高中生物學實驗教學中跨學科思維和方法研究

摘 要：高中生物學屬于科學學習領域中的一個科目，其教材內容的設置與現行化學、物理等學科緊密聯系，有較多的交叉點。而在高中生物學實驗教學中，培養學生的跨學科思維和方法已經成為發展學生核心素養的重要途徑。生物學實驗不再是孤立的知識點，而是與其他學科交叉融合，呈現更為綜合和復雜的特征。深入研究高中生物學實驗教學中的跨學科思維和方法，提高學生的綜合能力是非常重要的一個議題。

關鍵詞：高中生物學；實驗教學；跨學科思維；方法

中圖分類號：G633.91 文獻標識碼：A 文章編號：1673-8918（2024）30-0094-05

隨著科技的迅速發展和知識的不斷積累，傳統學科間的界限變得日益模糊，跨學科思維和方法的應用在教育領域顯得愈發迫切。文章旨在通過系統研究，深入剖析高中生物學實驗教學中跨學科思維與方法的應用，既從理論層面深入挖掘跨學科思維的內涵和特征，又從實踐角度探究這些理論在生物實驗教學中的具體運用。

一、 跨學科思維與方法的理論基礎

（一）跨學科思維的定義與特征

跨學科思維涉及一種認知過程，即超越傳統學科邊界，積極整合不同學科知識，以創造性、靈活的方式解決問題。其特點主要在于廣泛獲取和綜合運用知識，以及對問題進行多維度的分析和綜合思考。不僅要求學習者具備扎實的專業知識，還強調其在多學科背景下將這些知識相互關聯、相互滲透的能力。這種思維方式有助于促進學科之間的互補與交流，使學習者更全面地理解問題的本質，培養其更為靈活、創新的思維習慣。深入理解和有效運用跨學科思維對高中生物學實驗教學的創新以及學生綜合素養的提升至關重要。

（二）跨學科方法的概念與應用

跨學科方法是一種系統性的教學手段，旨在通過整合不同學科的理論與實踐，使學生更全面、深入地理解和解決問題。這種方法不僅包括整合教育內容，還注重學科之間的相互支持和互動。在高中生物學實驗教學中，采用跨學科方法不僅僅是將不同學科的知識點串聯起來，更是通過設計有機的學科交叉活動，讓學生在實際問題中應用跨學科思維解決實際問題。這不僅有助于學生建立更為系統的知識體系，還有助于培養他們在跨學科背景下協同工作的能力。深刻理解跨學科的概念，并在高中生物學實驗教學中巧妙應用，對提高學科整合水平、開闊學生思維視野有著重要的指導作用。

（三）跨學科思維與方法在教育領域的價值

教育領域中跨學科思維與方法的價值不容忽視。首先，它拓展了學科的界限，打破了傳統學科之間的壁壘，使學生更全面地理解問題。通過引入多學科知識，教育變得不再是孤立的學科傳遞，而是形成了更為綜合和連貫的學科體系。這有助于學生更好地理解知識的內在聯系，提高他們的學科綜合素養。其次，跨學科思維與方法培養了學生的創新意識和解決問題的能力。在跨學科的學習環境中，學生被激發去探索知識的交叉點，從而形成創新的思維方式。這不僅培養了他們的跨學科思考能力，還有助于他們更靈活地應對未知的問題。最后，跨學科思維與方法培養了學生的團隊協作和溝通技能。在跨學科的學習環境中，學生需要與來自不同學科背景的同學合作，共同探討問題。這促使學生學會傾聽和理解他人的觀點，提高了他們的團隊協作和溝通效能。

二、 高中生物學實驗教學現狀分析

（一）實驗教學的重要性

在高中生物學學科中，實驗教學扮演著至關重要的角色。通過實驗，學生不僅能接觸和記憶知識點，而且能通過親身實踐，深化對生物學理論的理解。實驗教學為學生提供了一個獨特的學習平臺，使他們能夠通過觀察、實驗和分析，培養獨立思考和問題解決的能力。在實驗過程中，學生不僅能夠培養科學探究的興趣，還能夠鍛煉實際操作的技能。此外，實驗教學也有助于學生了解科學方法的運用，培養批判性思維和實證推理的能力。綜合而言，實驗教學在高中生物學學科中的重要性不僅在于為學生提供直觀的學科體驗，更在于培養學生的科學素養，為他們未來深入學科領域和解決實際問題奠定堅實基礎。

（二）高中生物學實驗教學的特點與挑戰

高中生物學實驗教學具有鮮明的特點，也面臨一些挑戰。首先，生物實驗涉及生動復雜的生命現象，實驗內容通常需要直觀而深入的體驗，以便學生更好地理解和掌握。其次，實驗教學需要強調實踐操作，學生在實驗中需要親自動手，提高實際技能，培養觀察力和實驗設計的能力。高中生物學實驗教學也面臨一系列挑戰，如設備和材料的限制、實驗安全的考量，以及時間和資源的有限性等問題。教師在實驗設計和教學過程中需要全面考慮這些特點和挑戰，通過巧妙地組織和引導，使實驗教學更貼近學科實際，更能激發學生的學科興趣和主動性。

（三）現行實驗教學存在的問題與不足

在當前的實驗教學中，一些問題和不足愈發凸顯。首先，部分實驗設計過于傳統，缺乏跨學科融合，難以激發學生的興趣和創新思維。其次，部分教學資源仍然受到傳統教材的限制，未能充分利用數字化平臺和虛擬實驗工具，導致學生在實驗過程中難以獲得更廣泛的學科信息。最后，實驗課程的評估機制相對單一，缺乏全面考查學生跨學科思維和實際操作能力的手段。這些問題的存在影響了實驗教學的效果，也阻礙了學生在實驗中全面發展跨學科思維與方法的潛力。有必要對現行實驗教學進行深入反思和改進，以更好地滿足學生跨學科學習的需求。

三、 跨學科思維在高中生物學實驗教學中的應用

（一）實驗設計中的跨學科思維

在高中生物學實驗教學中，實驗設計階段的跨學科思維顯得尤為重要。首先，教師在設計實驗時需考慮生物學、化學、物理等多個學科的知識，以確保實驗問題得到全面而深入的探討。通過跨學科思維，教師能夠有機整合各學科的概念，確保實驗既滿足生物學的要求，又涵蓋其他學科領域，從而激發學生對跨學科思考的興趣。這種全面的實驗設計不僅能夠促進學科之間的交叉融合，也為學生提供了更廣泛的知識背景，培養了他們在實驗中靈活運用跨學科思維的能力。通過實驗設計中的跨學科思維，實驗教學得以更好地滿足學科整合的需求，為學生的全面發展奠定了堅實基礎。

（二）實驗過程中的跨學科方法應用

在高中生物學實驗教學中，實驗過程中的跨學科方法應用對學生的全面理解至關重要。通過引入化學分析、物理測量等方法，學生在實驗過程中得以更深入地探究生物現象背后的科學機制。如使用化學實驗手段分析生物樣本的成分，學生能夠同時運用化學和生物學的知識，拓展對實驗的認知。這種實驗過程中的跨學科方法應用，使得學生能夠更全面地理解實驗內容，同時培養了他們靈活運用跨學科思維的能力。通過實際操作中的跨學科方法應用，學生得以體驗不同學科的交叉點，拓寬了對實驗問題的認知，為其跨學科思考的發展提供了有力的支持。這種全面而深入的實驗方法應用不僅促使學生更加綜合地理解生物實驗，也為其未來在跨學科領域的學術和職業發展打下了堅實基礎。

四、 高中生物學實驗教學中培養跨學科思維與方法的策略

（一）課程設計與教學資源的跨學科整合

1. 課程設計中的學科融合策略

在高中生物學實驗教學中，培養跨學科思維的關鍵在于采用有效的學科融合策略，這需要在課程設計中進行精心安排。該策略的目標是打破傳統學科之間的隔閡，將生物學與其他學科有機地融合，使學生在實驗中能夠涉足多個學科領域。通過有機整合不同學科的知識和技能，學生能夠更全面地理解實驗的背景和目的。

例如，在學習“光合作用的原理”時，通過巧妙設計實驗，教師可以引導學生從多個學科角度來分析光合作用這一復雜過程。首先，在生物學的視角下，實驗可以包含植物的解剖學和生理學方面的內容。學生可以學習植物組織的結構，了解葉片中葉綠素的位置和分布，從而理解光合作用發生的細胞層面的過程。其次，從化學的角度，實驗可以涉及光合作用中的化學反應。學生可以深入研究葉綠素在光合作用中的作用，以及二氧化碳和水在光合作用中的轉化過程。這樣的設計可以使學生將化學的知識應用到生物學實驗中，形成更全面的認識。通過這樣的綜合設計，學生將在實驗中綜合運用生物學、化學等多學科知識，從而培養跨學科思維。

2. 創新教學資源的開發與應用

在高中生物學實驗教學中，創新教學資源的開發與應用是促進跨學科思維培養的重要一環。這一策略的目標是通過整合各學科的案例、實驗數據、模型等資源，為學生提供豐富多彩的學科背景，從而支持他們更全面地理解實驗的內涵。教師可以利用新媒體和在線平臺，呈現多學科的精彩資源，使學生在實驗中不僅僅局限于生物領域，而是能夠深度融合其他學科的知識。

以教學“地層中陳列的證據——化石”為例，首先，通過地質學的角度，教師可以積極開發豐富的案例資源，展示地層中陳列的各類化石，并介紹這些化石對地質歷史的重要性。通過案例分析，學生可以深入了解不同地質時期的生物演化過程，從而理解化石在地質學中的應用。其次，從生物學的角度，教師可以提供有關不同化石的生物學特征和進化關系的信息。這有助于學生理解化石如何成為生物演化的重要證據，以及如何通過化石研究重建古代生態系統。

3. 實踐中的問題解決與經驗分享

在高中生物學實驗教學中，實際中的問題解決與經驗分享具有重要意義。教師在實踐中應迅速解決跨學科實驗中出現的問題，確保實驗的順利進行。通過這一實踐過程，學生不僅能親身體驗跨學科思維的應用，還能培養在實際情境中解決問題的能力。通過教師的經驗分享，學生得以深入了解解決問題的方法和思路，展示跨學科思維的實際運用。這種經驗分享不僅有助于學生更全面地理解學科知識的實際運用，也為他們提供了解決類似問題的參考經驗。這一過程不僅激發了學生對知識的實際興趣，也培養了他們主動解決實際問題的能力。

（二）學生參與與互動的促進

1. 學生團隊合作與跨學科項目設計

學生團隊合作與跨學科項目設計在高中生物學實驗教學中扮演著關鍵角色。通過組織學生參與團隊合作，一同設計跨學科項目，鼓勵他們在協同互動中深入探討和解決實際問題。在這個過程中，學生不僅能學習生物學知識，還能在團隊中將多學科知識融合，體驗到協同合作所帶來的卓越效果。

例如，在深入學習“細胞中的無機鹽”這一主題時，通過組織學生進行團隊合作，一同設計跨學科項目，有助于他們更全面地探討這一生物學概念，并將化學等相關學科知識融入實驗中。首先，學生可以從生物學的角度深入研究無機鹽在細胞中的功能和影響。團隊成員可以分工合作，深入研究不同類型的細胞，探討無機鹽在這些細胞中的作用，以及對生物體的重要性。其次，從化學的角度，團隊可以研究無機鹽的組成和性質，以及在細胞中的化學反應過程。通過實驗設計，學生可以驗證無機鹽在細胞代謝中的具體作用，理解其中的化學機制。這樣的設計將生物學與化學有機地結合在一起，有助于學生更全面地理解細胞中無機鹽的角色。

2. 創設跨學科學習環境的課堂管理

在高中生物學實驗教學中，教師在課堂管理方面應致力于創造一種積極的氛圍，鼓勵學生自由地提出各學科的觀點。這樣的環境有助于學生在課堂中更加自由地涉足不同學科領域，共同思考實驗中的問題。以“酶的特性”為例，在這一主題的學習中，教師在課堂中應建立一種鼓勵學生自由提出各學科觀點的氛圍，以促進跨學科對話的展開。首先，學生可以從生物學的角度出發，深入研究酶的高效性、專一性，以及與其他生物分子的相互作用，這有助于學生深度理解酶的生物學特性。其次，從化學的角度，學生可以研究酶的催化機制，深入了解酶與底物之間的化學反應。通過實驗設計，學生可以驗證不同因素對酶活性的影響，并結合化學知識解釋實驗現象。這樣的跨學科設計使學生不僅關注酶的生物學特性，還將其放置在更廣泛的化學背景下進行思考。

3. 學生參與評估與反饋機制的建立

在高中生物學實驗教學中，教師應鼓勵學生積極參與對實驗過程和結果的評估，使他們成為學習過程的主體。通過學生參與評估，教師不僅可以了解學生對實驗內容的理解和掌握程度，還能夠發現潛在的學科交叉點。此外，建立反饋機制可以使得學生及時獲得關于他們在跨學科思維和方法應用方面的表現的信息。學生參與評估與反饋的過程不僅有助于促使他們更深入地思考實驗問題，也培養了他們對自身學科綜合能力的認知。這種互動式的評估機制不僅提高了學生的學科參與度，還為他們提供了更多實踐中應用多學科知識的機會，從而全面促進跨學科思維的培養。

（三）創新教學技術與工具的運用

1. 數字化教學平臺的整合與應用

數字化教學平臺的整合與應用在高中生物學實驗教學中扮演著重要角色。通過充分利用這些平臺，教師能夠向學生提供豐富的在線學科資源和實驗視頻，幫助他們更全面地理解和掌握實驗知識。這不僅突破了傳統教學的時空限制，還為學生提供了方便的途徑，能隨時隨地的獲取相關學科信息。例如，在學習“細胞的增殖”這一主題時，首先，通過在線學科資源，學生可以在數字平臺上獲取關于細胞增殖的前沿研究成果、相關文獻和最新發展動態。這使學生能夠緊跟科學進展，了解細胞增殖領域的最新知識，增強他們對實驗背景的理解。其次，通過應用實驗視頻，學生能夠觀看和分析細胞增殖實驗的具體步驟和操作技巧。這不僅有助于他們理解實驗設計和操作流程，還提供了在實驗室中學習的模擬體驗。

2. 虛擬實驗與模擬工具的有效利用

在高中生物學實驗教學中，廣泛采用虛擬實驗和模擬工具是一項至關重要的策略。引入這些工具不僅為學生提供了更安全、便捷的實驗體驗，同時也拓展了他們的實驗視野。虛擬實驗的引入彌補了實驗條件受限的問題，使學生能夠在模擬環境中進行更多嘗試和實踐，提高實驗技能。此外，模擬工具的有效利用則有助于培養學生的跨學科思維。通過模擬不同學科領域的實驗場景，學生能夠在虛擬環境中深入學習和應用多學科知識。這種實踐性學習方式不僅提高了學生對生物學概念的理解，還增強了他們在模擬實驗中運用跨學科思維解決問題的能力。同時，虛擬實驗和模擬工具的利用還為學生提供了更多探索未知領域的機會，可以更好地激發他們對科學研究的興趣。

3. 利用新媒體促進學科交叉對話

在高中生物學實驗教學中，充分利用新媒體成為促進學科交叉對話的不可或缺的手段。教師通過引入新媒體平臺，如在線討論、社交媒體等，可以為學生搭建一個開放的平臺，使他們能夠分享各自的學科見解，從而拓展對實驗問題的多元理解。新媒體的運用提高了學科交叉對話的便捷性和即時性，為學生創造了更廣泛的學科交流機會。學生通過參與在線平臺的交流，能夠隨時隨地展開跨學科對話，分享在實驗中的觀察和發現。這種互動不僅增加了學生之間的交流互動，還培養了他們在跨學科合作中理解和尊重他人觀點的能力。

（四）實踐性學習與實習機會的拓展

1. 高中生物學實驗實踐的拓展與深化

為了提升高中生物學實驗教學的質量，有必要拓展和深化實踐機會。這可以包括提供更廣泛的高中生物學實驗實踐機會，如實地考察和實驗室實習等。通過這些實際的實踐機會，學生能夠深度融入實際的生物學研究，從而培養全面的實驗技能。實地考察讓學生親身體驗生物環境，觀察自然界中的現象，培養他們對生態系統和生物多樣性的理解。實驗室實習則提供了更專業的實驗場景，讓學生在模擬真實科研環境中進行實驗，提高其實驗設計和操作的能力。通過這些拓展和深化的實踐機會，學生將更全面地掌握實驗技能，為未來的科學研究和學科發展奠定堅實的基礎。

2. 與行業、研究機構的合作與交流

為了進一步豐富高中生物學實驗教學，與行業和研究機構的合作與交流顯得尤為重要。通過與專業領域的合作，有助于學生更緊密地與實際應用場景聯系，深入了解生物學在現實世界中的應用。這種合作互動不僅為學生提供了實踐中的問題解決經驗，還有助于他們認識到生物學的實際應用對社會的重要性。與研究機構的合作則可以讓學生接觸到更先進的實驗技術和科研方法，開闊他們的學科視野。通過與專業研究人員的交流，學生能夠qlMzunZx1KbmPNZQ1tDNTcQCUMVYphV5iy1NdKUbC8w=獲取實驗設計和數據分析方面的專業指導，提高他們的研究能力。這種合作與交流將為學生提供更多的實踐機會，促進他們在生物學領域的全面發展。

3. 學生實踐經驗分享與案例報告

為了促進高中生物學實驗教學的交流與合作，學生實踐經驗的分享與案例報告變得至關重要。學生分享實驗實踐經驗不僅能夠讓其從彼此的經驗中學習，而且能夠建立一種合作的學習氛圍。他們可以分享在實驗中遇到的挑戰、解決問題的方法以及取得的成果，從而促進彼此之間的交流與合作。此外，通過案例報告，學生有機會深入闡述他們在實驗過程中遇到的復雜情境，并展示他們如何應用跨學科思維解決實際問題。這種經驗分享與案例報告不僅激發了學生對實驗教學的興趣，也加強了他們對生物學及其實際應用的理解。

（五）連續性與持續性的專業發展機制

1. 學科交叉專業發展計劃的建立

學科交叉專業發展計劃的建立對促進教師在跨學科教學領域的不斷成長至關重要。該計劃的設立旨在為教師提供系統性、針對性的專業發展路徑。通過定期的培訓、研討會和工作坊，教師得以深入研究跨學科思維和方法，不斷更新教學理念，提高專業水平。此外，學科交叉專業發展計劃應考慮到教師的實際需求，為其提供個性化的學習和發展機會，以確保其在跨學科領域獲得連續性的專業支持。通過這一計劃，教師能夠不斷提升自身在跨學科教學方面的素養，為高中生物學實驗教學的創新與發展做出積極貢獻。

2. 跨學科教學經驗的分享與交流會議

跨學科教學經驗的分享與交流會議是一個為教師提供互動平臺的重要機制。這些定期舉辦的會議不僅能促使教師分享彼此成功的實踐經驗，還鼓勵他們展示在跨學科教學中的創新成果。通過這種形式的交流，教師可以汲取彼此的經驗，激發新的教學靈感，共同面對實際教學中的挑戰。這樣的互動不僅體現在經驗上的分享，更在于建立起一種共同的教育語境，為跨學科合作打下堅實的基礎。跨學科教學經驗的分享與交流會議促進了教師之間的緊密互動，推動了高中生物學實驗教學的跨學科思維和方法的全面融合。

五、 結論

綜上所述，在高中生物學實驗教學中，對跨學科思維和方法的研究不僅豐富了教學模式，也為學生提供了更為綜合和實踐性的學習體驗。培養跨學科思維使學生能夠更全面地理解實驗問題，并運用多學科知識進行探索和解決。同時，引入新興的教學方法，如數字化平臺、虛擬實驗工具，以及與行業、研究機構的合作，為實驗教學注入了新的活力，拓展了學科邊界。而學生的實踐經驗分享與案例報告成為同學間建立學科交流橋梁的關鍵，促進了學術氛圍的形成。通過這一研究，可以深刻認識到培養學生跨學科思維與方法的重要性，為其未來的學科學習和職業發展奠定了堅實的基礎。這一教學模式的創新不僅提升了學生的綜合素養，也為教育領域的跨學科教學提供了有益的經驗與啟示。

參考文獻：

［1］畢雪.高中生物實驗課程設計的評估方法創新——以觀察有絲分裂的實驗為例［J］.數理化解題研究，2023（30）：140-142.

［2］楊成利.基于核心素養培養的高中生物教學實踐研究——以“基因指導蛋白質的合成”一課為例［J］.新課程研究，2023（11）：32-34.

［3］馬勛東.高中生物實驗教學中核心素養的落實路徑探究［J］.考試周刊，2023（27）：124-128.

作者簡介：姜麗麗（1983～），女，漢族，山東龍口人，新疆喀什市第十一中學，研究方向：高中生物學教學。