物理知識(shí)與初中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)融合的研究

王文娟 孫美麗

【摘要】將物理知識(shí)與初中生物實(shí)驗(yàn)結(jié)合，進(jìn)行跨學(xué)科設(shè)計(jì)改進(jìn)后應(yīng)用于生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，能夠?yàn)閷W(xué)生在自然科學(xué)方面的學(xué)習(xí)提供整體思路，使初中理科知識(shí)融會(huì)貫通，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)展跨學(xué)科的思維能力和多角度思考問題的能力。

【關(guān)鍵詞】生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué);學(xué)科滲透;整合

我國初中教學(xué)主要采用的是分科教學(xué)，學(xué)科界限明顯，各學(xué)科在各自的領(lǐng)域內(nèi)深入研究，形成獨(dú)立的知識(shí)體系。長期以來，忽略學(xué)科之間的聯(lián)系，也忽視了學(xué)生認(rèn)識(shí)世界的多角度、綜合性、全面性的特點(diǎn)，影響學(xué)生發(fā)散性思維和創(chuàng)新思維的發(fā)展。然而現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)越來越傾向于學(xué)科綜合化的特點(diǎn)，這一發(fā)展趨勢(shì)，向初中學(xué)科教學(xué)提出了綜合化、多元化、交叉等特點(diǎn)的要求。跨學(xué)科教學(xué)，著眼于學(xué)生的全面發(fā)展，以達(dá)到培養(yǎng)綜合型人才的目標(biāo)，也為學(xué)科教學(xué)提供新思路。本文以蘇科版初中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例，闡述跨學(xué)科融合創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)在初中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用。

1.概念界定

本文中的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是指在物理、生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，教師使用一定的實(shí)驗(yàn)器材，通過控制某些實(shí)驗(yàn)條件，引起實(shí)驗(yàn)結(jié)果的某些變化，通過觀察這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果的變化獲取新知識(shí)或發(fā)現(xiàn)新規(guī)律的教學(xué)方法。跨學(xué)科融合創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，本課題是指在一個(gè)學(xué)習(xí)主題中或者一個(gè)項(xiàng)目中，融合物理、生物學(xué)實(shí)驗(yàn)解決實(shí)際問題，為學(xué)生在自然科學(xué)方面的學(xué)習(xí)提供整體思路，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)展跨學(xué)科的思維能力和探究能力。

2.研究的理論基礎(chǔ)

STEAM理念：STEAM代表科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、藝術(shù)（Arts）、數(shù)學(xué)（Mathematics）。STEAM教育就是集科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)多學(xué)科融合的綜合教育。STEAM教育理念并不是科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)教育的簡單疊加，而是將其組合成一個(gè)有機(jī)的整體，使學(xué)生具有跨越學(xué)科的思維方式。

3.跨學(xué)科融合創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)案例分析

3.1人體的呼吸運(yùn)動(dòng)

《人體的呼吸》是蘇科版初中生物學(xué)七年級(jí)上冊(cè)第七章第二節(jié)內(nèi)容，其中“人體的呼吸運(yùn)動(dòng)”雖然容易體驗(yàn)形成感受，但是身體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)狀態(tài)很難直觀的看到。書上的示意圖只能展示結(jié)構(gòu)不能展示過程，文字雖然能夠描述呼吸運(yùn)動(dòng)的過程，但是比較抽象，學(xué)生的理解只能停留在呼吸運(yùn)動(dòng)的感受上。若要進(jìn)一步理解呼吸肌收縮、舒張引起胸廓容積變化，引起壓強(qiáng)變化，從而引起氣體進(jìn)出肺，則需要借助物理模型講清這個(gè)道理。

【教學(xué)目標(biāo)】嘗試運(yùn)用模型說明呼吸運(yùn)動(dòng)的原理，體驗(yàn)對(duì)模擬實(shí)驗(yàn)。

【材料準(zhǔn)備】飲料瓶、氣球、吸管、橡皮泥等材料。

【教學(xué)過程】

師：請(qǐng)同學(xué)們深呼吸，把手放胸部下側(cè)，感受呼吸時(shí)胸廓、肋骨的位置有什么變化？

生：我感受到吸氣時(shí)，肋骨上升，胸廓向外擴(kuò)張，呼氣時(shí)，肋骨下降，胸廓向內(nèi)收縮。

師：請(qǐng)各小組閱讀課本，制作模擬人體呼吸運(yùn)動(dòng)的模型，解釋人吸氣時(shí)，外界氣體是如何進(jìn)入肺的？呼氣時(shí)，肺內(nèi)氣體又是如何排出體外的？

學(xué)生用飲料瓶、氣球、吸管、橡皮泥等材料制作的物理模型，利用模型解釋呼吸運(yùn)動(dòng)的原理。

生：用飲料瓶模擬胸廓，小氣球模擬肺，氣球膜模擬膈，吸管模擬氣管和支氣管。向下拉氣球膜，模擬當(dāng)膈肌收縮時(shí)，膈頂下降，胸廓容積變大，肺容積擴(kuò)大，肺內(nèi)氣壓小于外界大氣壓，氣體進(jìn)肺，引起吸氣。向上頂氣球膜，模擬當(dāng)膈肌舒張時(shí)，膈頂上升，胸廓容積變小，肺容積縮小，肺內(nèi)氣壓大于外界大氣壓，氣體出肺，引起呼氣。

【評(píng)價(jià)總結(jié)】

初中學(xué)生的抽象邏輯思維還未發(fā)展完全，仍然以具體形象思維為主，僅僅靠書上的文字和圖片描述，并不能對(duì)“呼吸運(yùn)動(dòng)”的現(xiàn)象、原理形成直觀和系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。而初中實(shí)驗(yàn)室條件有限，器材不全，通過利用身邊易得的材料制作物理模型結(jié)合物理知識(shí)研究分析，能夠有效地解決以上問題。學(xué)生利用物理模型就不難理解由于呼吸肌的收縮和舒張供動(dòng)力，牽扯肋骨和膈肌狀態(tài)發(fā)生改變，引起胸廓容積的變化，胸廓內(nèi)氣體壓強(qiáng)的變化，進(jìn)一步引起肺容積的變化，肺內(nèi)氣體壓強(qiáng)的變化，引起氣體進(jìn)、出肺，最終引發(fā)呼吸運(yùn)動(dòng)。

3.2植物的蒸騰作用

【教材分析】本節(jié)是蘇科版八年級(jí)上冊(cè)第18章第1節(jié)內(nèi)容，七年級(jí)上冊(cè)介紹過植物通過根吸收水分，導(dǎo)管運(yùn)輸水分，本節(jié)將從水分大部分去哪兒了，從什么結(jié)構(gòu)散發(fā)出去，對(duì)于植物自身和生物圈有什么意義等問題展開探究活動(dòng)。但是水分的吸收和在植物體內(nèi)的運(yùn)輸比較抽象，以水蒸氣的形式，更是看不見摸不著，學(xué)生難以理解，這就需要借助物理知識(shí)，將抽象的現(xiàn)象具體化，利于學(xué)生的觀察蒸騰作用的過程，進(jìn)一步思考、理解蒸騰作用的意義。

【教學(xué)目標(biāo)】

小組合作實(shí)施實(shí)驗(yàn)，描述綠色植物的蒸騰作用的現(xiàn)象和過程，理解蒸騰作用對(duì)于植物自身和生物圈的意義。

【材料準(zhǔn)備】

桂花樹枝條、帶根的綠蘿、盆栽植物、透明塑料袋、水、食用油、量筒、酒精、氯化鈷試紙（檢測(cè)水）等。

【教學(xué)過程】

師：請(qǐng)同學(xué)們自學(xué)課本，利用老師給大家的材料設(shè)計(jì)時(shí)間，測(cè)定植物的蒸騰作用？其中氯化鈷試紙遇到水會(huì)從藍(lán)色變成粉色，可以用來檢測(cè)水。

學(xué)生小組討論設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，實(shí)施實(shí)驗(yàn)，描述現(xiàn)象，得出結(jié)論：

第1組代表：我們小組用帶根的綠蘿做實(shí)驗(yàn)。觀察到多葉組量筒中水位下降明顯，氯化鈷試紙變成粉色說明產(chǎn)生了水;少葉組量筒中水位下降稍明顯，氯化鈷試紙部分變成粉色說明產(chǎn)生了少量的水;無葉組量筒中水位沒有下降，氯化鈷試紙沒有變成粉色說明產(chǎn)生沒有產(chǎn)生水或產(chǎn)生的水很少。

第2組代表：我們小組用菊花盆栽做實(shí)驗(yàn)。觀察到多葉+菊花組氯化鈷試紙變成粉色說明帶內(nèi)產(chǎn)生了水;菊花組氯化鈷試紙部分變成粉色說明產(chǎn)生了少量的水;無葉無花：量筒袋內(nèi)壁水珠極少。氯化鈷試紙沒有變成粉色說明產(chǎn)生沒有產(chǎn)生水或產(chǎn)生的水很少。

第3組代表：我們小組用桂花枝條做實(shí)驗(yàn)。將三枝桂花樹枝條，一枝葉片全部剪去，一枝剪去一半的葉片，還有一枝不作處理。過一段時(shí)間，觀察到多葉組量筒中水位下降明顯，袋內(nèi)壁有很多小水珠;少葉組量筒中水位下降稍明顯，袋內(nèi)壁水珠較少;無葉組量筒中水位未下降，袋內(nèi)壁無水珠。

師：根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，能夠得出什么結(jié)論？

生：植物蒸騰作用的散發(fā)水分，進(jìn)行蒸騰作用的主要器官是葉，花、莖等其他器官也能進(jìn)行微弱的蒸騰作用。

師：植物蒸騰作用將體內(nèi)的水以水蒸氣的形式釋放出來，物理上我們稱之為汽化。對(duì)植物自身有什么作用能？現(xiàn)在請(qǐng)同學(xué)們，用酒精棉球擦一下手背，體會(huì)一下什么感覺？

生：手背涼涼的。

師：這也是汽化現(xiàn)象，想一想，植物蒸騰作用將體內(nèi)的水以水蒸氣的形式釋放出來，對(duì)植物自身有什么意義？

生：降低葉表面的溫度，防止植物在炎炎烈日下被灼傷。

【評(píng)價(jià)總結(jié)】

本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)合物理實(shí)驗(yàn)，對(duì)書上的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，用量筒代替錐形瓶，學(xué)生可以進(jìn)行量的測(cè)定，準(zhǔn)確記錄、分析數(shù)據(jù)，定量表述實(shí)驗(yàn)結(jié)果。氯化鈷試紙的巧妙運(yùn)用，學(xué)生在課堂上就能檢測(cè)到蒸騰作用產(chǎn)生的水，及時(shí)、直觀，大大縮減實(shí)驗(yàn)時(shí)間、提高課堂效率。用酒精擦在手背上讓學(xué)生直觀感受，汽化能夠吸熱從而降低溫度，感同身受的理解蒸騰作用對(duì)于植物自身的意義。生物實(shí)驗(yàn)中融合物理實(shí)驗(yàn)知識(shí)，打破知識(shí)界限，為解決問題提供新的思路，更符合學(xué)生學(xué)習(xí)自然科學(xué)的方式，利于學(xué)生發(fā)散性思維和科學(xué)思維的形成。

4.討論

學(xué)生課堂上所學(xué)的知識(shí)，將來要應(yīng)用于社會(huì)實(shí)踐中，來解決實(shí)際問題，而解決實(shí)際問題往往運(yùn)用到多門學(xué)科的知識(shí)。因此在初中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，應(yīng)有意識(shí)的引導(dǎo)學(xué)生借助物理實(shí)驗(yàn)知識(shí)一起解決問題。當(dāng)然跨學(xué)科融合，并不是將物理、生物等知識(shí)簡單的相加，而是以具體實(shí)驗(yàn)、問題、項(xiàng)目為導(dǎo)向，結(jié)合學(xué)生自身的已有知識(shí)和生活經(jīng)驗(yàn)，找到不同學(xué)科用于問題處理的知識(shí)契合點(diǎn)，運(yùn)用物理、生物學(xué)實(shí)驗(yàn)知識(shí)和技能，在實(shí)踐中創(chuàng)新設(shè)計(jì)，解決實(shí)際問題。為學(xué)生在自然科學(xué)方面的學(xué)習(xí)提供整體思路，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)展跨學(xué)科的思維能力和實(shí)踐能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳富.甘肅省初中物理、化學(xué)和生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀的調(diào)查與研究[D].西北師范大學(xué).

[2]沈杰. STEM教育理念與跨學(xué)科實(shí)驗(yàn)教學(xué)整合模式[J].文化創(chuàng)新比較研究，2019，003（010）：135-136.

[3]龔文軍.初中物理與化學(xué)生物地理交叉內(nèi)容的初步研究及其教學(xué)探索[D].華中師范大學(xué).