高中生物跨學科教學實踐探究

摘 要：《普通高中生物學課程標準（2022年修訂版）》深刻闡述了高中生物教育的核心理念，要求課堂教學要聚焦于學生核心素養的全面提升。要想達成這一目標，并不是一朝一夕之功，而是要貫穿于整個學習周期，通過持續、系統的教育活動逐步構建。當前，我國教育體系中以分科教學為主導，這種模式在深化學生對學科內部知識的認知與掌握方面展現出顯著優勢，但是也割裂了不同學科之間的內在聯系，所以學生面對復雜問題時思維過于片面，不能跨學科從多角度、多層次理解和分析問題。文章立足于課程實例探索了跨學科實踐在高中生物課堂教學中的具體應用措施，這不僅彌補了分科教學的不足，也推動了高中生物教育體系邁向更高質量的發展。

關鍵詞：跨學科；高中生物；課堂教學

隨著《普通高中生物學課程標準（2020年修訂版）》的深入實施，教育改革的重心已明確轉向培育學生的生物核心素養，還鮮明地提出增強學科間聯系、促進學生知識整合與跨學科學習能力的新要求。而與之相呼應的《義務教育課程設置實驗方案》則如改革的燈塔，引領課程體系邁向更加綜合化、一體化的方向。長期以來，基礎教育階段的分科教學模式確保了各學科知識的系統性和專業性，卻也無形中構筑了知識間的壁壘，限制了教師跨學科整合教學的可能性，進而影響了學生構建全面、連貫知識網絡的能力。針對這一挑戰最新的課程標準呼吁教師超越傳統的教學框架，打破學科壁壘，積極探索高中生物知識與其他學科領域的有機融合，實現提升學生知識橫向遷移與綜合運用的能力。

一、跨學科教學的內涵和意義

跨學科融合是指將不同學科的知識、方法和技術相互結合，從而在復雜多變的時代中創造新的學科交叉點和研究領域。這種融合有助于完善知識體系、提升創新能力、培養綜合素質，并在解決實際問題上展現出獨特優勢。在知識體系方面，跨學科融合彌補了單一學科的局限性，通過結合不同領域的知識，我們可以更全面地理解世界，比如在生物醫學領域，結合生物學、醫學和工程學推動醫療技術進步[1]。創新能力方面，跨學科研究能打破傳統思維模式，激發創新思維。研究者結合不同學科的視角和方法，拓寬研究視野，推動科學進步，并培養出具備跨學科素養的創新人才。在綜合素質培養中，跨學科教育鼓勵學生跨領域學習，培養寬廣的視野和能力，促進學生的創新精神和團隊合作能力，使他們更好適應未來社會的發展。在解決實際問題上，跨學科融合提供了更全面的視角和豐富的手段，例如在醫學和環境科學領域，通過整合不同學科，研究者可以制訂更精準的解決方案。跨學科融合對于實現人才培養的多元化至關重要，拓寬學生的知識視野，提升綜合素質，使他們能夠更好地適應社會發展變化，提高適應性和競爭力，為社會繁榮發展注入新活力。通過推進跨學科融合，我們能夠培養出適應未來需求的多元化人才[2]。

二、高中生物與其他學科之間的關系

（一）高中生物與物理學科之間的關系

自然科學涉及對自然界的物質結構、形態、性質和運動規律的研究，涵蓋數學、物理學、化學、生物學、天文學和地質學等基礎理論。這些學科共同構成了我們理解自然世界的框架。物理學主要研究物質的基本運動形式，包括機械運動、電磁運動和原子運動。通過物理學，我們了解了諸如力學、熱學、電學和光學等現象，它為其他科學提供了重要的理論基礎。生物學則專注于研究生命體及其活動，包括細胞運作、遺傳、進化和生態系統。這種研究揭示了生命復雜的動態過程，如新陳代謝、發育和繁殖。

物理學與生物學之間關系密切，因為物理定律對生物過程具有重要影響。例如，生物體內的能量轉換、細胞內分子的運動以及神經信號的傳遞都可以用物理學原理來解釋。生命的起源和發展與宇宙和地球的演變息息相關，因此生物學與地質學和天文學也密切相關。地質學研究地球的物質組成和變化，幫助我們了解生物演化的地質背景；天文學則提供了關于宇宙和星系演化的知識，這對于理解生命在宇宙中的位置至關重要。自然科學強調整體性，許多概念如系統與反饋、物質與能量、空間與時間、結構與功能、動態與平衡等在不同學科間交叉應用。這種跨學科的交互與整合，促進了科學的進步和創新，使我們能夠更全面地認識和應對復雜的自然現象[3]。

（二）高中生物與化學學科之間的關系

生物學是研究生命現象及其規律的自然科學基礎學科，與化學緊密相關。化學研究物質的性質和變化。在生物學學習中，化學知識能為理解物質功能提供支持。例如，結合水的概念可通過水的化學組成和性質來解釋。細胞滲透作用則借助溶質和溶劑的化學概念來理解。酶的性質與作用可通過化學反應速率的知識進行闡述。而跨膜運輸中的脂溶性物質溶解性則通過“相似相溶”原理幫助理解細胞膜的組成。這種跨學科的結合促進了更深入的學習和理解。

以葉綠體色素提取實驗為例，該實驗巧妙地運用了化學中的相似相溶原理，通過有機溶劑無水乙醇成功地將色素從葉綠體中“萃取”出來，這一過程不僅加深了學生對光合作用機制的理解，也讓他們親身體驗到了化學原理在生物研究中的實際應用。此外，生物化學的交融還體現在一系列化學反應的巧妙運用上。例如：淀粉遇碘變藍的經典反應，在生物中用以檢測淀粉的存在，背后都是化學顯色原理的生動體現。而在化能合成作用的研究中，氧化還原反應與合成反應攜手合作，也共同揭示了生命體如何利用無機物合成有機物的奧秘。至于DNA雙螺旋結構模型的探索，則更是化學定量分析方法在生物中的精彩應用，A=T、G=C的堿基配對規律，正是通過精確的化學測定得以揭示，為遺傳信息的傳遞與表達提供了堅實的理論基礎[4]。

三、基于跨學科實踐的高中生物教學實施策略

（一）通過跨學科知識深化概念理解

在高中生物教學中，深入理解核心概念是學生構建知識體系的基礎。為了幫助學生克服在理解這些核心概念時可能遇到的困難，將跨學科知識融入教學是一種有效的策略。這種方法不僅能夠拓寬學生的學習視野，還能為他們提供多元化的認知工具，幫助他們從不同的角度理解和掌握生物學的奧秘。

教師可以通過利用學生在其他學科中掌握的知識，如物理、化學、數學、地理等，來解讀生物概念。例如，在探究“影響扦插枝條生根的因素”時，教師可以引入化學知識，講解生長素類似物（如NAA、2，4-D、IPA、IBA）的化學結構。這些生長素類似物在植物體內模擬生長素的作用，教師可以結合有機化合物的知識，幫助學生理解這些化合物如何影響植物的生長過程。此外，化學中的濃度概念可以用來解釋不同濃度的生長調節劑對插條生根的影響，并通過計算找出最適合插條生長的調節劑濃度。這樣，學生不僅理解了生物中的概念，還將化學知識應用于生物實驗中。

物理知識在解釋生物現象方面也非常重要。例如，教師可以通過物理學中的理論，如表面積與體積的關系，解釋為何將插條下端削成斜面能增加吸水面積，從而促進生根。即使在課堂上沒有直接涉及滲透壓的知識，教師也可以簡要介紹細胞內外溶液濃度差異引發的滲透現象，幫助學生理解植物細胞如何通過物理過程吸收水分和營養物質。這種方法可以幫助學生更好地理解植物的生理過程和生長調節機制。數學原理也在生物實驗設計和數據分析中發揮著關鍵作用。教師可以引導學生運用數學方法來處理實驗數據，例如，設置濃度梯度、實施單一變量原則、等量原則、重復原則以及對照原則。這不僅能幫助學生科學地設計實驗，還能提高他們的量化思維和數據分析能力。

通過將跨學科知識融入生物教學，教師能夠提供更豐富的學習體驗，幫助學生從多個角度理解生物學的核心概念。這種方法不僅能夠拓寬學生的知識視野，還能增強他們的綜合應用能力，使他們能夠更好地掌握和運用生物學知識。

（二）通過跨學科知識解釋生物現象

在自然科學的廣闊領域中，各學科之間并非孤立分隔，而是相互交織、彼此滲透。這種跨學科的知識融合在高中生物教學中尤為重要，它促使學生從物理、化學乃至數學的視角去深入探討生命的奧秘，并揭示生物現象背后的科學原理。具體而言，生物教學不僅局限于生物體的形態、結構和功能分析，而是積極借鑒物理學中物質運動和能量轉換的原理，來解釋生物體內復雜而精細的生理過程。同時，化學的分子結構和反應機制理論，為理解生物大分子的合成、分解及相互作用提供了堅實的基礎。

例如，在探討“影響扦插枝條生根的因素”的實驗中，跨學科知識的應用可以顯著提升學生對生物現象的理解。這一實驗不僅揭示了植物生長調節劑對插條生根的影響，還展示了如何將物理、化學和數學原理融入生物教學中。具體來說，從物理學的角度來看，植物生長調節劑（如NAA、2，4-D、IPA、IBA等）在溶液中的擴散與滲透現象遵循物質運動規律。當插條基部被浸泡或涂抹在這些溶液中時，調節劑分子通過溶液的滲透作用進入植物組織，影響細胞分裂與生長。這一現象類似于物理中的擴散現象，即物質從高濃度區域向低濃度區域轉移，直至達到平衡。從這一視角分析，可以幫助學生更直觀地理解植物生長調節劑在植物體內的作用機制。

（三）通過跨學科知識突破教學難點

教育的核心在于“知識的跨界融合與應用”。在高中生物教育中，教師不僅是知識的傳遞者，更是引導學生跨越學科界限、實現知識遷移與創新的引路人。這FC+1iof5WGAQBAHRGnjgWg==種跨學科的視角強調了生物領域內部知識的相互關聯和轉化，同時突出了其他學科在生物教學中的應用，將其作為攻克生物教學難點的有效工具。具體而言，當生物教學遇到復雜概念、抽象機制或難以直觀展示的現象時，跨學科知識的引入如同為學習之旅點亮了一盞明燈。這不僅幫助學生從多個維度和不同角度審視生物問題，還激發了他們的好奇心和探索欲，促使他們主動構建跨學科的知識網絡。

以“探究影響扦插枝條生根的因素”為例，教師可以利用物理知識來幫助學生量化分析環境條件。比如，通過溫度計和濕度計精確測量不同處理組的環境參數，利用物理中的熱傳導和濕度擴散原理，解釋為何在特定的溫度和濕度條件下，扦插枝條的生根速度更快。此外，光線的強度也是影響光合作用的關鍵因素，教師可以通過物理方法調整光照強度，探討其對枝條生根過程的影響[5]。

在這個實驗中，植物生理學知識也扮演著重要角色。教師可以引導學生回顧植物細胞的結構與功能、植物激素的作用機制以及植物對環境變化的適應性等基礎知識，并鼓勵學生將這些知識應用到實驗設計中，例如選擇具有活躍形成層細胞的插條，或選擇合適的插條處理方式以最大限度地促進水分吸收和養分利用。

（四）通過跨學科實踐活動升華教學效果

通過跨學科實踐活動升華教學效果的關鍵在于將多學科知識融合到教學過程中，從而深化學生對生物學概念的理解，并激發他們的學習興趣和創新能力。這種方法不僅有助于學生在理論知識上取得突破，還能在實踐操作中提升他們的綜合應用能力。

在設計“探究影響扦插枝條生根的因素”實驗時，將跨學科知識融入實驗方案可以顯著提升教學效果。首先，生物學提供實驗的基礎，包括植物的生理結構、細胞分裂機制和生長激素的作用原理。教師需講解如何選擇和處理插條，以及生根的生物學機制，幫助學生理解實驗的基本框架和核心概念。化學知識則解釋生長調節劑的作用，例如，生長素類似物（如NAA、2，4-D、IPA、IBA）的化學結構及其如何模擬植物生長素的功能。教師可通過講解這些物質在溶液中的濃度對插條生根的影響，指導學生計算最佳濃度，優化實驗條件。物理學知識可以解釋影響生根的物理現象，如熱傳導和濕度擴散原理。教師可分析特定溫度和濕度條件下生根速度的變化，并運用光線強度理論探討光照對光合作用和生根的影響。這些物理學應用幫助學生全面理解實驗條件對生根的影響。數學在實驗設計和數據分析中至關重要。學生需設置濃度梯度，應用單一變量原則和對照原則設計實驗，并通過統計分析數據、繪制圖表來分析不同條件下的生根效果，從而確定最佳濃度和條件。

在實施階段，教師應安排跨學科實踐活動。準備階段包括選擇插條、配置不同濃度的生長調節劑溶液，設置實驗環境，調整溫度、濕度和光照條件，并設計實驗方案。實驗操作中，學生將插條浸泡在不同濃度的溶液中，記錄環境參數和生根情況。數據分析階段使用數學方法處理數據，繪制圖表，分析不同條件下的生根效果。實驗結束后，教師應組織討論，幫助學生反思跨學科知識的應用效果，包括如何將生物學、化學、物理學和數學知識融合，提高實驗的科學性和準確性。學生應反思實驗過程中的挑戰及解決方法，并探討這種方法對未來學習和實際應用的影響。

結束語

總而言之，當前教育改革的浪潮中，新課程標準鮮明地強調：自然界作為一個和諧統一的體系，其內在規律與奧秘深刻貫穿于自然科學各領域之間，包括物理、化學、生物等，這些學科在思維范式、基礎原理及探究領域上展現出緊密交織的紐帶關系。在此基礎上，教師要充分利用跨學科的優勢，將跨學科知識滲透到高中生物教學的各個環節，才能實現預期教學目標。

參考文獻

[1]黃銀華.跨學科融合在高中生物學教學中的實踐分析[J].試題與研究，2024（14）：49-51.

[2]吳曉倩.高中生物化學跨學科課程實踐探索[J].上海教育，2024（Z1）：86.

[3]洛桑措毛.高中生跨學科生物學主題學習困難成因及對策研究[D].上海：華東師范大學，2023.

[4]黃露虹.基于復雜網絡理論的高中生物學跨學科知識結構研究[D].上海：華東師范大學，2023.

[5]秦發學.基于高中生物學科核心素養的跨學科科學思維的培養對策初探[J].考試周刊，2023（16）：128-131.

本文系福建省教育科學“十三五”規劃2019年度課題“基于學習進階理論的高中生物核心概念的教學實踐研究”（立項批準號：FJJKXB19-366）。