初中生物學跨學科實踐主題教學策略研究

朱曉燕 高 勍

（1.福建省南平市教師進修學院 福建南平 354299）

（2.南京師范大學生命科學學院 江蘇南京 210023）

《義務教育生物學課程標準（2022年版）》（以下簡稱《課程標準》）提出“教學過程重實踐”的課程理念。基于生物學科著力發展的學生核心素養培養要求的“探究實踐”，是“解決真實情境中的問題或完成實踐項目的能力和品格”，實踐探究活動包括科學探究和跨學科實踐。《課程標準》中設立了“生物學與社會·跨學科實踐”學習主題，將科學與工程實踐、跨學科概念、學科核心概念融合為整體，旨在引導學生建立知識與知識、知識與真實世界的聯系，引導學生進行知識整合與遷移，并通過真實情境下的實踐性問題解決，達成知識的再創造與再建構。

以跨學科主題實踐為載體，通過學生完成實踐活動的認知過程，引導學生親歷科學家解決真實世界問題的工作過程，培養科學探究能力，并以學科核心概念為中心，促進知識的聯系與融合，實現素養提升。

1 跨學科實踐對當前生物學學習的意義

跨學科實踐強調學生主動參與，在實踐活動親歷中，加深對生物學概念的理解，提升應用知識解決與分析問題的能力。基于生活場景的跨學科實踐不僅幫助學生獲得對生活有用的知識、技能，還訓練學生思考的方法，通過分析、推斷、論證等，幫助學生做決策，讓他們體驗知識的學以致用，討論與研究社會生活和生產實踐中的問題，促進學生科學價值觀的形成，使學生在進行決策時，不是僅憑經驗或是直覺，而是有科學的理論支撐，培養他們的社會責任感，以提升公民素養。

針對以往中學生物教學中存在的知識零散化、碎片化、機械化，以及探究活動的程序化、淺表化現象，跨學科實踐主題強調生物學與社會的關系，整合科學知識、工程技術、數學、包括文學藝術等多個領域的知識與方法，使學生的學習不再局限于瑣碎的生物學事實或現象的記憶，或是學科專有名詞與術語的簡單堆砌，以及游離于具體應用場景的單純的學科技能訓練，或者只是滿足于虛擬情境的專門為了解題方法的重復訓練，而是在一個復雜的真實情境下，通過對問題的真實解決，達成對知識的深度理解，創造知識新意義的過程。

2 跨學科實踐的主要特征

作為科學實踐重要內容的跨學科實踐，意在強調學生的科學探究應是一種與科學家所從事的科學研究相似的實踐活動，它包括科學問題解釋和工程學實踐兩方面的內容，是基于學科核心知識的，學生主動參與的探究學習。跨學科實踐不僅促進學生深度理解知識，建構知識體系，并使學生學以致用，增進交流與合作，進一步建立有意義的知識，幫助學生正確認識科學本質。

2.1 跨學科實踐指向真實情境下的問題解決

跨學科實踐主題不再是課堂中只是為了答題而設置的理想化的虛擬情境，而是基于生活或生產實踐的真實問題。學習的終極目標不是為了應對考試，而是將應用于生活中的思考分析及問題解決。學生在生活中可能遇到的問題是課堂學習實例無法窮盡的，往往也是超出學生的學習范圍的，單個學科的零散知識或是單一的學科概念無法實現新問題解決。真實問題的解決需要幫助學生建立知識間聯系，建構自己的思維體系與價值取向。在真實實踐情境中，學生將基于原有的知識基礎，將各個概念與原理建立聯系，借鑒已掌握的科學研究方法與技能，進行遷移與拓展，并運用知識的綜合理解力去解決那些從未遇到的新問題，而不是讓時間和精力為大量的生物學事實或者現象所累，讓教學陷入海量的瑣碎的知識記憶。

2.2 跨學科實踐需要跨學科知識的整合

跨學科實踐以生物學科核心概念為中心，可能需要對涉及的不同學科知識進行匯總與整理，達成科學知識的結構化，促成理論知識轉化為對生活問題的分析。事實上，科學的各個領域界線很難絕對分離的界定，存在交叉的融合，科學各領域的學習是相聯系的，存在共同規律，而解決問題所涉及的學科知識也是多領域的，如環境保護問題，需要涉及生物學、物理、化學和地理學等多個領域的知識。

2.3 跨學科實踐基于合作交流

科學的進步建立于合作與交流，交流與共享，傳承與發展是科學研究非常重要的研究態度。跨學科實踐項目涉及范圍可能相對寬泛，新的問題解決并沒有一個預定的標準答案，學習是基于問題解決的知識重構與再創造過程。在這個過程中，學生往往需要進行小組合作，討論與交流，創造性地重新定義情境，分析各種方法的合理性，引發知識的整合、遷移。同時，教師需要問一些引導性問題來幫助學生，推進學生的學習。教師的提問不僅要求學生告知、解釋、列舉、確認等，更應該就研究實踐提一些導向分析、比較、想像、創造、論證或評價的問題。教師引導學生分析問題情境，思考解決問題的策略，引發思考與討論交流。學生在學習的過程中，學會表達，學會論證，也學會學習，探究的結果的多樣化表達，進一步發展了學生的綜合理解能力。

3 初中生物教學中跨學科實踐案例設計

《課程標準》主題七“生物學與社會·跨學科實踐”學習主題，主要內容包括“概念9真實情境中的問題解決，通常需要綜合運用科學、技術、工程學和數學等學科的概念、方法和思想，設計方案并付諸實施，以尋求科學問題的答案或制造相關產品”。以“跨學科活動（3）設計并制作能較長時間維持平衡生態瓶”為例，進行科學實踐教學設計，為義務教育階段實踐探究素養發展，為初中生物學跨學科主題學習教學提供實踐參考。

3.1 基于真實問題解決的需求，確定跨學科實踐學習目標

教師要引導學生基于生活需求產生的疑惑，梳理學科核心概念與跨學科概念，進行信息整理與重構。“設計并制作能較長時間維持平衡生態瓶”要求學生“根據水生生態系統組成，以及‘尺度、比例和數量’‘穩定與變化’‘系統與模型’等跨學科概念，利用生活中簡單易得的透明材料制作裝置，裝入水、塘泥和不同的水生生物，制作能夠維持較長時間的生態瓶。”

首先，教師引導學生回顧實踐探究活動所需要的學科核心概念和跨學科概念，基于這一主題進行知識的梳理，回顧已掌握的知識。學科核心概念包括概念3“生物與環境相互依賴、相互影響，形成多種多樣的生態系統”的主要內容，涉及概念2中包含不同類群的生物具有適應其生活方式和環境的主要特征，概念4中光合作用、呼吸作用及碳氧平衡等內容，還銜接高中學習的物質與能量觀、平衡與穩態觀、系統觀等生命觀念。跨學科概念包括數感和量感，學生在真實情境中對于數量關系及運算結果具備直觀感悟，對事物的可測量屬性及大小關系具備直觀感知，會針對真實情境選擇合適的工具，進行換算，感知度量工具和方法可能引起誤差，能合理得到或估計度量的結果等。另外，跨學科概念還包括數學學科的空間觀念、模型觀念、數據意識等，化學與資源、能源、材料、環境、健康化學概念，及能量守恒定律、平衡等物理核心概念。

教師要提出驅動性問題。例如，什么材質、形狀和大小的容器適合制作水生生態瓶？要選取哪些生物種類和數量放入生態瓶？有哪些因素會影響生態瓶中各種生物的生存？制訂怎樣的方案才能讓生態瓶中的各種生物存活時間更長？……

教師根據學生已掌握的研究方法進行遷移，明確解決問題需要進一步學習的知識或是技能，制定活動目標為：嘗試從結構與功能相適應的角度，選擇材質和大小適合的容器，根據生態系統結構組成、生態系統與環境因素的關系，選取不同種類的生物放入生態瓶；用圖示繪制生態系統各生物營養成分和能量流動關系；分析影響生態瓶中生物生存的影響因素；推測計算各種成分的數量比例以保證生態瓶中生物存活時間更長；展示制作的生態瓶，并建構生態系統不同生物間關系彼此影響的數學模型；認同生態系統與非生物環境是一個統一的整體，生態系統具備一定的自我調節能力；關注環境保護問題，討論生態環境中各組成成分彼此間的關系，討論人類活動對生態環境可能造成的影響，初步形成可持續發展的生態意識。

3.2 設計完善實踐方案，小組合作實施探究

在活動目標的指引下，教師引導學生討論實踐探究方案，并梳理學生在這一主題下提出的問題。例如，怎樣估算生態瓶的大小；選取哪些生物放入生態瓶？各種生物種類與數量設置的理由？生態瓶中要設置怎樣的環境條件？探究環境因素對生態瓶中生物生存的影響時以什么為觀測指標，怎樣記錄觀察結果？……

教師幫助學生將描述性問題“影響生態平衡的因素有哪些？”轉到可探究的因果性問題，如“不同養殖密度對蝦生長的影響”“殘餌、糞便對養殖水質影響的模擬試驗”“溫度對魚類生存的影響”等，并就研究主題討論形成研究的初步方案。例如，“不同養殖密度對蝦生長的影響”，以不同的養殖密度為變量，測定蝦存活率、體重增長度、體長增長率等，需要控制的無關變量包括實驗中選取生理狀態、體重、體長一致的幼蝦進行分組實驗，保持蝦數量、生活環境一致。在研究的過程中，可能會遇到新的困難、如從學科知識維度，可能需要學習蝦的生活習性、影響蝦生活的生態因素等；從科學研究方法維度，要盡可能去除無關變量對生物生活的影響，如容器的清潔洗滌，要洗干凈但不能使用清潔劑，因為清潔用品中含有的化學物品，可能會殘留在容器上，它們將對水生生物的生存會帶來危害；如果無法獲取自然水域水的，至少要將自來水事先靜置24 h，以保證有足夠的時間使其中的含氯化學物質分解除去，因為大多數水生物都對含氯的物質很敏感，接觸到這些物質后容易死亡等；在科學研究工具的使用上，可能需要討論如何設置不同的養殖密度梯度，如何計算生態瓶中放養的魚的數量和生態瓶中水的體積。如何設計觀察記錄表呈現觀察結果，根據需求進一步學習數據統計的一些方法，選擇一些工具來處理數據，學習繪制曲線圖或柱形圖等直觀圖表，如何最后繪制出生態瓶中生態系統穩定性的數學模型等，實踐過程會動態推進學生的持續學習，并使學習聚集主題。在這個過程中，學生會在探索的過程中感受到如果不保證單一變量，可能很難得到經得起質疑有說服力的結論，如怎樣排除蝦生長受到其他無關變量影響的可能性等具體的問題，原有的方案會隨著研究進程不斷修正。教師需要在學習過程中不斷完善修正實驗方案，或者增設調查項目等。學生自主意識得到強化，參與程度高，學習動機明確。

3.3 立足評價展示成果，推進科學理解的知識再建構

跨學科實踐研究的是生活真實問題，通過學習活動而得出的策略與方案是可以應用于生活場景并進行實踐檢驗的，這是科學知識應用的重要環節。成果的展示可以讓學生感受到學以致用的快樂，形成科學態度，也可以在真實的場景中幫助他們對社會問題進行更全面的思考，培育社會責任感。

制作生態瓶的實踐過程包含跨學科的知識與研究方法，教師首先需要引導學生在問題情境下能利用哪些資源來獲取所需要的信息，并指導學生將得到的數據進行整理與分析。隨著實踐的延伸，也可能在這個過程中提出更多的問題，需要進一步的查閱或學習新的知識：怎樣測算合適的水體含氧量？還可能在這個過程中挑戰哪些有爭議的觀點？是不是生態瓶中水草越多小魚生活得越好？實踐任務通常無法以學生一已之力完成，需要小組合作共同完成。交流與分享為促進學生思維發展提供幫助，其內容除了學科知識本身，還包括對學生研究論證過程的討論、工具技術手段的推薦等，以幫助學生進一步理解解決問題過程所需要學習的學科知識之間的聯系，也給學生的后續研究提供更寬廣的思路和新的視角，幫助學生能科學論證自己的觀點。多元的結果表達可能需要學生利用文學、藝術等手段來實現，更進一步促進了學生綜合思維的發展。

同時，成果展示也是跨學科實踐活動評價的重要環節，以“設計并制作能較長時間維持平衡生態瓶”，設計活動評價任務（表1）。

表1 活動評價任務表

4 初中生物教學中跨學科學習主題實踐教學模型

生物學核心素養的培育離不開學科知識及跨學科概念的建構與轉化。跨學科主題實踐引導學生在新的情境中，能基于以往的知識基礎在真實場景中應用知識與能力，并在探究的過程中，隨著研究的需求因繼續的學習與思考產生出新的認知，進行問題解決，實現知識的再建構。跨學科學習主題實踐的學習模型如圖1所示。

圖1 跨學科主題實踐的學習模型

跨學科學習主題通過科學實踐活動，整合科學、技術、工程等領域知識，促成各學科之間產生有意義結構聯接，幫助學生更好地理解學科的內容體系及其研究過程，對自然界建立完整、全面的認識，形成連貫、統一、系列的科學世界觀，從而更好地應對未來的各種挑戰。這種學習經歷將為學習者提供一個條理分明的智力和實踐框架，引發知識的整合、遷移，促進學生的成長。