整體性在科學(xué)知識(shí)中的應(yīng)用研究

潘亞杰　趙慧

摘 要 義務(wù)教育階段的科學(xué)教育由物理、化學(xué)、生物和地理等分支學(xué)科組成，各學(xué)科知識(shí)相互交叉融合，形成一個(gè)有機(jī)的整體。文章以“壓強(qiáng)”這一概念為例，試具體說(shuō)明“科學(xué)”是各學(xué)科知識(shí)有機(jī)組成的。

關(guān)鍵詞 整體性 科學(xué)知識(shí) 壓強(qiáng)

把握事物的整體性有助于人們掌握系統(tǒng)的特性，全面、深入認(rèn)識(shí)事物，掌握規(guī)律，提高分析解決問(wèn)題的能力和工作效率。

1在科學(xué)教育中應(yīng)該注重科學(xué)知識(shí)的整體性

跨學(xué)科研究是近年來(lái)科學(xué)方法討論的熱點(diǎn)之一。在科學(xué)教育領(lǐng)域，跨學(xué)科研究旨在運(yùn)用跨學(xué)科交融，推進(jìn)學(xué)生對(duì)科學(xué)課程的“整體性學(xué)習(xí)”，以期幫助學(xué)生探尋到科學(xué)知識(shí)的完整結(jié)構(gòu)和面貌，解決現(xiàn)實(shí)復(fù)雜問(wèn)題，并幫助學(xué)生形成創(chuàng)新思維。

《科學(xué)教育的原則和大概念》一書(shū)指出，在小學(xué)科學(xué)教育中，教師應(yīng)該把學(xué)習(xí)組織為趨向于大概念的、連續(xù)的、有聯(lián)系的學(xué)習(xí)進(jìn)程?？茖W(xué)教育不是給學(xué)生講授一些零碎的、不連貫的知識(shí)片段和堆積在一起的科學(xué)定律，而是需要圍繞涉及重要科學(xué)領(lǐng)域的有結(jié)構(gòu)、有聯(lián)系的科學(xué)核心概念和模型來(lái)進(jìn)行講授，即要求要對(duì)科學(xué)有一個(gè)整體性把握。

從課程的類(lèi)別上講，義務(wù)教育階段的科學(xué)課程是一門(mén)廣域課程（broad field curriculum），它強(qiáng)調(diào)各學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)的相互滲透和聯(lián)系整合?！犊茖W(xué)》課程的知識(shí)目標(biāo)包括物理、化學(xué)、生物和地理等學(xué)科的知識(shí)，各學(xué)科知識(shí)間之間不是孤立的或機(jī)械的相加，而是相互聯(lián)系、相互作用，共同組成了一個(gè)有機(jī)的“科學(xué)”系統(tǒng)。

因此，科學(xué)教師應(yīng)該注重《科學(xué)》課程的整體性，無(wú)論是課程結(jié)構(gòu)的整體性還是科學(xué)知識(shí)的整體性?？茖W(xué)教師應(yīng)當(dāng)對(duì)“科學(xué)”內(nèi)容有一個(gè)整體性的理解與把握，以幫助學(xué)生對(duì)科學(xué)概念和過(guò)程有一個(gè)基本的理解與認(rèn)識(shí)，形成有組織、有結(jié)構(gòu)的科學(xué)知識(shí)和模型，并且有能力解釋較大范圍內(nèi)的一系列相關(guān)現(xiàn)象。

2以“壓強(qiáng)”為例，試具體說(shuō)明“科學(xué)知識(shí)”是由各學(xué)科知識(shí)有機(jī)組成的一個(gè)整體

在當(dāng)前多數(shù)人的理解中，物理、化學(xué)、生物及地理都是一個(gè)獨(dú)立的學(xué)科。當(dāng)談到某一概念的時(shí)，人們比較容易聯(lián)想到它所對(duì)應(yīng)的某一學(xué)科。例如，當(dāng)談及“地球自轉(zhuǎn)”時(shí)，多數(shù)人會(huì)較易聯(lián)想到地理科學(xué)中“晝夜的形成”的相關(guān)內(nèi)容，很少會(huì)聯(lián)想到物理科學(xué)中“同步衛(wèi)星”的相關(guān)內(nèi)容，這也正是長(zhǎng)期分科教學(xué)所帶來(lái)的弊端。因此，新時(shí)代的科學(xué)教師應(yīng)該具有整體性意識(shí)，這樣才能引導(dǎo)學(xué)生系統(tǒng)的學(xué)習(xí)并掌握《科學(xué)》課程的內(nèi)容。下面以“壓強(qiáng)”為例，試具體說(shuō)明“科學(xué)”是由各學(xué)科知識(shí)有機(jī)組成的一個(gè)整體。

2.1“壓強(qiáng)”在物理學(xué)中的體現(xiàn)：如流體力學(xué)

飛機(jī)為什么能夠飛上天？因?yàn)闄C(jī)翼受到向上的升力；升力是如何產(chǎn)生的？由于伯努利效應(yīng)；何謂伯努利效應(yīng)？在流體中，流速越大的位置，壓強(qiáng)越?。涣魉僭叫〉奈恢?，壓強(qiáng)越大。

飛機(jī)機(jī)翼下平上凸，當(dāng)空氣流到機(jī)翼前緣時(shí)，會(huì)分成上、下兩股，分別沿機(jī)翼上、下表面流過(guò)，并同時(shí)到達(dá)機(jī)翼后緣，重新匯合向后流去。這樣機(jī)翼上部的氣流走過(guò)的路程就長(zhǎng)于下部，因此上部氣流的速度就快于下部氣流。根據(jù)伯努利原理可以得出，機(jī)翼上部壓強(qiáng)小，下部壓強(qiáng)大，機(jī)翼的上下面產(chǎn)生了壓強(qiáng)差，這就使得飛機(jī)獲得了升力，從而飛上天。

2.2“壓強(qiáng)”在化學(xué)中的體現(xiàn)：如化學(xué)分反應(yīng)原理

在化學(xué)反應(yīng)中，反應(yīng)物能不能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)以及反應(yīng)的快慢，首先取決于反應(yīng)物的性質(zhì)。此外，化學(xué)反應(yīng)速率還受反應(yīng)進(jìn)行時(shí)所處條件的影響，其中重要的是溫度、濃度、壓強(qiáng)和催化劑的影響。

根據(jù)勒夏特列原理，當(dāng)改變體系反應(yīng)時(shí)的壓強(qiáng)時(shí)：增大壓強(qiáng)，平衡向氣態(tài)物質(zhì)體積減小的方向移動(dòng)；減小壓強(qiáng)，平衡向氣態(tài)物質(zhì)體積增大的方向移動(dòng)。

2.3“壓強(qiáng)”在生命科學(xué)中的體現(xiàn)：如高山反應(yīng)

大氣壓強(qiáng)不僅與天氣變化有關(guān)還與海拔高度有關(guān)，高度愈高，空氣愈稀薄，空氣的密度越小，大氣壓強(qiáng)就愈低。

在高山地帶，氣壓低，空氣稀薄，人體所賴以呼吸的氧氣壓力也會(huì)隨之降低。然而人體進(jìn)行呼吸作用所需要的氧氣含量是保持不變的，為使血液中的含氧量達(dá)到人體所需的含氧量，就必須增加紅細(xì)胞（運(yùn)載氧氣）的含量。研究表明，人體靠新陳代謝自動(dòng)增加紅細(xì)胞的含量需要幾天的時(shí)間，所以在剛剛進(jìn)入山區(qū)時(shí)，會(huì)因?yàn)楹０蔚耐蝗辉龈?，而人體卻來(lái)不及適應(yīng)，產(chǎn)生體內(nèi)供氧不足的情形，高度愈高，過(guò)渡時(shí)間愈短，產(chǎn)生的反應(yīng)就愈劇烈。這種生理反應(yīng)一般被稱為高山反應(yīng)。

2.4“壓強(qiáng) ”在地理科學(xué)中的體現(xiàn)：如大氣運(yùn)動(dòng)

大氣的受熱過(guò)程影響著大氣的熱狀況、溫度分布和變化，制約著大氣的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。實(shí)際上，由于海陸分布、地形起伏等因素的影響，大氣環(huán)流特別復(fù)雜。北半球的陸地面積比南半球的陸地面積大而且海陸相間分布，由于海陸熱力性質(zhì)的差異，大陸增溫和冷卻的速度快于海洋。海陸冬夏季增溫和冷卻速度明顯不同，使呈帶狀分布的氣壓被分裂出一個(gè)個(gè)高、底氣壓中心。

隨著季節(jié)的變化，高低氣壓中心對(duì)世界各地的天氣和氣候有很大的影響。例如，冬季蒙古-西伯利亞高壓是冷空氣的源地之一，對(duì)我國(guó)冬季天氣影響顯著；夏季西太平洋副熱帶高氣壓是暖空氣的源地之一，對(duì)我國(guó)夏季天氣影響很大。

從以上“壓強(qiáng)”在不同學(xué)科中的存在形式，很容易說(shuō)明“科學(xué)”是由各學(xué)科知識(shí)有機(jī)組成的一個(gè)整體?！犊茖W(xué)》課程的設(shè)置也正是基于這樣的目的：整合物理、化學(xué)、生物及地理等學(xué)科內(nèi)容，以打破長(zhǎng)期分科帶來(lái)的弊端，幫助學(xué)生對(duì)“科學(xué)”有一個(gè)整體性認(rèn)識(shí)。當(dāng)然，這里并沒(méi)有否認(rèn)各學(xué)科所具有的獨(dú)特性。

3小結(jié)

科學(xué)家彭加萊曾經(jīng)說(shuō)過(guò)：科學(xué)是基于事實(shí)之上的，就好像房子是用磚石堆砌而成的一樣，但是，一些事實(shí)的堆積并不是科學(xué)，就像堆在一起的一堆磚石并不是房子一樣。教師需要對(duì)“科學(xué)”學(xué)科有一個(gè)整體性認(rèn)識(shí)，這樣有助于對(duì)學(xué)生的整體性學(xué)習(xí)進(jìn)行針對(duì)性指導(dǎo)，從而幫助學(xué)生搭建跨學(xué)科知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。

參考文獻(xiàn)

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