初中生物教學(xué)中跨學(xué)科概念的構(gòu)建

廖婷婷

跨學(xué)科概念反復(fù)出現(xiàn)在美國科學(xué)課程的重要文件中，如《科學(xué)素養(yǎng)的基準(zhǔn)》指出：“從課程的角度，這些概念涉及許多不同的可能性，既可用于‘協(xié)調(diào)各個學(xué)科，也可用于包含兩門或多門學(xué)科的綜合課程，還可用于整合關(guān)于橫跨許多學(xué)科的主題和問題的課程”?！禟-12年級科學(xué)教育框架：實踐、跨學(xué)科概念與核心概念》（簡稱《K-12科學(xué)教育框架》）強(qiáng)調(diào)：“跨學(xué)科概念遍及科學(xué)的所有領(lǐng)域?？鐚W(xué)科概念為學(xué)生提供一個組織框架，學(xué)生可將各學(xué)科內(nèi)容整合起來，科學(xué)地看待這個世界。”此外，《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》提到“隨著與物理學(xué)、化學(xué)、數(shù)學(xué)以及其他各學(xué)科之間不斷交叉、滲透和融合，生物科學(xué)已經(jīng)日益呈現(xiàn)出主導(dǎo)學(xué)科的地位”。

跨學(xué)科概念的構(gòu)建有利于培養(yǎng)學(xué)生敏銳的洞察力、睿智的創(chuàng)造性和辯證的邏輯思維，并對學(xué)習(xí)科學(xué)知識，觀察周圍環(huán)境以及認(rèn)識世界起著重要的作用。下面通過論證初中階段邏輯思維發(fā)展特點，討論初中生物教學(xué)中“系統(tǒng)”跨學(xué)科概念的構(gòu)建。

1 跨學(xué)科概念的簡介

跨學(xué)科概念也稱通用概念，具有高度的抽象性和辯證性，是科學(xué)知識共通性的高度歸納。最新的美國科學(xué)課程文件《K-12科學(xué)教育框架》和《下一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》中一共提出七個跨學(xué)科概念，分別為：系統(tǒng)與系統(tǒng)模型;因果關(guān)系：機(jī)制與解釋;尺度、比率和數(shù)量;穩(wěn)定與變化;結(jié)構(gòu)與功能;模式;物質(zhì)與能量：流動、循環(huán)和守恒。

跨學(xué)科概念具有普適性，相對單一學(xué)科概念具有更高的抽象性，更具有哲學(xué)內(nèi)涵和豐富的辯證性。例如，“系統(tǒng)”包含哲學(xué)中的“整體與部分”的辨證，“模型”體現(xiàn)了“抽象與具體”的辨證，“穩(wěn)定與變化”對應(yīng)哲學(xué)中的“運動與靜止”的辨證關(guān)系等?；诳鐚W(xué)科概念的這些特征，理解抽象和辨證的概念，需要學(xué)生積累一定的感性經(jīng)驗和具備一定的抽象思維能力。

2初中生的思維發(fā)展特征

初中階段的學(xué)生已經(jīng)積累了一定的生活經(jīng)驗，并基于這些經(jīng)驗生成了很多前科學(xué)概念。而通常這類前科學(xué)概念的內(nèi)涵中有時包含著非本質(zhì)特性，而忽略了本質(zhì)特性，進(jìn)而構(gòu)建了錯誤的前科學(xué)概念。如，對于鳥類，有些初中生會錯誤地認(rèn)為會飛的就是鳥，不會飛的一定不是鳥。

初中階段屬于思維快速發(fā)展變化的階段，具有良好的可塑性。按照皮亞杰關(guān)于個體智力發(fā)展年齡階段的劃分，初中階段已處于“形式運算”階段（11～15歲），抽象邏輯思維開始逐步占主導(dǎo)地位。這個階段的主要思維特點是，在頭腦中可以把事物的形式和內(nèi)容分開，可以利用語言文字，在頭腦中想象和思維，甚至可以根據(jù)概念、假設(shè)等為前提，進(jìn)行假設(shè)演繹推理，得出結(jié)論。這樣的思維特征，對于他們學(xué)習(xí)和構(gòu)建跨學(xué)科概念提供了可能性。

3跨學(xué)科概念的構(gòu)建——以“系統(tǒng)”為例

3.1“系統(tǒng)”——初中生應(yīng)掌握的內(nèi)容

“系統(tǒng)”是指由相互影響的任何事物集合而成的有機(jī)整體，系統(tǒng)有邊界、部件、物質(zhì)流和能量流（輸入和輸出）、反饋。通過“系統(tǒng)”可以有效地分析內(nèi)部因素間，以及各因素與整體的相互關(guān)系。根據(jù)學(xué)生的年齡特點和認(rèn)知能力，結(jié)合《科學(xué)素養(yǎng)的基準(zhǔn)》和《科學(xué)素養(yǎng)的導(dǎo)航圖》中初中生具體掌握的“系統(tǒng)”概念應(yīng)包括以下內(nèi)容：

（1）系統(tǒng)由相互聯(lián)系的組分構(gòu)成;

（2）系統(tǒng)的組分之間相互聯(lián)系和相互影響;

（3）系統(tǒng)的組分可以自立成為一個系統(tǒng);

（4） 一個系統(tǒng)既可以包含若干子系統(tǒng)，又可以作為一個較大系統(tǒng)的子系統(tǒng);

（5）系統(tǒng)的反饋可用于控制系統(tǒng)整體的內(nèi)部運行;

（6）任何系統(tǒng)與其他系統(tǒng)都會有內(nèi)部和外部聯(lián)系;

（7）-個系統(tǒng)可能既包括實物，也包括過程;

（8）系統(tǒng)有物質(zhì)的輸入和輸出或相互轉(zhuǎn)化，也有能量的輸入和輸出或轉(zhuǎn)化;

（9）系統(tǒng)中的物質(zhì)和能量具有守恒性。

3.2構(gòu)建“系統(tǒng)”跨學(xué)科概念

3.2.1 “系統(tǒng)”與“子系統(tǒng)”

根據(jù)初中生應(yīng)掌握的“系統(tǒng)”與“子系統(tǒng)”的關(guān)系可知，“系統(tǒng)”由相互聯(lián)系的組分構(gòu)成，而組分又可以自立為一個“系統(tǒng)”，且“系統(tǒng)”包含若干子系統(tǒng)的同時，又可以成為一個較大系統(tǒng)的“子系統(tǒng)”。例如，

“森林生態(tài)系統(tǒng)”由生物成分（植物、動物、微生物等）和非生物成分（空氣、陽光、水等）構(gòu)成。在森林生態(tài)系統(tǒng)中，生物成分和非生物成分相互聯(lián)系，如生物成分的生存，離不開非生物成分，如植物的光合作用、呼吸作用、蒸騰作用都離不開空氣、陽光和水。而森林生態(tài)系統(tǒng)的成分可以自立為一個系統(tǒng)，如植物可以自立為一個系統(tǒng)，植物系統(tǒng)由植物細(xì)胞構(gòu)成，植物細(xì)胞相互聯(lián)系構(gòu)成植物組織，五種植物組織構(gòu)成六種器官，六種器官最終構(gòu)成植物系統(tǒng)。另森林生態(tài)系統(tǒng)包含植物、動物等若干子系統(tǒng)，還是生物圈中較小的子系統(tǒng)。又如“血液系統(tǒng)”由血漿和血細(xì)胞構(gòu)成。血漿和血細(xì)胞相互聯(lián)系，如血漿負(fù)責(zé)運載血細(xì)胞和運輸養(yǎng)料、廢物等。血細(xì)胞可以自立為一個系統(tǒng)，包含紅細(xì)胞、白細(xì)胞和血小板。血液系統(tǒng)包含血漿和血細(xì)胞等子系統(tǒng)的同時也屬于血液循環(huán)系統(tǒng)里的子系統(tǒng)。

3.2.2“系統(tǒng)”與“反饋”

根據(jù)初中生應(yīng)掌握的“系統(tǒng)”與“反饋”的關(guān)系可知，系統(tǒng)的反饋可控制系統(tǒng)整體的運行并且任何系統(tǒng)與其他系統(tǒng)都會有內(nèi)部和外部聯(lián)系。例如，某一“草原生態(tài)系統(tǒng)”因為氣候惡化，沙塵暴頻繁，草原退化、沙化，造成草原生態(tài)系統(tǒng)中草越來越少，導(dǎo)致這一草原生態(tài)系統(tǒng)中的羊群被迫大批遷出到遠(yuǎn)距離的另一塊草原生態(tài)系統(tǒng)中，進(jìn)而導(dǎo)致另一塊草原生態(tài)系統(tǒng)草量迅速減少。又如，某一“池塘生態(tài)系統(tǒng)”，因為人類亂扔垃圾，附近的工廠亂排廢渣，造成整個池塘生態(tài)系統(tǒng)的水質(zhì)改變，惡臭變質(zhì)，進(jìn)而導(dǎo)致池塘生態(tài)系統(tǒng)中的魚蝦大部分死亡，并且池塘生態(tài)系統(tǒng)中的其他生物和非生物成分或多或少都遭到了影響，從而導(dǎo)致整個池塘生態(tài)系統(tǒng)難以維持，最終完全崩潰。

3.2.3 “系統(tǒng)的守恒”

根據(jù)初中生應(yīng)掌握的“系統(tǒng)的守恒”可知，系統(tǒng)既包括實物，也包括過程;系統(tǒng)有物質(zhì)的輸入和輸出或相互轉(zhuǎn)化，也有能量的輸入和輸出或轉(zhuǎn)化;系統(tǒng)中的物質(zhì)和能量具有守恒性。例如，“生態(tài)系統(tǒng)”中植物通過光合作用，在光的作用下，利用水和二氧化碳，制造氧氣和有機(jī)物。生態(tài)系統(tǒng)的光合作用，原料中的水和二氧化碳，產(chǎn)物中的氧氣和有機(jī)物都各自可以作為一個子系統(tǒng)，并且光合作用的整個過程也可以作為一個子系統(tǒng)?！肮夂献饔谩边@個系統(tǒng)的能量方面有光能的輸入，并且光能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能，最終以化學(xué)能的形式輸出;物質(zhì)方面，有二氧化碳和水的輸入，氧氣和有機(jī)物的輸出。光合作用這個系統(tǒng)的能量和物質(zhì)的輸入和輸出，就構(gòu)成了這個系統(tǒng)的守恒。又如，生態(tài)系統(tǒng)的呼吸作用，也可以作為一個子系統(tǒng)。“呼吸作用”這個系統(tǒng)的能量方面輸入了有機(jī)物中的化學(xué)能，轉(zhuǎn)化成熱能和ATP中的化學(xué)能;物質(zhì)方面，輸入氧氣和有機(jī)物，不僅供給植物自身呼吸消耗，還供給動物和微生物的呼吸消耗，以及微生物的分解消耗，最終輸出二氧化碳和水。呼吸作用這個系統(tǒng)的能量和物質(zhì)的輸入和輸出，就構(gòu)成了這個系統(tǒng)的守恒。因此，生態(tài)系統(tǒng)中的光合作用和呼吸作用構(gòu)成的碳氧平衡實現(xiàn)了生態(tài)系統(tǒng)里物質(zhì)和能量的輸入和輸出。再則，植物通過光合作用將環(huán)境中的無機(jī)物轉(zhuǎn)變成有機(jī)物，不僅供給植物本身需要，也是動物的食物來源。在動物攝食過程中，食物中的物質(zhì)和能量流入動物體內(nèi)。落葉和動物的尸體被大量細(xì)菌和真菌分解，其中的有機(jī)物被分解成無機(jī)物，可供植物重新利用。從而構(gòu)建了生態(tài)系統(tǒng)里物質(zhì)和能量的輸入和輸出，能量得以傳遞，物質(zhì)得以循環(huán)利用，實現(xiàn)了生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)和能量的守恒。

4結(jié)語

初中生對“系統(tǒng)”等跨學(xué)科概念的理解程度，在一定程度上體現(xiàn)了他們的思維發(fā)展水平。具備一定的抽象邏輯思維，有利于他們理解事物的科學(xué)本質(zhì)，建立科學(xué)的自然觀。初中生構(gòu)建正確、科學(xué)和完整的跨學(xué)科概念，拓展思維，懂得跨學(xué)科概念的科學(xué)本質(zhì)和內(nèi)涵，并融會貫通地運用到生活和相關(guān)領(lǐng)域中，學(xué)會活學(xué)活用，才能科學(xué)準(zhǔn)確地看待整個世界。