初中生物學(xué)課堂跨學(xué)科融合教學(xué)案例分析

林拱標(biāo)

摘 要：《義務(wù)教育生物課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》倡導(dǎo)教學(xué)要貼近生活、融合多學(xué)科，生物學(xué)在這方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。文章以初中生物課堂教學(xué)為例，分析生物學(xué)科開展融合教學(xué)的路徑、方法和策略，列舉教具演示、實(shí)驗(yàn)滲透及項(xiàng)目式學(xué)習(xí)等方面的實(shí)踐活動(dòng)，以為初中生物教學(xué)提供新思路。

關(guān)鍵詞：學(xué)科融合;STEM;生物實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 收稿日期：2019-10-19 文章編號(hào)：1674-120X（2020）11-0056-02

生物學(xué)作為一門獨(dú)立的學(xué)科，最早出現(xiàn)于19世紀(jì)，之后在物理、化學(xué)等學(xué)科的技術(shù)手段的推動(dòng)下迅速發(fā)展。生物學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)、研究生命現(xiàn)象及其本質(zhì)的科學(xué)，生物實(shí)驗(yàn)技術(shù)與物理、化學(xué)等學(xué)科有密切聯(lián)系，從這方面看生物學(xué)更具有綜合性的特點(diǎn)，能更好地開展融合教學(xué)。

一、跨學(xué)科融合學(xué)習(xí)

在現(xiàn)實(shí)生活中，學(xué)生的學(xué)習(xí)是從觀察開始的，觀察結(jié)果不會(huì)只簡(jiǎn)單歸因于某一學(xué)科或某一專業(yè)的知識(shí)。例如，觀察鳥類的飛行，不會(huì)只思考鳥類的翅膀（生物學(xué)科）或空氣浮力（物理學(xué)科）的問(wèn)題，而是思考整體性的問(wèn)題——鳥類揮動(dòng)翅膀使其能在空中飛行。因此，培養(yǎng)學(xué)生觀察、思考并解決實(shí)際問(wèn)題的能力，才是學(xué)科融合教學(xué)的根本落腳點(diǎn)。《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》指出，STEM教育的跨學(xué)科特征尤為突出，同時(shí)提出生物學(xué)科教學(xué)融合STEM教育的兩條途徑：一是在原有探究活動(dòng)中融入STEM相關(guān)元素，二是設(shè)計(jì)全新的STEM活動(dòng)或校本課程。生物學(xué)在跨學(xué)科融合教學(xué)方面有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

皮亞杰認(rèn)為，初中學(xué)生處于“形式運(yùn)算”階段，抽象邏輯思維開始逐步占據(jù)主導(dǎo)地位，即具備了融合學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。融合學(xué)習(xí)與學(xué)科學(xué)習(xí)的不同，在于內(nèi)容的組合形式有差異，學(xué)科學(xué)習(xí)以“知識(shí)”為本位，即概念是主線;融合學(xué)習(xí)以“主題（或課題）”為核心，以解決生活現(xiàn)實(shí)問(wèn)題為目標(biāo)。因此，融合學(xué)習(xí)突出問(wèn)題導(dǎo)向，不是將學(xué)科進(jìn)行“橫向”跨越或“綜合”，是對(duì)同一問(wèn)題不同的思維表達(dá)。開展學(xué)科融合教學(xué)，教師要明確學(xué)生的主體地位，在教學(xué)時(shí)可以從學(xué)科內(nèi)的局部整合再到學(xué)科間的主題整合，最后實(shí)現(xiàn)“全課程”統(tǒng)整。

二、跨學(xué)科初步建模

自然科學(xué)類課程在小學(xué)階段統(tǒng)一為科學(xué)課程，中學(xué)生物學(xué)則是學(xué)生最早接觸的自然科學(xué)，從初一（七年級(jí)）開始學(xué)習(xí)?，F(xiàn)代生物學(xué)的研究需要以物理、化學(xué)等知識(shí)為基礎(chǔ)，初一年級(jí)學(xué)生積累的理化知識(shí)有限，教師擔(dān)心仔細(xì)講解理化原理，會(huì)讓生物學(xué)課堂變成理化課堂。如何幫助學(xué)生更好地理解生命現(xiàn)象的本質(zhì)，而又不讓理化知識(shí)成為學(xué)生學(xué)習(xí)的障礙呢？實(shí)踐證明，借助直觀的教具或技術(shù)手段，通過(guò)建模形式，生物學(xué)課堂也能很好地呈現(xiàn)這些理化原理，還可留給學(xué)生更多的思考空間，有利于其今后在理化學(xué)科學(xué)習(xí)方面的知識(shí)遷移。

學(xué)生在學(xué)習(xí)生物學(xué)七年級(jí)的“眼與視覺”一課時(shí)，相關(guān)的物理學(xué)知識(shí)到八年級(jí)才有相應(yīng)的課程，學(xué)生的認(rèn)知不完整。在課堂教學(xué)時(shí)，有的教師利用視頻、動(dòng)畫等演示，但這些體驗(yàn)的真實(shí)感不夠，效果不如教具演示生動(dòng)。教師可以直接借助物理實(shí)驗(yàn)室的凸透鏡等成像儀器（透鏡-光屏）來(lái)演示，通過(guò)物理建模的方式，引導(dǎo)學(xué)生建立眼球成像的基本模型。教師只需進(jìn)行成像演示，再引導(dǎo)學(xué)生探究其他問(wèn)題，如“當(dāng)物體與眼球距離發(fā)生變化時(shí)，如何調(diào)節(jié)眼睛以獲得清晰物像？”沒有具備相應(yīng)物理知識(shí)的學(xué)生，提出的假設(shè)可能是多樣的，如縮?。ǚ糯螅┩?、減少（增加）晶狀體曲度等，這時(shí)可利用凸透鏡成像教具在課堂上分別驗(yàn)證。將物理學(xué)科教具應(yīng)用到生物學(xué)課堂，設(shè)置提出問(wèn)題、作出假設(shè)、預(yù)測(cè)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等環(huán)節(jié)，呈現(xiàn)自然科學(xué)研究的基本過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科的融合。

教師給學(xué)生布置拓展作業(yè)，讓學(xué)生制作一個(gè)可以調(diào)節(jié)“晶狀體”曲度的眼球模型，實(shí)現(xiàn)從理論到實(shí)踐的跨學(xué)科融合。

三、跨學(xué)科融合探究

中學(xué)生物學(xué)教學(xué)有明顯的跨學(xué)科特點(diǎn)。例如，化合物的檢測(cè)應(yīng)用了化學(xué)原理，測(cè)量需要物理學(xué)、工程學(xué)的支持。以八年級(jí)生物學(xué)的“鳥類適于飛行的特點(diǎn)”為例，分析生物探究學(xué)習(xí)中的跨學(xué)科融合。學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了一些關(guān)于飛行的常識(shí)，如減輕重量、減少阻力、足夠的動(dòng)力、借助風(fēng)力等，那么鳥類具備哪些形態(tài)結(jié)構(gòu)或功能以適應(yīng)飛行生活？

（1）比較觀察。觀察和比較是進(jìn)行科學(xué)研究的最為基礎(chǔ)的方法。鳥類有哪些結(jié)構(gòu)和功能符合減輕重量或增加浮力的特點(diǎn)？如果在初中階段跟學(xué)生解釋空氣動(dòng)力學(xué)理論，則超出了學(xué)生的思維認(rèn)知范圍，因?yàn)槌踔猩闹庇^思維仍占主導(dǎo)地位，意味著直觀教學(xué)更能滿足其學(xué)習(xí)需求。例如，流線型有利于減少空氣阻力，但這是工程學(xué)的知識(shí)內(nèi)容，對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)比較抽象，還不如折紙飛機(jī)印象深刻。學(xué)生還可用紙折疊出其他形狀，如方形、球形等，比較這些形態(tài)的折紙?jiān)诳罩械娘w行情況，于是紙飛機(jī)與流線型概念建立了直觀的聯(lián)系。

鳥類的氣囊、中空的骨骼等，屬于典型的生物學(xué)名詞，也與工程學(xué)有密切聯(lián)系。例如，氣囊類似于氣球，氣球充氣可增加浮力，學(xué)生已具備相應(yīng)的生活經(jīng)驗(yàn)。鳥類骨骼占全身體重的5%～6%，人類骨骼占體重的18%以上，比較這組數(shù)據(jù)，學(xué)生還無(wú)法理解鳥類骨骼對(duì)飛行生活的意義。選取成年家兔、家鴿的部分骨骼（如肋骨、四肢骨），分別放入盛有濃鹽水的燒杯中，可觀察到家鴿的骨骼浮在液面，家兔的骨骼沉于燒杯底，輕重自分——與骨骼的密度相關(guān)。

（2）數(shù)據(jù)分析。發(fā)達(dá)的胸肌和胸骨為鳥類飛行提供動(dòng)力基礎(chǔ)，學(xué)生對(duì)這點(diǎn)有生活認(rèn)知，那動(dòng)力的能量保障呢？人教版教材中描述鳥類“食量大，消化能力強(qiáng)，食物經(jīng)消化吸收后形成的殘?jiān)芸炀碗S糞便排出”“心跳頻率快，體溫高而恒定”，這些描述性的語(yǔ)言，學(xué)生不容易與鳥類適于飛行的特點(diǎn)聯(lián)系起來(lái)。教師在教學(xué)中如能列出具體的數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)明“大”“強(qiáng)”“快”等程度，學(xué)生才容易開展有意義的學(xué)習(xí)。

《教師教學(xué)用書》提供了一些必要的數(shù)據(jù)資料，學(xué)生可以在課堂上進(jìn)行比較分析：雀形目的鳥一天所吃食物相當(dāng)于其體重的10%～30%。蜂鳥一天所吃的蜜漿，約等于其體重的2倍;體重為1500g的雀鷹，能在一晝夜間吃掉800～1000 g的肉。還可將數(shù)據(jù)整理在列表中進(jìn)行比較，如鳥類和哺乳類體溫的比較（見表1）、人和鳥類心臟及心率的比較（見表2）。

學(xué)生經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)的比較分析，更容易獲得與教材描述相匹配的結(jié)論。例如，食量大保障足夠能量來(lái)源，鳥類的心臟占體重的比例較大，為其高心率提供支持。學(xué)生已在七年級(jí)時(shí)學(xué)習(xí)了循環(huán)、呼吸的相關(guān)知識(shí)，再結(jié)合與氣囊相關(guān)的雙重呼吸的知識(shí)，就解決了鳥類飛行的能量供應(yīng)問(wèn)題。

四、項(xiàng)目式學(xué)習(xí)

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)（Project Based Learning）是以真實(shí)情境為背景，基于現(xiàn)實(shí)主題或課題，運(yùn)用學(xué)科知識(shí)，習(xí)得必要技能，以學(xué)生為中心去解決真實(shí)問(wèn)題的學(xué)習(xí)方式。杜威說(shuō)：“只要把學(xué)校和生活聯(lián)系起來(lái)，一切的學(xué)科就必然地相互聯(lián)系起來(lái)?！痹谌私贪娉踔猩飳W(xué)教材中，欄目設(shè)計(jì)直接聯(lián)系生活，如STS、探究、設(shè)計(jì)等，都是開展項(xiàng)目式學(xué)習(xí)很好的素材。

（1）以制作為依托的項(xiàng)目。仿生學(xué)是生物學(xué)應(yīng)用于生活最典型的例子，也是融合多學(xué)科知識(shí)的應(yīng)用，隨著人工智能的發(fā)展，這方面的應(yīng)用將更加廣泛。生物教學(xué)也可充分利用學(xué)科這特點(diǎn)，鼓勵(lì)學(xué)生開展相關(guān)的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，以解決某個(gè)生活實(shí)際問(wèn)題為目標(biāo)，結(jié)合綜合實(shí)踐活動(dòng)來(lái)進(jìn)行研究，如前面提到的建構(gòu)眼球結(jié)構(gòu)模型。選取應(yīng)用型的項(xiàng)目，對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)具有挑戰(zhàn)性，容易激發(fā)學(xué)生的研究熱情。例如，學(xué)習(xí)了關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)，學(xué)生根據(jù)所學(xué)來(lái)設(shè)計(jì)符合人體工程學(xué)原理的義肢。學(xué)生在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要考慮的不僅僅是關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)問(wèn)題，還要在材料選擇上下功夫，包括材質(zhì)的重量、硬度、舒適度、耐磨性和負(fù)荷能力等因素。學(xué)生還要對(duì)材料的加工進(jìn)行精密的測(cè)算，如果能形成“成品”，必須對(duì)作品進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)，這個(gè)過(guò)程很自然地涉及數(shù)學(xué)、材料學(xué)、工程學(xué)、物理學(xué)、美學(xué)等多個(gè)學(xué)科，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，學(xué)生會(huì)自然而然地應(yīng)用相關(guān)學(xué)科的知識(shí)，達(dá)到思維的融合。

教材也提供了一些制作項(xiàng)目，如人教版七年級(jí)生物學(xué)教材中“制作動(dòng)物細(xì)胞模型”的練習(xí)內(nèi)容。項(xiàng)目選取也可讓學(xué)科“跨度”更大一些。如學(xué)生學(xué)習(xí)了“反射行為”，要設(shè)計(jì)適合1歲左右嬰兒的環(huán)保玩具，那么學(xué)生除選取環(huán)保材質(zhì)外，設(shè)計(jì)時(shí)必須充分考慮安全性和嬰兒的心理發(fā)展特征。

（2）以調(diào)查為導(dǎo)向的實(shí)踐。開展社會(huì)調(diào)查，不僅可以讓學(xué)生深入社會(huì)生活，還能鍛煉學(xué)生的合作溝通能力。初中生物課程設(shè)計(jì)了遞進(jìn)式的調(diào)查活動(dòng)，如七年級(jí)是“調(diào)查校園、公園或農(nóng)田的生物種類”，范圍較小;八年級(jí)則是“調(diào)查當(dāng)?shù)爻Ｒ姷膸追N傳染病”，范圍擴(kuò)大到醫(yī)學(xué)院校、醫(yī)院和防疫站等。可見，以調(diào)查為基礎(chǔ)的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，跨學(xué)科學(xué)習(xí)的廣度更大，往往還會(huì)涉及社會(huì)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)等人文學(xué)科領(lǐng)域。

五、結(jié)語(yǔ)

佐藤學(xué)認(rèn)為，綜合學(xué)習(xí)的最大魅力，是從生活現(xiàn)實(shí)出發(fā)進(jìn)行學(xué)習(xí)。生物學(xué)課堂跨學(xué)科融合的教與學(xué)，其學(xué)習(xí)內(nèi)容的重構(gòu)只是形式變革，核心是體現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)主體地位，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，在幫助學(xué)生建構(gòu)生命觀念的同時(shí)，發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)。

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