(lǐng)域.下面介紹一種簡單的電學(xué)實(shí)驗(yàn)，模擬離子交換過程.

【實(shí)驗(yàn)步驟】

（1）準(zhǔn)備一個(gè)電解質(zhì)溶液，如NaCl溶液.

（2）將一根鉑絲浸泡在電解質(zhì)溶液中，使其吸附離子.

（3）將鉑絲懸掛在兩個(gè)電極之間，并將它們連接到直流電源上.

（4）打開電源，調(diào)節(jié)電壓和電流強(qiáng)度，觀察離子的移動(dòng)情況.

【實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象】當(dāng)電流通過鉑絲時(shí)，離子會(huì)沿著鉑絲向陰極移動(dòng)，這是因?yàn)殛帢O的電位比陽極低，可以吸引帶正電的離子.這個(gè)過程中，離子的交換發(fā)生在鉑絲表面，實(shí)現(xiàn)了模擬離子交換的過程.

【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】通過這個(gè)簡單的電學(xué)實(shí)驗(yàn)，我們可以模擬離子交換的過程，并觀察到離子的移動(dòng)情況.這個(gè)實(shí)驗(yàn)可以幫助我們更好地理解離子交換的原理和機(jī)制，從而應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)和科學(xué)研究中.

這一電學(xué)實(shí)驗(yàn)可以幫助學(xué)生深刻地了解高中物理和生物學(xué)之間的關(guān)系，并串聯(lián)物理和化學(xué)之間的知識(shí)，建構(gòu)一個(gè)完整的電學(xué)知識(shí)體系.

其三，在高中物理和生物融合教學(xué)中，電學(xué)教學(xué)可以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力和實(shí)驗(yàn)技能.例如，在人教版教材中，有一個(gè)經(jīng)典的物理實(shí)驗(yàn)——電磁感應(yīng)實(shí)驗(yàn)，這個(gè)實(shí)驗(yàn)可以與生物實(shí)驗(yàn)進(jìn)行融合教學(xué).在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生可以通過操作電磁感應(yīng)器來觀察電流的變化，并利用這個(gè)實(shí)驗(yàn)來模擬生物實(shí)驗(yàn)中的電泳技術(shù).通過這種融合教學(xué)的方式，學(xué)生可以更加深入地理解電磁感應(yīng)原理和電泳技術(shù)的應(yīng)用，同時(shí)也可以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力和實(shí)驗(yàn)技能.

4 電學(xué)在高中物理和化學(xué)融合教學(xué)中的應(yīng)用

4.1 電解質(zhì)水中離解過程

將高中物理和化學(xué)教材融合教學(xué)，可以幫助學(xué)生理解化學(xué)實(shí)驗(yàn)的原理和方法.例如，在講解化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的電解質(zhì)時(shí)，教材利用電學(xué)實(shí)驗(yàn)來模擬電解質(zhì)在水中的離解過程，讓學(xué)生親身體驗(yàn)電解質(zhì)的性質(zhì)和應(yīng)用.首先，明確電解質(zhì)水中離解過程是一個(gè)重要的化學(xué)過程，涉及電解質(zhì)分子與水分子的相互作用.當(dāng)電解質(zhì)放入水中時(shí)，水分子的作用力會(huì)將電解質(zhì)分子離解成帶正電和負(fù)電的離子.這個(gè)過程是可逆的，也就是說，離解出來的離子可以重新結(jié)合成原來的電解質(zhì).離解程度取決于電解質(zhì)的性質(zhì)和水的溫度、壓力等因素.

其次，離解過程可以分為電離和溶解兩個(gè)步驟.電離是指電解質(zhì)在水中離解成自由移動(dòng)離子的過程，這個(gè)過程是自發(fā)進(jìn)行的，因?yàn)樗肿訒?huì)從離子中“奪走”束縛電子，從而形成水合離子.在水中，這些水合離子可以自由移動(dòng)，從而導(dǎo)電.溶解則是指電解質(zhì)在水中擴(kuò)散并均勻分布，直到達(dá)到溶解平衡狀態(tài).在這個(gè)過程中，電解質(zhì)分子或離子與水分子相互作用，形成水合離子或水合分子.溶解度的大小取決于電解質(zhì)的性質(zhì)、溫度、壓力以及水的組成等因素.

最后，利用電學(xué)知識(shí)了解電解質(zhì)在水中離解和溶解的過程是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的過程，涉及離子的擴(kuò)散、離解、水合等反應(yīng).這些過程對(duì)于理解溶液的性質(zhì)、電導(dǎo)率、離子濃度等化學(xué)概念具有重要意義.

此外，在講解化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的電池原理時(shí)，教材利用電學(xué)實(shí)驗(yàn)來模擬電池的工作過程，幫助學(xué)生更好地理解電池的原理和應(yīng)用.

4.2 靜電實(shí)驗(yàn)

在高中物理和化學(xué)融合教學(xué)中，電學(xué)教學(xué)可以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力和實(shí)驗(yàn)技能.例如，在人教版教材中，有一個(gè)經(jīng)典的物理實(shí)驗(yàn)——靜電實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)步驟主要分為四步，如：

（1）準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)材料，如塑料吸管、羊毛布、線等；

（2）對(duì)材料進(jìn)行必要的處理，如打洞、穿線等；

（3）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，如摩擦、擦拭等；

（4）觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，如物體相互排斥或吸引.

在明確實(shí)驗(yàn)步驟后，教師可以利用物理電學(xué)知識(shí)讓學(xué)生了解經(jīng)典實(shí)驗(yàn)的原理：靜電是指聚集在物體表面的電荷.當(dāng)不同物體摩擦?xí)r，會(huì)使某一物體的電子轉(zhuǎn)移到另一物體上，使電子被轉(zhuǎn)移的物體帶上正電荷，得到電子的物體帶上負(fù)電荷.根據(jù)電荷的同性相斥、異性相吸的原理，相同電荷的物體在靠近時(shí)會(huì)相互排斥，不同電荷的物體在靠近時(shí)會(huì)相互吸引.通過靜電實(shí)驗(yàn)，可以深入了解靜電現(xiàn)象和靜電的原理，并探索靜電在日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用.例如，靜電可以用于靜電除塵、靜電噴涂、靜電植絨等工藝；同時(shí)，靜電也可能導(dǎo)致一些不利影響，如靜電火花引發(fā)爆炸、靜電電擊等.因此，在實(shí)驗(yàn)過程中需要注意安全，并采取必要的防護(hù)措施.

在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生可以通過操作靜電器來觀察電荷的變化，并利用這個(gè)實(shí)驗(yàn)來模擬化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的電解質(zhì)離解過程.通過這種融合教學(xué)的方式，學(xué)生可以更加深入地理解靜電現(xiàn)象和電解質(zhì)的性質(zhì)和應(yīng)用，同時(shí)也可以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力和實(shí)驗(yàn)技能.

5 結(jié)束語

總而言之，為了更好地提高高中生“電學(xué)”板塊知識(shí)的學(xué)習(xí)效率，可以將物化生這三科加以融合教學(xué)，以此幫助學(xué)生構(gòu)建一個(gè)完整的學(xué)習(xí)體系，促進(jìn)知識(shí)的交叉融合，提升學(xué)科核心素養(yǎng).

參考文獻(xiàn)：

[1] 申奧.淺析物理電、化學(xué)電、生物電三者的區(qū)別與聯(lián)系[J].經(jīng)濟(jì)師，2020（1）：249.

[2] 楊樂天.高中物理電教學(xué)中信息化教學(xué)法的運(yùn)用[J].中國新通信，2021，23（23）：209-210.

[3] 葉玲，谷輝.高中物理與生物融合教學(xué)的思考與實(shí)踐[J].教學(xué)與管理，2023（13）：45-48.

[責(zé)任編輯：李 璟]