高中生物教学中渗透物理知识的实践与思考

◆陈静芳

高中生物教学中渗透物理知识的实践与思考

◆陈静芳

利用迁移的学习方法，将已学的物理知识灵活运用并渗透到生物学科的新知识学习中，从而突破生物学知识的教学难点，提高教学的有效性。

学科渗透；高中生物；物理

10.3969/j.issn.1671-489X.2016.13.091

生物科学是一门古老而又青春焕发的自然科学，是以观察和实验作为基本方法，来研究生命现象及其活动规律的科学。生物学是一门茁壮成长着的学科，它的成就应用于现实生活中的每一个角落，悄然改变着现代社会人们的生产生活。

1　学科间相互渗透的积极作用

现今是一个知识爆炸的信息时代，将物理、化学、生物等自然科学划清界限，各成一体，已经表现出许多弊端。对学生来讲，各学科之间的联系割断，违背了对事物之间相互联系、相互渗透等自然规律的正确理解，造成学生知识面的单一，系统性的薄弱，不能用联系的观点来解决实际生活中遇到的问题，与现实生产生活相脱节，综合素质提高的效果微弱等问题。因此，学科之间尤其是物理、化学、生物等自然科学间的相互渗透，也成了一种必然。

随着科学的不断进步，不同学科除了纵向发展深度以外，其横向广度也不断发展。生物学与物理学、化学、数学乃至地理学、历史等其他学科之间在不断地相互渗透、相互启发、相互应用，从而在理论研究和实践技术上得到了腾飞，同时推动着其他科学与技术的飞跃。如生物物理学、生物化学、生物统计学等学科的诞生与发展，无不彰显着生物与其他学科间关系的交融性。

因此，在高中生物教学中重视生物与物理、化学等学科间相互渗透的关系，能使学生感受自然科学内分支学科间的密切关系，及关系存在的必然性、重要性和奥妙之处，对于提高学生学科间综合能力、学习的迁移能力有着非常重要的作用。只要有学习，就有迁移。善于思考的人迁移能力就相对较强，独立解决问题的能力也相对较强。学习都会受到学习主体已有知识的影响。迁移是学习新知识的继续，桑代克和武德沃斯早年曾做过相关实验，认为迁移的效果在一定程度上决定于知识之间的共同点。

本文将把物理学知识迁移到动作电位的产生与传导的生物学知识的学习上，通过增强学科间相互融合的方法，突破本部分内容学习的难点。

2　生物教学中渗透物理知识的案例分析

物理电表测量记录神经细胞膜的电位变化

1）相关物理概念如表1所示。

2）检流计记录神经纤维细胞膜的电位变化。如图2所示，检流计的电极连接在神经细胞膜外，用于检测神经纤维上的电位变化。

表1　

图1　电表

图2.1：未受刺激时，电表未发生偏转，说明A处的膜外电位与B处的膜外电位相同。

图2.2：A处左侧的神经纤维受到适宜刺激时，产生兴奋，电表未偏转，说明A处的膜外电位仍与B处的膜外电位相同。

图2.3：兴奋传至A处时，电表向左偏转，说明A处膜外为负电位，B处膜外为正电位。

图2.4：兴奋离开A处时，电表指针恢复到中间，说明A、B膜外电位回复原状，为正值。

图2.5：兴奋传至B处时，电表指针向右偏转，说明A处膜外为正，B处膜外为负。

图2.6：兴奋离开B处时，电表指针恢复到中间，说明A、B膜外电位又回复原状，为正值。

动作电位在神经纤维上的产生和传导过程，可借助物理仪器“检流计”测量和记录。除了上文中提到的两电极连接在细胞膜外，也可换成其他方式（如一个电极接膜内，一个电极接膜外），在此不做赘述。由此说明物理学与生物学之间的关系非常密切，一门学科的进步能应用于另一门学科的发展与进步上，体现了学科间的相互渗透，展示了物理、生物的交融教学。

图2　

表2　

表3　

利用物理知识加深理解动作电位在神经纤维上的产生和传导过程对浙科版高中生物必修3第22页图2-7“动作电位传导的示意图”，学生在学习、做题时常与“动作电位的产生示意图”发生混淆，造成解题错误和不必要的失分。这两种图像虽然形似，但其本质不完全相同，各段曲线甚至有着相反的生物学意义，如表2所示。

为帮助学生理解和区别动作电位的产生图像和传导图像，可以利用学生已经学过的物理知识，做到把旧知识迁移到学习新知识的过程中。表3是“质点的振动图像”和“机械波的波动图像”，将之与动作电位的产生图像和动作电位的传导图像进行比较，会发现许多相似的地方。

3　关于学科间渗透教学的反思

上文中提到的两个案例是物理仪器和物理学知识在高中生物教学中的应用，在增强教学效果上的作用非常明显，帮助了学生的理解，提高了学生的学习迁移能力。物理与生物学科间的相互渗透除了上述例子以外，还有许多的融合点。比如：细胞分裂过程、孟德尔定律、细胞膜的流动镶嵌模型、种群密度的调查等物理模型的制作掺入了物理学知识和思维；生物学的基本仪器——光学显微镜，其原理就是凸透镜的成像原理，显然也是物理学知识推动生物技术手段的进步。

同样，生物学与其他学科之间也存在相互渗透的现象，如生物与化学实验在仪器上有许多是通用的。再如在学习高中生物伊始，涉及化学元素、化学键以及有机化学等相关内容，高中生物开篇便是以此为基础展开的学习。随着新高考政策的颁布，应7选3政策的要求，高一年级也开设了生物学科，但是高一学生还未接触过有机化学，所以学生在学习有机生物大分子尤其是蛋白质一节的时候，显得非常吃力，理解起来相对困难。若学生在此之前已经学过有机化学，那么在学习新知识时就更容易接受。所以，认知必须要有层次性和连贯性，学科之间的知识辅助、知识渗透显得非常重要。

另外，生物与数学学科之间的渗透也相当明显。数学作为各门自然科学的工具，在生物学中的地位举足轻重。无论是遗传概率的计算，还是种群“J”型和“S”型增长曲线的数学模型的构建，均是数学思维广度在生物学科上的覆盖。

由此可见，生物学科与物理、化学、数学甚至地理等学科间的知识渗透、技术渗透，是生物教师要研究和认真思考的，是学生要努力学习和提高的一种能力。

［1］杨忠生.论学科间相互渗透［J］.考试周刊，2012（56）.

［2］李能国.神经纤维膜电位变化及相关试题分析［J］.生物学教学，2010，35（12）.

［3］卢东生.识别振动图像和波动图像［J］.学习方法报：理化生教研周刊，2011（21）

G633.91

B

1671-489X（2016）13-0091-03

作者：陈静芳，浙江省天台平桥中学（317203）。