高中生物教學中滲透物理知識的實踐與思考

◆陳靜芳

高中生物教學中滲透物理知識的實踐與思考

◆陳靜芳

利用遷移的學習方法，將已學的物理知識靈活運用并滲透到生物學科的新知識學習中，從而突破生物學知識的教學難點，提高教學的有效性。

學科滲透；高中生物；物理

10.3969/j.issn.1671-489X.2016.13.091

生物科學是一門古老而又青春煥發的自然科學，是以觀察和實驗作為基本方法，來研究生命現象及其活動規律的科學。生物學是一門茁壯成長著的學科，它的成就應用于現實生活中的每一個角落，悄然改變著現代社會人們的生產生活。

1　學科間相互滲透的積極作用

現今是一個知識爆炸的信息時代，將物理、化學、生物等自然科學劃清界限，各成一體，已經表現出許多弊端。對學生來講，各學科之間的聯系割斷，違背了對事物之間相互聯系、相互滲透等自然規律的正確理解，造成學生知識面的單一，系統性的薄弱，不能用聯系的觀點來解決實際生活中遇到的問題，與現實生產生活相脫節，綜合素質提高的效果微弱等問題。因此，學科之間尤其是物理、化學、生物等自然科學間的相互滲透，也成了一種必然。

隨著科學的不斷進步，不同學科除了縱向發展深度以外，其橫向廣度也不斷發展。生物學與物理學、化學、數學乃至地理學、歷史等其他學科之間在不斷地相互滲透、相互啟發、相互應用，從而在理論研究和實踐技術上得到了騰飛，同時推動著其他科學與技術的飛躍。如生物物理學、生物化學、生物統計學等學科的誕生與發展，無不彰顯著生物與其他學科間關系的交融性。

因此，在高中生物教學中重視生物與物理、化學等學科間相互滲透的關系，能使學生感受自然科學內分支學科間的密切關系，及關系存在的必然性、重要性和奧妙之處，對于提高學生學科間綜合能力、學習的遷移能力有著非常重要的作用。只要有學習，就有遷移。善于思考的人遷移能力就相對較強，獨立解決問題的能力也相對較強。學習都會受到學習主體已有知識的影響。遷移是學習新知識的繼續，桑代克和武德沃斯早年曾做過相關實驗，認為遷移的效果在一定程度上決定于知識之間的共同點。

本文將把物理學知識遷移到動作電位的產生與傳導的生物學知識的學習上，通過增強學科間相互融合的方法，突破本部分內容學習的難點。

2　生物教學中滲透物理知識的案例分析

物理電表測量記錄神經細胞膜的電位變化

1）相關物理概念如表1所示。

2）檢流計記錄神經纖維細胞膜的電位變化。如圖2所示，檢流計的電極連接在神經細胞膜外，用于檢測神經纖維上的電位變化。

表1　

圖1　電表

圖2.1：未受刺激時，電表未發生偏轉，說明A處的膜外電位與B處的膜外電位相同。

圖2.2：A處左側的神經纖維受到適宜刺激時，產生興奮，電表未偏轉，說明A處的膜外電位仍與B處的膜外電位相同。

圖2.3：興奮傳至A處時，電表向左偏轉，說明A處膜外為負電位，B處膜外為正電位。

圖2.4：興奮離開A處時，電表指針恢復到中間，說明A、B膜外電位回復原狀，為正值。

圖2.5：興奮傳至B處時，電表指針向右偏轉，說明A處膜外為正，B處膜外為負。

圖2.6：興奮離開B處時，電表指針恢復到中間，說明A、B膜外電位又回復原狀，為正值。

動作電位在神經纖維上的產生和傳導過程，可借助物理儀器“檢流計”測量和記錄。除了上文中提到的兩電極連接在細胞膜外，也可換成其他方式（如一個電極接膜內，一個電極接膜外），在此不做贅述。由此說明物理學與生物學之間的關系非常密切，一門學科的進步能應用于另一門學科的發展與進步上，體現了學科間的相互滲透，展示了物理、生物的交融教學。

圖2　

表2　

表3　

利用物理知識加深理解動作電位在神經纖維上的產生和傳導過程對浙科版高中生物必修3第22頁圖2-7“動作電位傳導的示意圖”，學生在學習、做題時常與“動作電位的產生示意圖”發生混淆，造成解題錯誤和不必要的失分。這兩種圖像雖然形似，但其本質不完全相同，各段曲線甚至有著相反的生物學意義，如表2所示。

為幫助學生理解和區別動作電位的產生圖像和傳導圖像，可以利用學生已經學過的物理知識，做到把舊知識遷移到學習新知識的過程中。表3是“質點的振動圖像”和“機械波的波動圖像”，將之與動作電位的產生圖像和動作電位的傳導圖像進行比較，會發現許多相似的地方。

3　關于學科間滲透教學的反思

上文中提到的兩個案例是物理儀器和物理學知識在高中生物教學中的應用，在增強教學效果上的作用非常明顯，幫助了學生的理解，提高了學生的學習遷移能力。物理與生物學科間的相互滲透除了上述例子以外，還有許多的融合點。比如：細胞分裂過程、孟德爾定律、細胞膜的流動鑲嵌模型、種群密度的調查等物理模型的制作摻入了物理學知識和思維；生物學的基本儀器——光學顯微鏡，其原理就是凸透鏡的成像原理，顯然也是物理學知識推動生物技術手段的進步。

同樣，生物學與其他學科之間也存在相互滲透的現象，如生物與化學實驗在儀器上有許多是通用的。再如在學習高中生物伊始，涉及化學元素、化學鍵以及有機化學等相關內容，高中生物開篇便是以此為基礎展開的學習。隨著新高考政策的頒布，應7選3政策的要求，高一年級也開設了生物學科，但是高一學生還未接觸過有機化學，所以學生在學習有機生物大分子尤其是蛋白質一節的時候，顯得非常吃力，理解起來相對困難。若學生在此之前已經學過有機化學，那么在學習新知識時就更容易接受。所以，認知必須要有層次性和連貫性，學科之間的知識輔助、知識滲透顯得非常重要。

另外，生物與數學學科之間的滲透也相當明顯。數學作為各門自然科學的工具，在生物學中的地位舉足輕重。無論是遺傳概率的計算，還是種群“J”型和“S”型增長曲線的數學模型的構建，均是數學思維廣度在生物學科上的覆蓋。

由此可見，生物學科與物理、化學、數學甚至地理等學科間的知識滲透、技術滲透，是生物教師要研究和認真思考的，是學生要努力學習和提高的一種能力。

［1］楊忠生.論學科間相互滲透［J］.考試周刊，2012（56）.

［2］李能國.神經纖維膜電位變化及相關試題分析［J］.生物學教學，2010，35（12）.

［3］盧東生.識別振動圖像和波動圖像［J］.學習方法報：理化生教研周刊，2011（21）

G633.91

B

1671-489X（2016）13-0091-03

作者：陳靜芳，浙江省天臺平橋中學（317203）。