整体性在科学知识中的应用研究

潘亚杰　赵慧

摘 要 义务教育阶段的科学教育由物理、化学、生物和地理等分支学科组成，各学科知识相互交叉融合，形成一个有机的整体。文章以“压强”这一概念为例，试具体说明“科学”是各学科知识有机组成的。

关键词 整体性 科学知识 压强

把握事物的整体性有助于人们掌握系统的特性，全面、深入认识事物，掌握规律，提高分析解决问题的能力和工作效率。

1在科学教育中应该注重科学知识的整体性

跨学科研究是近年来科学方法讨论的热点之一。在科学教育领域，跨学科研究旨在运用跨学科交融，推进学生对科学课程的“整体性学习”，以期帮助学生探寻到科学知识的完整结构和面貌，解决现实复杂问题，并帮助学生形成创新思维。

《科学教育的原则和大概念》一书指出，在小学科学教育中，教师应该把学习组织为趋向于大概念的、连续的、有联系的学习进程。科学教育不是给学生讲授一些零碎的、不连贯的知识片段和堆积在一起的科学定律，而是需要围绕涉及重要科学领域的有结构、有联系的科学核心概念和模型来进行讲授，即要求要对科学有一个整体性把握。

从课程的类别上讲，义务教育阶段的科学课程是一门广域课程（broad field curriculum），它强调各学科领域知识的相互渗透和联系整合。《科学》课程的知识目标包括物理、化学、生物和地理等学科的知识，各学科知识间之间不是孤立的或机械的相加，而是相互联系、相互作用，共同组成了一个有机的“科学”系统。

因此，科学教师应该注重《科学》课程的整体性，无论是课程结构的整体性还是科学知识的整体性。科学教师应当对“科学”内容有一个整体性的理解与把握，以帮助学生对科学概念和过程有一个基本的理解与认识，形成有组织、有结构的科学知识和模型，并且有能力解释较大范围内的一系列相关现象。

2以“压强”为例，试具体说明“科学知识”是由各学科知识有机组成的一个整体

在当前多数人的理解中，物理、化学、生物及地理都是一个独立的学科。当谈到某一概念的时，人们比较容易联想到它所对应的某一学科。例如，当谈及“地球自转”时，多数人会较易联想到地理科学中“昼夜的形成”的相关内容，很少会联想到物理科学中“同步卫星”的相关内容，这也正是长期分科教学所带来的弊端。因此，新时代的科学教师应该具有整体性意识，这样才能引导学生系统的学习并掌握《科学》课程的内容。下面以“压强”为例，试具体说明“科学”是由各学科知識有机组成的一个整体。

2.1“压强”在物理学中的体现：如流体力学

飞机为什么能够飞上天？因为机翼受到向上的升力；升力是如何产生的？由于伯努利效应；何谓伯努利效应？在流体中，流速越大的位置，压强越小；流速越小的位置，压强越大。

飞机机翼下平上凸，当空气流到机翼前缘时，会分成上、下两股，分别沿机翼上、下表面流过，并同时到达机翼后缘，重新汇合向后流去。这样机翼上部的气流走过的路程就长于下部，因此上部气流的速度就快于下部气流。根据伯努利原理可以得出，机翼上部压强小，下部压强大，机翼的上下面产生了压强差，这就使得飞机获得了升力，从而飞上天。

2.2“压强”在化学中的体现：如化学分反应原理

在化学反应中，反应物能不能发生化学反应以及反应的快慢，首先取决于反应物的性质。此外，化学反应速率还受反应进行时所处条件的影响，其中重要的是温度、浓度、压强和催化剂的影响。

根据勒夏特列原理，当改变体系反应时的压强时：增大压强，平衡向气态物质体积减小的方向移动；减小压强，平衡向气态物质体积增大的方向移动。

2.3“压强”在生命科学中的体现：如高山反应

大气压强不仅与天气变化有关还与海拔高度有关，高度愈高，空气愈稀薄，空气的密度越小，大气压强就愈低。

在高山地带，气压低，空气稀薄，人体所赖以呼吸的氧气压力也会随之降低。然而人体进行呼吸作用所需要的氧气含量是保持不变的，为使血液中的含氧量达到人体所需的含氧量，就必须增加红细胞（运载氧气）的含量。研究表明，人体靠新陈代谢自动增加红细胞的含量需要几天的时间，所以在刚刚进入山区时，会因为海拔的突然增高，而人体却来不及适应，产生体内供氧不足的情形，高度愈高，过渡时间愈短，产生的反应就愈剧烈。这种生理反应一般被称为高山反应。

2.4“压强 ”在地理科学中的体现：如大气运动

大气的受热过程影响着大气的热状况、温度分布和变化，制约着大气的运动状态。实际上，由于海陆分布、地形起伏等因素的影响，大气环流特别复杂。北半球的陆地面积比南半球的陆地面积大而且海陆相间分布，由于海陆热力性质的差异，大陆增温和冷却的速度快于海洋。海陆冬夏季增温和冷却速度明显不同，使呈带状分布的气压被分裂出一个个高、底气压中心。

随着季节的变化，高低气压中心对世界各地的天气和气候有很大的影响。例如，冬季蒙古-西伯利亚高压是冷空气的源地之一，对我国冬季天气影响显著；夏季西太平洋副热带高气压是暖空气的源地之一，对我国夏季天气影响很大。

从以上“压强”在不同学科中的存在形式，很容易说明“科学”是由各学科知识有机组成的一个整体。《科学》课程的设置也正是基于这样的目的：整合物理、化学、生物及地理等学科内容，以打破长期分科带来的弊端，帮助学生对“科学”有一个整体性认识。当然，这里并没有否认各学科所具有的独特性。

3小结

科学家彭加莱曾经说过：科学是基于事实之上的，就好像房子是用砖石堆砌而成的一样，但是，一些事实的堆积并不是科学，就像堆在一起的一堆砖石并不是房子一样。教师需要对“科学”学科有一个整体性认识，这样有助于对学生的整体性学习进行针对性指导，从而帮助学生搭建跨学科知识网络。

参考文献

[1] 赵媛.用跨学科交融推进“整体性学习”[J].江苏教育，2016（59）：18-19.

[2] 韦钰.以大概念的理念进行科学教育[J].人民教育，2016（01）：41-45.

[3] 靳玉乐.现代教育学[M].成都：四川教育出版社，2008.