指向創新素養培育的高中生物學跨學科主題教學

徐春雷

摘 要：跨學科主題教學是以某學科內容為主干，進一步整合其他課程知識、方法并針對所指向的共同問題進行探討、解決所設計的教學活動。高中生物教學中，教師應積極采用跨學科主題教學方法，幫助學生形成創新素養，其中包括創新意識和能力等。對于高中生而言的創新思維是以理解、建構并能靈活應用核心知識與概念為基礎，而生物學科的核心知識及概念又涉及其他學科的知識、方法。所以，在高中生物學教學中，教師可以采用跨學科主題教學模式，這不僅能加深學生對生物知識的理解，還能讓其靈活應用知識解決實際問題。針對此，本文以指向創新素養培育為背景，簡要分析高中生物跨學科主題教學方法及對策。

關鍵詞：創新素養；高中生物學；跨學科主題；教學方法

高中生物學的綜合性較強，涉及了物理、化學等學科知識、方法及思想。并且生物學教學和其他學科教學也相互影響、關聯，所以，生物學教師在教學過程中應注重各個學科的融合，并且需要比較各學科對生物學知識的闡述差異和相似之處，同時也需要參考其他學科對生命現象的思考和分析技巧，這樣可以更深入地理解生命本質探索過程，從而提升自己的教育水平。

一、高中生物學跨學科知識梳理

（一）跨物理學科

要想提高高中生物學跨學科主題教學的質量和效率，教師應先梳理生物學的跨學科知識內容，以便更好地設計課堂教學，以防教學碎片化。高中生物學中涉及一些物理學科知識，比如“探究光合作用的放氧物質”生物實驗，和物理學科的“同位素標記法”有著較大的關聯，通過引導學生跨物理學科學習生物知識，學生的科學思維能得到發展、探究意識也會增強[1]。同時，生物教材中的“葉綠體中色素的分離”以及“滲透作用”等和物理學科的“擴散理論”相關，通過跨學科教學，學生的生命觀念可以進一步完善。并且生物學中“生態系統的能量流動”以及“體溫調節”等知識和物理學科“能量轉化與守恒定律”有著較大的聯系，跨學科學習可以幫助學生形成生命觀念，還能發展學生的科學思維[2]。通過將生物學“體溫調節”和物理學科“熱力學定律”有機結合，也能讓學生形成良好的平衡觀。

（二）跨化學學科

高中生物學教學中，很多知識內容和化學學科知識存在密切的聯系。例如：生物學中的“組成細胞的元素和化合物”和化學學科的“元素及化合物的分類、結構性質”有較大的關聯，生物學教師可以將這兩部分知識結合到一起開展跨學科主題教學，不僅能增強學生的生命物質觀，還能起到鞏固化學知識的作用，對學生生物以及化學課程的學習、發展十分有利[3]。在生物學講解“還原糖的鑒定原理”以及“光合作用”相關知識時，教師還可將教材知識和化學學科中“氧化還原理論”相結合，這一跨學科教學能讓學生理解并發展生命物質觀、能量觀等。教師還可基于“化學鍵知識”來跨學科講解“生命物質氫鍵、肽鍵”等知識，這一過程也可增強學生的生命物質觀、能量觀。生物學教材中的“CO2和酒精的檢測”可與化學學科“顯色反應”知識有機綜合，能發展學生的科學思維。

（三）跨數學學科

生物學教材中還涉及一些數學相關知識。例如：“形狀分離的模擬實驗”以及“用樣本方法和標記重捕法調查動植物種群密度”等內容可以跨數學學科采用“統計學原理”知識，這可幫助學生形成科學思維，還能增強其探究能力。教師還可基于數學“概率理論”來講解“遺傳規律在生產、生活實踐中的應用”等知識，這一學習過程能讓學生發展科學思維，還能增強他們的社會責任。并且“雜合子產生配子種類及比例”和數學學科的“排列組合理論”可以相聯系，有利于學生科學探究。

（四）跨語文學科

在語言學習過程中，大量的詩詞都描述了生物學美景，也有眾多的文學作品展示了生物學知識在日常生活中的運用。例如：莫言創作的《蛙》和高中生物學的激素知識有關[4]。曹雪芹創作的《紅樓夢》涉及龐大的人物關系，借助這一知識可以幫助學生更好地理解直系和旁系三代內血親相關內容。而除了上述跨學科知識外，還有很多學科知識和生物學可以跨學科教學，在實際教學前教師應系統剖析并梳理跨學科內容，只有教師真正理解跨學科知識，才能更好地設計教學活動，才能在跨學科主題教學中幫助學生掌握更多的知識、技能，學生的綜合能力與創新素養才能不斷提高。

二、高中生物學跨學科主題教學方式

（一）基于研究性學習進行課題研究

跨學科主題教學的實踐性、綜合性較強，而且能培養學生的自主能力、探究學習能力，尤其以解決實際問題為目標的研究性學習活動、項目學習模式等。其中，研究性學習主要是教師引導學生基于自身興趣、愛好，從社會生活中選擇研究主題，從而學習知識、應用知識解決實際問題。旨在培養學生的實踐能力、創新意識，并能發展學生的科學研究精神[5]。在進行高中生物學跨學科主題教育過程中，教師經常采取此種策略來指導學生的學習。例如：當討論“魚菜共生系統探究”的內容時，“魚菜共生”就是通過巧妙的生態規劃，把魚、微生物和蔬菜融為一體，構建出一種生態均衡的綜合種植模式。通過此案例的跨學科主題探索式教育，可以讓學生深入體驗科學探索的全過程，并且可以運用各學科的知識、規律和技巧去處理問題。此舉既可以提升學生的科學修養，又能夠提升他們的實際操作能力和創新思維。

（二）基于真實情境進行項目化學習

項目化學習，是將跨學科的核心概念、主題等綜合到一起，并設計驅動性教學問題，讓學生自主學習或小組合作學習來解決項目任務[6]。通過這一過程，學生的自主學習能力以及核心素養可以大幅提高。生物學跨學科主題教學中，教師可以采用這一方式進行。通常，項目化學習涉及如下流程：（1）設計驅動性教學問題；（2）合理設計教學方案；（3）全面實施方案；（4）成果展示。在講解生物學《細胞的代謝》相關知識時，教師可以設計“家庭濕垃圾處理”主題教學，基于真實情境組織項目化學習活動，可以有效激發學生的問題解決主動性，還可通過問題活動設計、方法指導以及成果展示等流程幫助學生完成項目任務，順利解決實際問題，這一過程也能提高學生的知識應用能力。

三、指向創新素養培育的高中生物學跨學科主題教學對策

（一）優化教學設計，做好教學導入

高中生物學教學中，因知識復雜、抽象，很多學生缺少學習興趣，課堂學習時也不注意聽講，導致生物成績下降，即使遇到學習問題，也不主動尋求教師或其他學生的幫助。而學生之所以缺少學習生物的興趣，和教師的課堂導入有著一定的聯系，因為課堂導入效率低，無法調動學生的學習情緒。在此背景下，教師應結合教學內容、目標，通過跨學科主題教學導入課程新知，可以調動學生學習的興趣與熱情。

例如：在講解“細胞的物質輸入與輸出”相關概念時，教師能夠將其與物理領域的“傳播”概念緊密結合，然后借助生物學的實踐活動來增進學生的認知。例如在生物學領域，“物質是怎樣進行跨膜運輸”的相關知識，可以幫助學生更好地理解擴散現象并掌握其中知識。在授課期間，教師還可預先準備好實驗工具，例如墨水、純凈水和水杯，并向學生闡述該實驗的意圖及需要研究的事物。做好這些鋪墊后，教師可以帶領學生進入實驗環節，操作如下：在杯中倒入一半的清水，然后用滴管把墨水滴進去，并觀察墨水在清水中的擴散狀態[7]。在完成實驗步驟之后，教師應引導學生根據擴散理論去探究自由擴散和協助擴散的根源，理解其滲透效果。同時，教師還可以利用數學模型對跨膜運輸方式的影響因素進行全面的分析，并且可以畫出相關的曲線圖。在這一教學活動中，教師運用了諸如物理現象和數學模型等知識，不但能幫助學生學會生物知識點，還能通過跨學科教學來調動學生的學習興趣和熱情，再借助生物案例也能加深學生對跨學科主題學習的理解，也能形成良好的學科融合意識。

（二）通過跨學科主題教學突破教學的重點和難點

生物學教學中有很多重難點知識，學生在學習這些知識時容易感到吃力、困難，所以教師可以通過跨學科主題教學來突破教學的重點和難點，這種方法不但可以增強學生的生物學技巧，而且能構造出一個全面、科學的生物知識體系。鑒于高中生物課程較為特殊，許多知識點相對抽象，唯有學生具備較佳的理解能力，并有堅實的學術根底，才可能更深層次地理解、掌握知識。在此背景下，教師可將這部分知識和其他學科知識聯系到一起，并以其他學科思維理解并分析生物學知識，可以有效實現知識的遷移和應用。

例如：在講解《光合作用的原理》一課時，很多學生在剛接觸這方面知識時感覺吃力、無法理解[8]。此時，教師可以利用化學學科的“氧化還原反應”來設計教學活動。從光合作用的總反應式入手，讓學生了解CO2和H2O這些反應物都是不含能量的無機物，而其產物CH2O是含有能量的有機物，反應場所位于葉綠體，光能便是其驅動力。由此學生可以了解CO2轉化成CH2O的本質便是CO2被還原的過程。而CO2還原又是加氫去氧以及儲能的過程，需要滿足兩個條件，即能量、還原劑。在光反應過程中所生成的還原型輔酶Ⅱ不僅是還原劑，還帶有一些能量，至于腺苷三磷酸，則有活躍的化學能。同時，在光反應階段，物質的轉變以及能量的轉化都為暗反應階段的CO2還原提供了良好條件[9]。在暗反應過程中，CO2被C5固定為C3后，有了光反應產物的供氫和供能，再通過酶的催化，CO2可被還原成儲存能量的CH2O，這一還原過程所脫下的氧也會生成水，這一整個過程都體現了生物界中物質的轉變以及能量轉化。通過這一教學環節，原本復雜、抽象的光合作用的生理過程可以借助化學邏輯思維有效連接，不但能幫助學生深入理解重點和難點知識，還能鍛煉學生的創新思維能力。

（三）基于生物實驗幫助學生形成科學思維

實驗是高中生物學教學的一大重點，組織生物學實驗活動不僅有助于評估學生的知識掌握情況，還能加深他們的理論認知和記憶，進一步增強其動手操作能力、科學思維。在高中的學習過程中，生物學與化學的關聯性相當緊密，教師可以運用化學的知識來協助學生迎接生物學的挑戰。同時，通過組織化學實驗，引導學生進行比較分析，也能夠幫助學生認清生物學與其他學科之間的關系，并了解其中的區別。通過這一學習過程，學生可以正確認識生物學的關鍵作用，通過知識的對比分析也能對生物學習形成新的認知。

例如：講解“組成細胞分子”知識時，在指導學生掌握細胞的各種成分，如元素、化合物、糖分和脂質等知識后，教師可以安排學生進行實驗。通過對還原性糖的檢測實驗，可以讓學生理解化學實驗與生物實驗的區別。例如：化學實驗主要關注對物質結構的研究，而生物實驗則更多地關注對物質性質的探索。借助這種對比實驗，學生不僅能夠明確自己的關注點，還能確保實驗的準確性和真實性。此外，教師還需要為學生提供實驗設備和材料。具體實驗中，學生可以研究氫氧化銅與葡萄糖在高溫環境下產生的磚紅色沉積，以便理解還原性糖的特性。在進行生物實驗時，學生能夠把2ml本尼迪特試劑添加到含有2毫升還原性糖的溶劑里，例如水果汁，然后用力攪拌使之均勻，再把它們置于燒杯內進行水浴加熱，這一過程學生可以直觀看到顏色的變化。同時，學生還注意到有紅黃色沉淀出現，教師可以指導學生準確記錄兩次實驗的觀測結果，再讓學生探討還原性糖實驗的化學和生物實驗的共性和差異。借助教師實驗前對生物實驗和化學實驗的主題闡釋，學生能夠明白兩個實驗的基本原則一致，但實驗用的試劑、實驗結果的描繪以及實驗方法卻存在差異。通過兩次實驗的比較，學生可以發現化學與其他學科的不同，化學學科和生物學之間的聯系更為密切。而為幫助學生更好地進行跨學科學習，生物教師能夠和化學教師進行有益的交流，再做好知識的融會和整頓，并將學生置于核心位置，其可最大限度地推動生物學和化學相結合的校本課程的研究。同時，這一方式既能夠幫助學生運用辯證法去掌握生物和化學知識，又能增強他們的實踐能力和創新精神。

結束語

總而言之，指向創新素養培育的高中生物學跨學科主題教學，不僅能幫助學生靈活遷移并應用已學的物理、化學等學科知識來理解生物學內容，還能激發學生的學習興趣，引導學生站在其他學科角度去分析、觀察并探究知識問題，再將生物學知識和其他學科知識有機結合，也能有效解決生產生活中的問題，這在很大程度上可以培養學生的創新能力和意識，學生還能形成良好的社會責任感。此外，生物學教師還需要和其他學科教師有效交流，將各學科和生物學知識有機整合，還能為學生的課題研究與項目化學習創造良好的條件。

參考文獻

[1]汪會喆，蔡敬輝.基于項目式學習的高中生物學實驗教學：以“調查招潮蟹的種群密度”教學為例[J].福建基礎教育研究，2023（8）：124-126.

[2]賀媛鈺，戴國.“細胞的物質輸入和輸出”主題中相異概念的探查與分析[J].生物學教學，2023，48（2）：84-86.

[3]金冬桂，楊淑萍.基于大概念的跨學科資源整合：以“光合作用”為例[J].中學生物教學，2019（10）：11-16.

[4]師瑤，董歡，趙曉燕.基于現象教學的高中生物學校本課程開發初探[J].生物學教學，2023，48（6）：71-74.

[5]黃為群.STEM教育在高中生物課堂教學中的融合[J].科學咨詢，2020（3）：118.

[6]馮文靜.課程思政視域下跨學科主題學習活動設計與實踐：以“潘安湖濕地生態修復工程”為例[J].中學生物教學，2023（22）：11-14.

[7]王瑞，劉清鋒.人教版高中生物學教材跨學科教學內容分析及教育啟示：基于NVivo的質性研究[J].生物學教學，2021，46（11）：18-21.

[8]蘇科庚.高中生物學跨學科教學的實踐探索：以生物學必修1·分子與細胞為例[J].課程教學研究，2022（11）：73-76.

[9]周欣欣.基于高中生物學核心素養的跨學科教學例析[J].新課程研究（上旬），2018（10）：35-36.