在研究性學習中培養學生的跨學科素養

馬育國

傳統的分科學習中，語數外等各門學科知識條塊分割，互不干涉。學生各學科的知識體系也相對獨立，缺少系統的融合互通，影響學生對問題的綜合思考和協調處理。跨學科學習不僅是針對某個學科的改革，它更是一個切入點，會對教育領域的綜合改革起“牽一發而動全身”的作用，會促進人才培養模式的創新和課程的改革，并對基礎教育、高等教育、繼續教育等領域都會產生系統性影響。

因此，加強跨學科學習，提高教師跨學科教學水平，是適應經濟社會新常態對人才培養訴求的重大要求。它對于實現我國建設創新型國家和推進制造業強國都具有非常重要的意義，不能僅僅把跨學科學習作為教育內部的一種理念和方法，而必須站在為國家建設培養創新人才的高度來看問題，從產業發展、人才需求、人才培養的角度統籌考慮，整合全社會的資源推動跨學科學習的發展。

跨學科學習還可以起到打破這種各學科之間“雞犬之聲相聞，老死不相往來”的現狀，讓學生能綜合運用各學科知識，舉一反三地解決遇到的實際問題。這對增強學生的創新能力，促進學生的全面發展，都具有極為重要的意義。生物教師在指導學生研究性學習時，我們可以讓生物實驗設計的實踐與研究性學習進行有效的結合，在研究性學習中實踐實驗設計和操作，提高學生研究性學習的水平和生物實驗素養，創建跨學科之間融洽、和諧關系。通過自己的實踐，有以下的一些收獲。

一、選題要與時俱進

新課改下的生物教材呈現了更多的實驗和探究性課題，教師不僅要引領學生依據教材實驗原理、方法，完成實驗的操作流程，培養學生的動手實踐能力。還可以對實驗中遇到的問題進一步作為課題來進行深層次的、擴展性研究，進行實驗設計。同時，由于生物科學與人類的生活、健康、環境和工農業生產等有著密切的關系，所以生物學科就在跨學科研究中起到了非常重要的支撐作用，在指導學生選題時素材廣泛、內容豐富。同時要避免出現進入新的誤區，高中階段我們指導學生選題時要做好學生的舵手，不能單純的隨部分學生的趣味性選題，我們可以科學原理和基本技能為基石，以學生的追求為動力，以年度諾獎、國家科技進步獎等大獎等信息作為研究的指引，以培養學生的跨學科研究能力為最終目標。這就要求我們在給學生提供研究性課題的選材時要把握時代的潮流，要源于教材，進入生活、服務社會的選擇課題。

例如高中生物教材選擇性必修二中種群數量特征中有樣方法調查植物種群密度的實驗。在跨學科的研究性學習中，我們不應很平淡，介紹實驗原理、實驗的材料、步驟等等，并提供一個打印好的草地是植物的圖片，讓學生們在紙片上做一個模擬的實驗過程，最后大家都很輕松的得出了種群的密度，看起來學習的效果非常的完美。這樣的紙頭上的實驗在學生的印象中是非常淺淺的。我給學生提供了《學校植物園內薺菜種群密度的調查研究》這樣的一個課題，在這個課題中，我們不是單純的做一個實地的調查密度，而是開展了跨學科的研究性學習。首先學生查找資料來認識這種植物的形態結構，了解它的生活史。然后準備實驗的材料，動手制作簡單的樣方標尺，同學們分組合作明確每個人的具體分工，有人確定樣方，有人收集樣方，有人統計整理數據，有人發言。隨后帶領同學們來到學校的植物園進行現場的取樣調查。同學們興高采烈地的進行課外調查實踐，順利地完成了對薺菜的種群數量的調查研究。同學們把收集的薺菜清洗干凈，和準備好的其他食材一起，動手包起來美味的薺菜餛飩，大家吃的不亦樂乎，圓滿地完成了跨學科下研究性學習任務。

有些精力充沛的同學還采集了多種其他植物標本，對于這些課題以外的活動我并沒有簡單的給予制止，而是引導同學們拓展了研究內容。我請同學們查找資料來認識這些植物，了解這些植物的直接價值、間接價值和潛在價值。有同學通過調查發現了自己手里的植物竟然是大名鼎鼎的加拿大一枝黃花，我就請他給大家介紹這種植物對我們環境造成的巨大危害：加拿大一枝黃花原產于北美洲，主要通過地下根莖和種子兩種途徑進行傳播。1935年作為觀賞植物引入中國，是外來生物。引種后逸生成雜草，并且是惡性雜草。在放任其生長后，“黃花開處百花殘”。加拿大一枝黃花破壞性主要表現為抑制入侵地其它植物生長，與周圍植物爭陽光、爭肥料，能分泌一種物質抑制其它植物生長，破壞生態系統，對農田形成較大危害。據上海植物專家統計，近幾十年來，加拿大一枝黃花已導致30多種鄉土植物物種消亡。故把加拿大一枝黃花稱為生態殺手、霸王花。

同學們紛紛表示，如果看見這種植物就一定要斬草除根、徹底的清除干凈！這樣我們的研究性課題就從生物學科跨到了社會學科，全面的培養了學生的綜合性的思維素養。如何來干凈徹底的清除加拿大一枝黃花呢？這樣的問題對同學們來說就是一個跨學科的綜合能力的考驗，經過大家的熱烈討論，最后總結了以下的清除方法：1.焚燒。將其花穗剪去，將地上部分和塊狀莖拔出，之后將這些盡快集中焚燒干凈，防止種子、根狀莖和拔出部分的傳播擴散。2.藥劑防治。在加拿大一枝黃花的出苗季節和開花前后，利用藥劑對植株進行防治，防治的藥劑主要是有：用“草甘磷”和“一把火”在開花以前混合噴灑;利用草甘磷和洗衣粉5：1的比例混合在其幼苗期進行防治;也可使用其它滅生性除草劑進行防治。3.加強綠地農田管理，深翻土壤，研究發現，種子上覆蓋10厘米的厚土就會無法萌發。

二、設計方案要進行頭腦風暴，開拓學生的創新維能力

為了提升學生的實驗設計能力和實際的操作能力，老師先給出三項基本原則：一是要有科學性，要遵循對照原則和單因子變量原則等實驗原則;二是要求合理性和易操作性;三是發揮個人的主觀能動性與小組內的分工合作精神相結合。隨后請學生自主分組，開始方案的設計。學生們通過自己的頭腦風暴提出各自的方案，經過相互思想的交流互動，最后確定小組的研究方案。接著選擇比較典型的幾個方案來進行實驗，通過真實的實驗操作，觀察現象，最后選出最佳的實驗設計方案。

例如在新教材高中生物必修一中，《生物組織中的還原糖、脂肪和蛋白質的鑒定》是非常基礎的實驗，我們嘗試把這個實驗和生活社會聯系起來，開展跨學科的素養培養。首先是探究檢測還原性糖的的方法有哪些？經過資料查閱，發現有三類方法：1、課本介紹的斐林試劑：斐林試劑由質量濃度為每毫升0.1g的氫氧化鈉溶液和質量濃度為每毫升0.05g的硫酸銅溶液配制而成，二者混合后，立即生成淡藍色的氫氧化銅沉淀。氫氧化銅與加入的葡萄糖在加熱的條件下，能夠生成磚紅色的氧化銅沉淀，而葡萄糖本身則氧化成葡萄糖酸;2、利用班氏試劑：班氏試劑由硫酸銅溶液、檸檬酸鈉和碳酸溶液配制而成。將三者混合，邊加邊攪，如有沉淀可過濾。實驗原理與斐林試劑相似，所不同的是班氏試劑可長期使用;3、利用銀氨溶液：銀氨溶液是在百分之二的氮氧化銀溶液中逐滴滴入還原性糖，會出現銀鏡反應現象。以上的方法請同學們自己分組，討論制定實驗的步驟和流程，開展小組實驗，觀察和分析實驗的現象得出相應的實驗結論，最后再做小組間的交流展示。通過這樣的一系列的活動，使得同學們的跨學科素養得到了很大的提升。

同學們還在此基礎上開發出了《探究自己膳食結構是否合理的研究》。他們根據生物學的基礎知識，設計實驗來檢測自己膳食是否合理。這樣的研究目標是非常的有吸引力的，非常的接地氣的，也是非常辛苦的，需要學生查找大量的數據。例如健康的人每天需要攝入的蛋白質、糖類和脂肪的量，如何具體的檢測各項營養成分尤其是定量的檢測等等項目。雖然工作量很大，但是每個同學都是熱情高漲，積極地完成了實驗設計方案，而且不同的同學選擇鑒定的食物也是五花八門，小組再進行討論評價，選出一些優秀的方案。老師建議學生對他們的材料給予歸類，不同小組做不同類型是食物中營養成分的鑒定，而且對原料中營養和最終端上餐桌的美食中營養進去對照，最后是各個小組交流匯報。通過這個跨學科的研究性學習，學生發現生活中一些快餐類食物油炸過后糖類和蛋白質的營養含量降低了，而油脂的含量升高了，營養成分相應的降低了;另一方面，學生的實踐操作能力得到了積極的提升。好多同學表示以后要選擇更加健康的飲食習慣。總之，學生的綜合素養在跨學科研究性學習中得到了全面的發展。

三、實踐是檢驗成果的唯一標準

“實踐是檢驗真理的唯一標準”。在跨學科的研究性學習的過程中，我們不是對教材中的科學實驗做一個簡單的重復！我們鼓勵學生開展頭腦思維風暴，吐露自己的求知欲。在很多時候，我們對實驗過程的一些疑惑進行深度的探究，帶著自己的疑惑去仔細的觀察現象，深刻感悟優化實驗設計的內在緣由。例如在還原糖的鑒定中需要新鮮配制的斐林試劑，水浴60℃加熱，有同學就水浴加熱需要的溫度展開了調查研究，他設置了50℃、60℃、70℃、80℃、90℃和沸水浴的溫度梯度。結果發現，50℃需要80分鐘才能看見磚紅色沉淀，溫度越高，出現磚紅色沉淀的時間就越短。這個發現，可以優化實驗的設計，在加入新鮮配制的1ml斐林試劑后，震蕩后在燒杯中加入一定量的開水，觀察現象，可以縮短實驗的時間，提高實驗的效率。

關于酶的實驗探究課本上前前后后涉及4個實驗，這足以說明其的重要性！他們依次是：探究過氧化氫在不同條件下的反應，探究淀粉酶的專一性，酶需要適宜的pH值和溫度。4個實驗中出現了淀粉酶和過氧化氫酶。我們的同學圍繞這個酶開展了一系列的實驗設計，在設計實驗討論后，實踐了各項基本的實驗操作時，通過對現象的分析也得出了科學的結論，整個實驗不僅培養了他們科學思維能力還提高了科學實踐水平。有同學突發奇想：在探究酶需要適宜的溫度時，是以淀粉作為底物的，而探究酶需要適宜的pH值時，又是以過氧化氫作為底物。那么，能不能只用一種底物來探究溫度和pH值對酶活性的影響呢？這樣做，豈不是可以簡化實驗的器材配制，提高實驗的效率？對于學生的頭腦風暴我沒有直接的給出結論，而是鼓勵他們形成團隊，自己設計實驗來驗證自己的思想。于是，這些同學結合自身的物理、化學知識開展了跨學科的實驗探究。經過精心的準備，反復的實驗操作，他們最終發現了當初的設想是有偏差的：由于過氧化氫高溫下會分解，所以不適宜用來探究溫度對酶活性的影響，而淀粉會被強酸水解生成還原性糖，所以不能用淀粉的水解來探究酶需要適宜的pH值。在過酸的條件下，盡管淀粉酶已經失活，但是強酸下淀粉會被催化生成還原性糖。實驗出真知！我們的跨學科研究在模仿-實踐-探究-改進-再實踐的道路上奮勇前進！

總之，我們認為，在跨學科思想指導下的研究性學習不僅提高了學生的操作技能素養，培養了學生的實驗設計的創新能力，增強了學科之間的綜合應用能力;同時也對學生個人社會發展觀提供了廣闊的思路！