素養角度下的初中生物學與數學跨學科實踐探索

王旭

跨學科實踐即圍繞生活中真實的問題，綜合運用所學的各門學科知識，解決生活中的問題。初中生物學學習中經常需要借助數學模型進行數據統計和圖表分析，打破了學科之間的壁壘，開展生物學與數學的深度融合教學，更有助于培養學生的核心素養。

一、背景

“雙減”政策落地之后，國家又頒布了《義務教育生物學課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”），新課標進一步深化課程改革，不斷加強課程綜合性和實踐性，推進育人方式的變革，發展學生核心素養，高度關注學生個性化、多樣化的學習和發展需求。特別是新增了“生物學與社會·跨學科實踐”專題，強調學生理解各個學科間的相互關系，嘗試運用多學科知識方法，通過設計和制作，解決生活中的問題，發展核心素養。

二、生物學與數學跨學科教學的意義

生物學作為一門自然科學，在學習過程中經常會涉及數學學科的數據統計分析和統計圖的制作與分析等相關的內容。數學的數理統計與分析、圖表分析是學習生物學必不可少的一項基本素養，可以幫助學生更好地開展科學探究實踐活動，提升生物學核心素養。

通過跨學科實踐活動的開展，在提高學生生物學核心素養的同時，為數學學科的學習提供了鮮活的生活情景，學生在真實的問題情景中學會數據統計、計算，根據實際情況選擇圖表呈現數據，分析得出結論，從而解決問題。跨學科學習有助于提高學生學習數學的興趣，同時發展學生的數學核心素養。

新課標中建議學生可以通過培養作物、探究實踐、對照實驗等方式，深入了解植物生長的規律以及環境因素對植物生長的影響。在數學課程中，以生活實際為中心展開數據收集和分析則是關鍵的素養之一。通過生物學與數學跨學科教學可以幫助學生建立學科之間的聯系，雖然是分不同學科，但是學生通過相關活動可以建構以問題解決為核心的知識體系，通過思考如何運用不同學科的知識完成相關實踐探究活動，從而解決問題。

三、活動介紹

1.活動設計思路

“種子萌發的條件”跨學科主題學習活動主要以任務驅動方式進行，激發學生學習探究的內驅力，通過層層遞進的任務，制訂嚴謹的科學探究方案，引導學生進行科學探究。探究活動依托數學模型建構，學生通過對實驗現象、數據、圖表的分析歸納得出結論，找到影響種子萌發的內因和外因（見圖1）。

2.活動過程

活動以初中生物學中常用的對照實驗的形式開展，探究在不同溫度、空氣、水分條件下種子的萌發情況。學生以小組為單位開展探究實踐活動，詳細記錄實驗過程中的實驗現象和實驗數據并選擇合適的統計圖對數據進行進一步整理，構建與種子萌發有關數據的數學模型。三類統計圖各具特色：折線統計圖主要反映數據變化的趨勢；柱狀統計圖的對比更明顯，可以反映數據之間的差異；扇形統計圖可以反映數據的比例情況。通過模型的輔助分析以及對各組對照實驗的結果分析得出結論：種子萌發需要完整、有活力的胚，還需要充足的空氣、適宜的溫度、適量的水等環境條件。

3.活動評價

活動評價對促進學生參加活動的積極性、主動性尤為重要。為了發揮評價的導向、激勵作用，實現教學評一致性，應該采取多種評價方式，促使學生參與評價、接受評價，幫助他們從多個角度了解自己。

學生在自評的過程中普遍反映對跨學科實踐活動有濃厚興趣，知識掌握更扎實，能從知識更深層次理解生物學知識——種子萌發的條件，學會分析統計數據和繪制圖表，并能應用在各學科學習過程中。同時在探究過程中能進行思考，科學探究能力、科學思維能力都得到很大提升。同時學生也反思了在實驗過程中的不足，例如：（1）實驗開始時對實驗的整體規劃性欠佳；（2）實驗過程中還不夠嚴謹，澆水量不一致，判斷種子萌發時間有誤差。

探究活動結束后我們對實驗班和平行班進行對比分析：（1）實驗班學習生物學和數學的熱情明顯要高于其他班級，學生對所學知識在生活中的應用表現出濃厚的興趣。（2）實驗班對與種子萌發條件的相關知識掌握程度要優于平行班，在基礎知識小測試中正確率達到100%。但是平行班只有73%，主要區別是實驗班通過參與跨學科實踐活動對影響種子萌發的條件理解更透徹，回答更準確。（3）實驗班學生發現學科之間是緊密聯系的，在解決問題的過程能夠改變思路，主動運用生物學與數學的知識解釋生活中的現象和解決生活中的問題。

四、目前生物學與數學跨學科實踐面臨的困難

一是教師跨學科教學的意識薄弱，在實際教學中教師側重生物學或數學某一學科知識教學，對于與跨學科有關的活動不能充分開展。例如，教師直接對數據圖表進行分析得出結論，忽略了學生探究實踐的過程。

二是教師專業成長受限，在教師培養的過程中沒有提供開展跨學科教學思路和方法。

三是對學科教研不夠重視，開展與跨學科有關的教研活動較少，沒有深入挖掘有效開展跨學科教學的方式方法。

五、生物學與數學跨學科教學的優勢

1.學科知識融合，訓練學生整體性思維

在面對復雜的生物學問題時，學生可以從數學角度出發，通過數學模型尋找解決問題的思路和方法。學生認同各學科知識相互關聯、密不可分，形成整體性思維。

2.激發學習興趣，開啟科學探究之旅

學生看到一個問題在生物學與數學中的不同呈現方式時，會對問題有更深入的理解，從而激發他們的好奇心和探究欲望。跨學科探究實踐活動激發學生學習興趣的同時，提高了學生的科學思維和科學探究能力。

3.提升學生綜合素質，為未來發展蓄能

開展跨學科探究實踐活動有助于進行綜合素質教育，在活動過程中激發學生的創造力、批判性思維、溝通協作等能力，從而更好地適應未來社會的需求。

總之，生物學與數學跨學科教學對學生生物學與數學核心素養提升具有顯著的優勢，可以提升學生的綜合素質，讓學生在面對生活中各種復雜的問題情景時能夠創造性地運用不同學科知識解決問題，更好地把握未來的機遇和應對各種挑戰。