核心素養導向下跨學科教學在高中生物學教學中的應用研究

摘 要：“三新”背景下，學科交叉的教學模式符合國家教育改革的發展需求。生物學和化學的學科課程理念整體差異較小，在課程內容、基本原理、思維方法等方面均具有密切聯系。在高中生物學教學中滲透化學相關知識，有助于學生構建生物學知識體系，進而提升學生的綜合分析和解決問題能力，在提高課堂學習效率的同時發展學生的核心素養。本文總結了人教版普通高中教科書《生物學·必修1·分子與細胞》與化學學科交叉知識點的具體位置，選取典型案例進行分析，并提出學科交叉滲透生物學教學的可行建議。

關鍵詞：核心素養；學科交叉；高中生物學；跨學科教學

文章編號：1003-7586（2024）08-0084-05 中圖分類號：G633.91 文獻標識碼：B

1 前言

隨著科學技術的不斷發展及新課程、新教材、新高考的“三新”教育教學模式逐步推進，我國對綜合型人才的需求也日益增加，因此學生綜合素質的培養也逐漸受到重視?！镀胀ǜ咧猩飳W課程標準（2017年版2020年修訂）》中指出：教育要著眼于學生適應未來社會發展和個人生活的需要，加強學科之間的橫向交流，有利于學生理解科學的本質、科學的思想方法和跨學科的科學概念和過程，這將有利于學生建立科學的生命觀，逐步形成正確的世界觀，進而在促進學生思維能力的培養的同時發展生物學學科核心素養。

當前我國的中學教學重要采取分學科教學的方式，雖然學生可以由此獲得單獨學科內的知識，但也人為割裂了學科知識之間的聯系，不利于學生形成整體的科學觀，也不利于學生的全面發展，更不符合當前社會發展對綜合型人才的需求。［1］自然界是一個統一的整體，生物學與其他學科聯系緊密，為此教材專門新增設了“學科交叉”專欄，旨在拓寬學生的視野，也為教師的教學提供參考?？v觀近幾年的生物學高考試題，試題的情境均體現了生物學與其他學科聯系緊密的特點，因此需要學生以更加開闊的視角認識和理解生物學，并利用跨學科的知識協助解決生物學問題。在此背景下，生物學與其他學科交叉滲透的教學模式備受推廣。

在眾多中學學科中，生物學和化學的課程理念整體相差較小，兩門學科在課程內容、基本原理、思維方法上都有著較為緊密的聯系。生物學是研究生命活動規律并闡明生命現象的學科，而化學學科則更注重基于分子及原子水平探索物質的性質、組成和結構。［2］化學知識是理解生物學原理的基石，生物學學科的發展也為化學研究提供新的方向，兩者對生產、生活、社會和環境等方面具有協同的指導作用，因此生物學與化學的發展是互相促進的。［3］高中生物學與化學的學科知識點存在廣泛的交叉與融合，在高中生物學教材中也具有超前于化學教材的內容。在學習這部分內容時，學生在尚未掌握相關化學知識的情況下，只能依靠機械性的記憶學習，從而導致學生理解不深刻，無法構建完整的知識框架。［4］

綜上所述，為了引導學生更好地理解和掌握生物學知識，從而發展生物學學科核心素養，筆者以高中生物學學科與化學學科的跨學科教學為例，總結了跨學科內容的具體知識點及其相應的跨學科教學策略，嘗試尋找以生物學學科教學為主導，適度融合化學學科的原理、方法和思維方式進行輔助教學的新型教學模式，旨在降低分學科教學帶來的不利影響，為學科交叉內容的教學研究和具體課堂實施策略提供新的思路，同時為解決真實情境問題的教學活動提供更多的案例參考，從而培養學生的科學本質觀，進而為學科交叉滲透生物學教學奠定基礎。

2 生物學和化學學科交叉知識點的梳理和統計

生物學和化學教材中的交叉內容繁雜，主要集中分布在生物體內的化學物質及生命活動過程中物質變化的部分。筆者對人教版普通高中教科書《生物學·必修1·分子與細胞》（以下簡稱“必修1”）中涉及的與人教版普通高中教科書《化學》相關內容進行整理（見表1）。

上表主要反映了兩個學科內顯性交叉的知識點，但根據教學需求以及學生的實際學習情況，還存在隱性知識點相互滲透的現象。從結果分析，生物學學科和化學學科的教材均有意識地進行學科滲透，且逐步出現打破學科壁壘的趨勢。同時表中內容顯示，生物學和化學兩個學科的部分知識點在教學中的安排順序不同。盡管兩個學科的某些知識點有所重疊，但一些生物學的教學內容需要建立在相關化學知識的基礎上，但有時這些知識點在化學教學中尚未完全同步。綜合以上內容，筆者認為對生物學學科與化學學科的交叉內容進行梳理，有助于教師厘清生物學知識在化學教學中的進度安排，便于提前做好跨學科滲透的準備，同時有利于提高課堂的教學效率，促進教學方式的有益轉變，進而發展學生的生物學學科核心素養。

3 生物學與化學跨學科教學的案例分析

物質是由原子或分子構成的，通過學習化學知識，學生能夠明確物質的結構、性質、組成以及變化規律。下面筆者將針對生物體內的化學物質及生命活動過程中的化學變化作為學科交叉內容，選取典型案例進行分析。

3.1 借助模型，突破教學難點

生物學模型包含概念模型、物理模型和數學模型三種，化學模型包含抽象模型（理論模型）和具體模型（實物模型）。教師在生物學教學中借助化學模型輔助教學，促進學生深入理解抽象的概念，進而幫助學生攻克生物學學習中的知識難點。

例如，在學習“蛋白質是生命活動的主要承擔者”部分內容時，學生尚未涉及相關的化學基礎知識點，便開始生物學和化學交叉滲透的重要知識點的學習。盡管學生對化學鍵、分子結構等基礎化學知識有一定了解，認識碳、氫、氧、氮等元素的常見價態及其在元素周期表的位置，但尚未接觸過有機化學，沒有原子核外電子排布的知識儲備，進而影響學生對氨基酸的結構通式以及氨基和羧基基團等知識點的理解和記憶。本節內容是學生首次系統性地接觸細胞中的有機化合物，教師在講解該部分知識時，可以先構建有機化學的基礎知識體系，有助于學生更好地理解，也為后續章節中糖類、脂質和核酸的學習奠定基礎。教師在教學時可借助CH4、NH3、CO2和H2O等物質的化學式及結構式，引導學生自主列舉碳、氮、氧、氫四種原子的常見化合價，并指導學生觀察四種原子構成化合物時的穩定狀態，進一步通過元素周期表引出電子排布的相關知識。

通過上述知識的鋪墊，學生不難理解碳原子、氮原子、氧原子和氫原子分別

與其他原子結合需要形成共價鍵的個數，從而突破有機化合物的學習難點。教師在講解氨基酸的結構通式時，可以借助化學實驗室的甲烷比例模型及球棍模型進行演示（見圖1），幫助學生深入理解原子間的相互作用和空間結構特點，同時充分認識物質的微觀結構。結合以上模型演示，教師解決了原子、分子結構的教學難點，降低概念和理論的教學難度，進而讓微觀的生命現象通過宏觀的模型呈現，深化學生的理解和感知。

教師在進行“細胞的能量‘貨幣’—ATP”一節內容的教學時，雖然學生對物質和能量已經具有初步了解，但是該階段的學生對于ATP的概念依然非常陌生。針對極易混淆的知識點，教師可以借助化學方程式及結構簡式指導學生學習本節知識。例如，教師可以引導學生根據ATP的化學結構式自主構建ATP的合成與分解模型。通過學習相關化學知識，學生能夠更加直觀地對物質的結構產生認知，進而有助于學生加深對ATP相關知識點的理解。

構建模型的過程，有助于培養學生的比較與歸納、分析與綜合、模型與建模的科學思維。同時還拓寬并提升了生物學教師的知識儲備和教學講解水平，進而也有利于教師自身素質和能力的提高。

3.2 運用類比，構建知識網絡

在生物學教學中教師通常引導學生自主展開類比推理，逐步實現對知識的遷移應用。生物學和化學在教學中往往會涉及相同或相似的概念，這些概念在兩門學科的課堂教學中，其講解形式通常有所差別，加之生物學教學中需要用化學知識進行解釋和擴充，為教學中的類比推理提供了契機。

例如，關于“降低化學反應活化能的酶”一節的教學內容，教師可借助化學中的“催化劑”概念類比生物學中的“酶”概念。催化劑能夠加快化學反應的速率，而其本身的質量和化學性質在在反應前后保持不變，這種直觀的類比有助于學生理解酶的基本特性。然后教師再進一步對比并梳理酶區別于無機催化劑的特性，引導學生深入理解酶作為生物催化劑的特性。這種教學設計遵循建構主義理論，能有效促進學生的深入學習。

再如，關于“細胞膜的結構和功能”一節的教學內容，通常涉及磷脂分子的化學結構及相關化學原理。在進行講解時，為了讓學生對這些知識能夠有更深的理解，教師可借助一定的化學知識進行講解。例如教師可從學生已掌握的相似相溶原理導入，幫助其理解磷脂分子的兩親性及其排布特點，并借助磷脂分子的化學結構進行講解，引導學生自主構建磷脂分子在水中的模式圖，最后以類比推理的方式引入磷脂分子在細胞膜上的分布情況（見圖2）。

教師在類比中進行教學，拓展知識的同時讓學生了解到不同學科的特性，形成對知識的系統化認識，有助于學生對生物學知識體系的構建。然而，教師在借助化學與生物學知識的共性進行講解時，也要注意兩門學科之間的相異問題，確保學生對知識進行精準而深入的理解。

3.3 遷移知識，解決學科問題

各個學科之間存在一定的內在聯系。在課堂教學中，教師可引導學生借助化學知識進行思維遷移，培養學生綜合全面地考慮問題的能力。

例如，在檢測生物組織中的糖類、脂質和蛋白質的實驗教學中，所用到的材料均是化學實驗中較為常見的試劑和溶液。部分教師在本節實驗原理的講解中會讓學生背誦檢測試劑的名稱、使用步驟和反應前后的顏色變化，學生在不了解反應原理的基礎上進行機械記憶，不僅加重學生的學習負擔，同時也不能實現應有的教學目的。因此，教師應滲透化學相關知識，幫助學生深入理解實驗原理。

教師在生物學教學中也可適時借助化學方程式講解相關知識點，引導學生真正地理解實驗原理的同時，提升學生的知識遷移能力和課堂學習效率，最終發展學生的生物學學科核心素養。

4 提升學科交叉滲透教學效果的建議

學科交叉滲透不僅是新時代人才發展的需要，也是未來人才培養的方向。教育教學改革對教師也提出了更高的要求。教師應充分找到生物學學科內外的知識聯系，準確把握融合交叉教學的突破口，為課堂教學的需求和學生素養的提升做好充足的準備。此外，教師需要重視學科交叉內容的研究，樹立跨學科滲透教學觀念，進而提升教師自身的跨學科教學素養，更好地提升學生的知識遷移能力和課堂學習效率。生物學教師在提高自身素質的同時還需加強與化學教師的合作交流，充分了解兩門學科之間的交叉融合點，準確把握生物學與化學課程的教學進度安排，進而提高教學滲透意識，完善滲透方案，轉變滲透方式，最終在教學中達到促進學生綜合發展的目標。

參考文獻

［1］陸海燕.核心素養理念下高中生物與化學的交叉教學研究［D］.喀什：喀什大學，2020.

［2］朱琳.生物教學中滲透化學知識的現狀研究［D］.大連：遼寧師范大學，2023.

［3］姜靜，王晶瑩，宋倩茹，等.我國高中物理、化學和生物學學科素養的百年演進——基于課程標準的文本分析［J］.齊魯師范學院學報，2021，36（3）：70-81.

［4］王冰瑜.與化學相融合的高中生物有效思維課堂的構建——以《降低化學反應活化能的酶》一課為例［J］.延邊教育學院學報，2020，34（3）：232-234.