基于跨學科實踐的初中生物學教學設計與實施
——以“探究魚類適應水中生活的特征”為例

邢菊芳

(西安交通大學蘇州附屬初級中學 江蘇蘇州 215021)

2022 年,教育部頒布了義務教育各學科的課程標準,首次提出了跨學科主題學習,并明確規定每學科跨學科主題學習的課時約占總課時的10%,這充分體現了課程綜合和課程協同育人的教育理念。 其中《義務教育生物學課程標準(2022 年版)》(以下簡稱《課程標準》)提出了“教學過程重實踐”這一課程理念,實踐就包括了實驗、探究和跨學科實踐活動,跨學科實踐作為實踐的一部分,在初中生物學教學中有著極其重要的作用。

1 基于跨學科實踐的初中生物學教學的設計與實施

跨學科實踐作為初中生物學的課程內容之一,它的實施是為了達成培養學生核心素養的課程目標。因此,教師需要基于學生核心素養的提升,從學習主題的確定、學習目標的制定、學習任務的安排和學習評價的確立等環節精心設計并有效開展教學。

1.1 確定實踐主題

通過對跨學科主題的大概念分析得出,發現真情境、跨學科和問題解決是跨學科實踐的關鍵詞。 因此,教師在選擇主題時一般要考慮以下幾點:①選擇具有跨學科內容的主題,這是進行跨學科實踐的基礎。 ②選擇來源于真實生活情境的問題,這是開展跨學科實踐的方式。 ③選擇具有問題解決的主題,這是跨學科實踐的主任務。 蘇科版教材《生物學·七年級·下冊》第十章第一節“水中的動物”中,圍繞“魚類如何適應水中生活”這一問題展開探究,涉及到生物學、物理和化學學科的內容,見表1。 同時,由于學生對于鮮活的生命有著極大的探究欲望,因此,本節內容是開展跨學科實踐的良好素材。

表1 探究魚類適應水中生活的跨學科內容表

1.2 明晰學習目標

跨學科實踐活動的總目標是提升學生核心素養,在每個跨學科實踐活動中,教師可以結合本學習主題,制定本實踐核心素養培養的側重點。 經過對教材與《課程標準》的研究,本主題的學習目標制定如下:①通過觀察與分析魚鰓的結構和探究魚類適應水中生活的特征形成結構與功能相適應的生命觀念。②通過實驗結果的分析和模擬實驗的開展等活動提升科學思維。 ③通過實驗和模型制作等活動提升探究實踐的能力。

1.3 提出評價要求

《課程標準》的評價建議中指出,教師應通過跨學科實踐活動評價學生核心素養的發展,著力考查學生的工程思維能力、批判性思維能力、創新意識和綜合運用多學科的知識與技能解決實際問題的能力。 教師根據本實踐主題,對《課程標準》的建議進行細化,制定了以下評價要求:①通過觀察生物學現象提出問題的能力。 ②根據問題設計與改進實驗方案的能力。③小組進行實驗的操作能力、模型制作和展示能力以及運用關聯學科知識解決問題的能力。

1.4 安排學習任務

安排學習任務是跨學科實踐活動開展的重要步驟,在此環節,教師將本實踐的主題任務分解成多個任務,并將活動納入到學習環節和流程中,如圖1 所示。 教師在實施過程中有序地開展和推進教學,幫助學生實現跨學科實踐的深度學習。

1.5 展開學習過程

在初中生物學課堂中,探究鯽魚運動和感知器官是常規活動,除此以外,教師還展開了多個跨學科內容的實踐活動。

在活動一觀察鯽魚的外形方面,教師設計了探究鯽魚體形的作用的環節。 學生用線的一端固定相同質量但形態不同的胡蘿卜條,線的另一端掛上相同質量的砝碼,將胡蘿卜條放于水槽中,將砝碼放于水槽外,學生捏住胡蘿卜條并同時放手,觀察其在水中運動的速度(圖2)。 通過實驗,學生直觀地感受到鯽魚體形有利于其在水中的運動,同時,學生運用物理學中阻力的影響因素原理加以解釋,實現學科的融合。

圖2 探究不同體形物體在水中所受阻力的實驗裝置圖

在活動二研究鯽魚如何實現沉浮時,學生用自制的鯽魚模型(圖3)來完成,模型中的透明熱水袋模擬魚體,石頭模擬內臟器官,氣球模擬魚鰾,模擬魚懸浮在水中時,學生用打氣筒向魚鰾內注入氣體,觀察到魚體上浮;放出魚鰾內氣體,則魚體下沉。 學生結合物理中的阿基米德原理,即物體在水中排開液體的體積越大,所受浮力越大,解釋了魚類實現浮沉的原理。

圖3 自制鯽魚模型

在活動三探究鯽魚如何呼吸中,由于鰓中水流的氣體變化微觀不可見,因此,學生并不能真正理解鰓的功能,這是本主題的難點。 于是,教師讓學生通過觀察感知魚口與鰓開閉的現象分析與提出水流通過鰓部的順序、鰓如何進行呼吸等問題,再讓學生通過設計與實施實驗等方式解決問題,最后要求學生制作模型,提升學生的探究實踐能力(圖4)。 在整個活動中,學生通過多次觀察—質疑—實驗驗證的循環,結合物理中氣體的擴散原理,自主揭秘鯽魚的呼吸,最后運用生物學、物理和工程學知識,以及結構與功能的跨學科概念,選擇合適的材料完成模型制作。

圖4 探究鯽魚呼吸活動的流程圖

課后,學生通過請教化學老師和查閱資料的方式掌握了碘量法或氧氣傳感器測定水中含氧量的方法,并對不同的水體進行了含氧量的測定。 學生借助化學實驗深入理解環境對魚類生活的影響,并嘗試尋找使水體增氧的方法。

1.6 滲透評價小結

評價是對學生學習和教師教學過程與質量的有效監控,是影響跨學科實踐開展的重要因素。 與傳統教學的評價不同,跨學科實踐的評價要兼顧對學生的過程性表現和作品的評價,一般沒有固定的模式,具有開放性和多元性。 在本實踐活動中,學生綜合運用多知識和技能完成的模型是評價重點,學生與教師從科學性、完整性和有效性三方面對各組的作品進行評價,見表2。 同時,整個實踐活動也滲透著對學生實驗設計能力、操作能力和小組交流合作能力等的評價。

表2 模型制作評價表

2 基于跨學科實踐的初中生物學教學反思

跨學科實踐是教與學的一種新方式,是《課程標準》中的亮點,但由于其在實踐過程中自由度大、教師缺乏足夠的跨學科實踐能力等因素,因此,其也是《課程標準》實施中的難點。

2.1 研讀各科《課程標準》,尋找跨學科實踐的主題

選擇什么樣的內容作為跨學科實踐的主題,這是許多教師的困惑。 根據《課程標準》要求,從課時安排來看,初一和初二生物學科每學期分別約有6 和4 課時來開展跨學科實踐,因此,在進行新課教學時,教師可以有意識地用跨學科實踐的框架加以設計或指導。本案例中,教師從生物學的重要概念入手,橫向分析生物學與其他學科間的交叉滲透內容,在新課中開展了適合于課堂的跨學科實踐活動。 教師也可以研讀各學科《課程標準》,尋找生物學學習主題與其他學科的聯系,如生物學《課程標準》中“植物的多樣性”學習主題下的藻類植物與化學《課程標準》中跨學科實踐“海洋資源的綜合利用”的關聯,“人體生理與健康”主題下“眼的結構與科學用眼”與物理的“用可變焦距的眼睛模型,演示并說明近視眼、近視眼看不清物體的原因”的關聯,“生物與環境”主題下的“人類與生態環境的關系”與藝術的“營造環境”的關聯,等等。 教師可以將這類密切相關的內容整合,進行創新性的跨學科實踐設計與實施。

2.2 聯動其他教師,增加跨學科知識的理解

初中生物學教師跨學科實踐能力的欠缺還表現在對跨學科知識的理解不足,因此,教師在開展跨學科實踐活動時,需要與其他學科教師合作,解決自己與學生在其他學科知識方面的困惑,才能更好地完成學科間的融合和實踐。 例如,在制作魚鰾模型的過程中,教師首次用礦泉水瓶和氣球模擬了鯽魚的魚體和鰾,結果發現向鰾內充入氣體后,魚體在水中的位置基本不變,教師請教物理教師后得知:礦泉水瓶體積不變,浮力也不變。 于是,教師尋找了可變形的透明熱水袋代替礦泉水瓶,并畫上黑線指示水面位置,充氣和放氣后可以清晰地看到現象。 而漂浮在水面的鯽魚模型與鯽魚懸浮在水中的真實情況又不符合,教師通過向熱水袋內裝入適量的石塊解決了該問題。在物理教師的幫助下,教師通過一次次的修改,使模型更加科學。

2.3 轉變評價理念,提升跨學科評價的效度

生物學《課程標準》指出跨學科實踐關注的是學生素養的發展,而素養又無法進行量化,這給跨學科實踐的評價帶來了一定的難度。 因此,教師需要轉變傳統的評價理念,按照《課程標準》要求堅持以過程性評價為主,關注學生的學習過程,從方案設計、動手操作、物化成果和項目報告等方面入手,設計方案評比、操作能手和模型展示等多元評價形式來進行,同時采用學生自評、學生互評和教師評價的方式,多維度地評價學生在跨學科實踐過程中核心素養的發展。 考慮到課堂中教師無法關注到每一位學生,教師可以以個人或小組為單位,將過程性行為細化并設計記錄表。 例如,教師可以從設計實驗方案的科學性、可行性、便捷性,操作的規范性、有效性和材料的處理等方面記錄并賦分,一方面幫助學生進行反思和改進,另一方面可以全面了解每一位學生的表現與發展,用評價促進更好的學與教。

總之,基于跨學科實踐的課堂教學設計使學生的學習有了更多的主動性,使生物學課堂有了更多的綜合性和延展性,是發揮學科育人價值的重要方式。 但是,跨學科實踐活動的開展對教師來說也是一項挑戰,從選題到設計再到開展的過程是一個從無到有的過程,教師需要轉變理念,在研究中實踐,在實踐中反思,在反思中進步。