高校生物學跨學科教學研究

貴州師范大學生命科學學院 黃小龍

生命科學的重要任務在于不斷探索和認識客觀的生物世界，通過實驗觀察，以概念及原理等形式揭示生命現象和活動規律，而當下我們的學習以及產生的眾多學科是歷史的先人和科研工作者在生活中，或者現象原理的探討中，對有差別的概念、原理、定律的分類整合。生物學是眾多學科知識整體融合的存在，生物學本身的知識內涵中就包括有各種生物體間的研究，且與環境、與社會學和文化宗教等都密不可分。由于目前高校針對各類學科的教學存在片面化和專門化，使得當下的學生只知其一不知其二，抑或是已經理解了知識但是不能運用知識，即我們俗語中的考試天才，考試能夠獲得高分，針對動手以及學科之間的整合呈現迷茫的狀態。充分運用學科之間的交叉和融合，如生物學與計算機科學、物理化學及其他學科的結合，能夠解決眾多面臨的科學難題，并推動當代科學技術和高校教育事業的發展。

一、跨學科教學的概念

跨學科教學是在多元智力理論的基礎上發展出來的一種新的想法思路，是在原來的教育上對教育目的做出的全新的改革方案。傳統的跨學科研究是指將兩個及兩個以上的學科或者不同專業領域知識中的理論概念、試驗技術以及數據等方面相結合的研究活動。跨學科研究最早在美國大學課題中提出，而后成為許多教育工作者的研究方向。Ludwing 指出IDR（inter disciplinary research）可以將多個專業知識中的信息數據、概念理論有機地整合，從而解決超出其解決方案的問題，利于產生多元化的研究成果。利用一種團隊或個人的研究模式，將信息、數據、技術、工具、觀點、概念和理論從兩個或多個學科或機構的專業知識中整合起來，以促進基本的理解或解決超出其解決方案的問題。其實，跨學科研究的目的在于超越以往的分科的研討方式，實現了問題的研究整合，使得學習系統化，符合國家對人才的需求。但是我國與國外的跨學科研究還存在著一定的差距，其不僅僅是在跨學科研究的科研成果以及人才的培養和社會的服務、應用方面，還體現在國家的跨學科研究政策方針、教育指向、重大項目的開創以及資金的分配和投入方面。因此，應在最適合發展的高等學校建立跨學科研究的機構，制定符合自己國家的機構制度。

鑒于這些，國家探尋跨學科研究的發展根源，重視交叉學科研究，提升國家科技技術，使科學走向更遠的平臺。跨學科研究的根本目的在于超越以往的分科分專業的生物教育方式，實現問題的綜合整理并進行研究，不僅使得學習系統化，而且能夠解決更多的科學問題。諾貝爾生命科學獎交叉學科研究成果的統計結果顯示，交叉學科獲得諾貝爾獎所占比例從41.7%（1921—1940）、54%（1941-1960）、56.8%（1961—1980）、61.1%（1981—2000）增加到66.7%（2001—2008）。這些結果表明從1921 起到2008 年，諾貝爾生物學獎的交叉研究成果所占比例不斷增長。越來越多的生物學家投入跨學科研究的行列，人們意識到跨學科研究對生命科學的促進作用，在教育培養活動中也更加注重學科間的融合與貫穿。最為經典的是DNA 雙螺旋結構探究以及遺傳物質的鑒定，許多科學家都有著跨學科學習和學科交叉的經驗，多為不同高校的不同專業之間的研究。在生物學實驗中應充分運用物理、化學和計算機等知識。尤其是隨著計算機科學的迅猛發展，2012 年10 月美國教育部提出了“以大數據分析驅動生物學教育發展”的口號。因此，大數據的發展為生物學教育的日益改進，為教育跨學科領域提供了新的思路。

二、高校生物學科跨學科交叉教學的必要性

單一學科在面對科技、社會問題日益復雜化時，表現出了愈來愈無力的一面。因此，跨學科研究的重要性越來越被研究性大學所重視。而伴隨著研究型大學對創新型成果的探求，跨學科研究被學者以及社會研究人士等所關注，近年跨學科研究也受到了來自國家層面的響應以及號召。生命科學中的很多生物學個體存在著密切的聯系，構成了有機的生態整體。在生物學科的發展史中，生命經歷了從整體到局部，又由局部走到整體的過程。跨學科便是局部與整體研究的產物。在高校教育中，專業的劃分以及課程的設置使得高校教育走向了“精細化”，學生不知道如何將所學的知識進行有機的整合。通過高校組織學生進行通識選修課，講座和研討的方式能擴充學生的視野，提升學生思考解決問題的能力。

國家也在不斷制定跨學科研究政策方針，更多的資金被投入跨學科研究的項目開發，包括教師的科研項目，大學生生物學生命科學競賽和創新創業的比賽等。基于《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006—2020 年）》的方針，基礎性的學科知識需要不斷延伸，運用不同學科的知識，尋找融合點，將有關聯的知識滲透生物科技平臺的建設。習近平總書記也曾說過：“建設符合國家特色的科技產品，才能更好地受益自己。”對于教育來說，科學發展必然離不開探討的科研人才，以及實驗基地的強大。生物學教育需要依托國家科研所和研究型高校，建立水平高、隊伍強的實驗平臺和科研基地。這些內容都突出了跨學科在將來會成為教育學科發展的重要方向，以及國家對高校生物的重視態度，是科研管理體制改革的關鍵點。實際上，跨學科教育尤其是生物技術領域，已經進入了新的時代，如利用各種各樣的在線數據庫預測基因的功能研究和藥物等大分子的模擬吸收過程等。

三、跨學科教學的交叉方式

跨學科教學的交叉方式有很多種，具體表現為三種，分別是學習遷移、多元化智力發展和構建知識體系。

學習遷移是指通過一種知識的學習對另一種知識的學習產生影響，不僅能夠使學生對已經掌握的生物學本質和規律有進一步的理解，同時還能將新的知識理論進行有機結合。學習遷移成為深化學習、研究學習的重要理論。對學習遷移展開探討，能夠對人類學習的本質和規律有進一步的理解，對于能力的提升和高尚道德的培育功不可沒，同樣的在教學中也起到了理論支持的作用。而當下盛行的教育口號是“為遷移而教”，也正好滿足了辛格利與安德森所說“遷移的研究是對所有綜合認知理論的嚴格且必要的經驗”。生物學過程對于以前的知識結構能夠形成發散性思維，在高校的生物教學中知識的處理、運用會更方便，聯系舊知識，拓展新知識，使得大學生對于復雜的生物學能夠學得更快并能鍛煉科學性思維，引發新的思考，形成自主學習，對于知識學習的廣度和延伸都有促進作用。

大學生智力的多元化是社會的發展必要，跨學科教育便是有效的途徑。面對日新月異的生物科學與技術的發展和挑戰，需要高校教師和學生持續地學習，涉及更廣泛的領域。建構知識體系亦稱結構主義，強調大學生的主動認知，即在原來的知識水平上補充修改并建立新知識的結構。學習知識不能只是滿足于教條式的掌握，而要不斷地深化，能在不同的復雜情境中運用。

建構主義理論包括了杜威的經驗學習理論、皮亞杰的兒童學習理論和維果斯基的思想。建構主義理論要求知識的獲取不是由教師對學生進行教導傳輸，而應該由學生自由構建。通過不斷地生物學實驗探索，反復思考，形成自己的知識體系和經驗結構。因此，通過學習遷移、多元化智力發展和構建知識體系，可以有效地促進跨學科在生物學教育中的開展。通過不斷實踐，反復修改，形成自己的知識體系和經驗結構。而這些，無非是對舊知識的補充、調整或者是對新知識的理解。

四、優化高校生物學跨學科教學的思路

基于跨學科的特點及方式，要求高校教師和大學生這兩個主體在生物教學中不斷努力。高校培育教師時，首先，教師要樹立學科交叉滲透的教學觀念。其次，教師本身要不斷地學習提升自身知識的儲備，加強跨學科教學和公共基礎教育等。學生需要保持對知識的好奇心和渴求欲，在教師的引導下，不斷接觸新鮮的事物以及學習更多的知識，在生物的學習中，更高程度地拓展生物的有趣性。

在高校教育中，應通過尋找學科間有關的知識點，進行學科間的比較，發現學科之間的共性和個性，不斷創建情境，促進學生對知識的滲透理解。利用微格教學，提高跨學科教學的效率。通過遷移學習，運用學習的知識來解決所遇到的問題，確定一個主題來進行知識的擴展，促進知識的融合。學校管理者要重視在職高校教師的素質能力培訓，多為不同專業的教師提供學習的機會，組織高校教師進行研討活動或者增加交叉項目的投資力度，讓跨專業的科研項目深入高校教師的教學活動。通過從淺到深、由簡到繁的過程迅速形成良好的教學活動和科研氛圍。對高校教師而言，教師除了是教書育人者，更是隨時代發展不斷進行項目研發的研究員。因此，高校教師應該積極樂觀地應對教師素質技能的發展，不斷學習新領域中的新知識，并將該技能運用于教學及科研任務中。從技術層面而言，目前生物學專業缺乏大數據人才，以及與企業合作溝通的機會，尤其缺乏既懂大數據也懂生物學教育的人才。因此，在高校中迫切需要懂得大數據的人才和懂得生物學教育的人才組成跨學科團隊，共同研發技術為教育領域做貢獻。