初中生物学课堂跨学科融合教学案例分析

林拱标

摘 要：《义务教育生物课程标准（2011年版）》倡导教学要贴近生活、融合多学科，生物学在这方面具有独特的优势。文章以初中生物课堂教学为例，分析生物学科开展融合教学的路径、方法和策略，列举教具演示、实验渗透及项目式学习等方面的实践活动，以为初中生物教学提供新思路。

关键词：学科融合;STEM;生物实验

中图分类号：G633.91 文献标识码：A 收稿日期：2019-10-19 文章编号：1674-120X（2020）11-0056-02

生物学作为一门独立的学科，最早出现于19世纪，之后在物理、化学等学科的技术手段的推动下迅速发展。生物学是以实验为基础、研究生命现象及其本质的科学，生物实验技术与物理、化学等学科有密切联系，从这方面看生物学更具有综合性的特点，能更好地开展融合教学。

一、跨学科融合学习

在现实生活中，学生的学习是从观察开始的，观察结果不会只简单归因于某一学科或某一专业的知识。例如，观察鸟类的飞行，不会只思考鸟类的翅膀（生物学科）或空气浮力（物理学科）的问题，而是思考整体性的问题——鸟类挥动翅膀使其能在空中飞行。因此，培养学生观察、思考并解决实际问题的能力，才是学科融合教学的根本落脚点。《普通高中生物课程标准（2017年版）》指出，STEM教育的跨学科特征尤为突出，同时提出生物学科教学融合STEM教育的两条途径：一是在原有探究活动中融入STEM相关元素，二是设计全新的STEM活动或校本课程。生物学在跨学科融合教学方面有独特的优势。

皮亚杰认为，初中学生处于“形式运算”阶段，抽象逻辑思维开始逐步占据主导地位，即具备了融合学习的基础。融合学习与学科学习的不同，在于内容的组合形式有差异，学科学习以“知识”为本位，即概念是主线;融合学习以“主题（或课题）”为核心，以解决生活现实问题为目标。因此，融合学习突出问题导向，不是将学科进行“横向”跨越或“综合”，是对同一问题不同的思维表达。开展学科融合教学，教师要明确学生的主体地位，在教学时可以从学科内的局部整合再到学科间的主题整合，最后实现“全课程”统整。

二、跨学科初步建模

自然科学类课程在小学阶段统一为科学课程，中学生物学则是学生最早接触的自然科学，从初一（七年级）开始学习。现代生物学的研究需要以物理、化学等知识为基础，初一年级学生积累的理化知识有限，教师担心仔细讲解理化原理，会让生物学课堂变成理化课堂。如何帮助学生更好地理解生命现象的本质，而又不让理化知识成为学生学习的障碍呢？实践证明，借助直观的教具或技术手段，通过建模形式，生物学课堂也能很好地呈现这些理化原理，还可留给学生更多的思考空间，有利于其今后在理化学科学习方面的知识迁移。

学生在学习生物学七年级的“眼与视觉”一课时，相关的物理学知识到八年级才有相应的课程，学生的认知不完整。在课堂教学时，有的教师利用视频、动画等演示，但这些体验的真实感不够，效果不如教具演示生动。教师可以直接借助物理实验室的凸透镜等成像仪器（透镜-光屏）来演示，通过物理建模的方式，引导学生建立眼球成像的基本模型。教师只需进行成像演示，再引导学生探究其他问题，如“当物体与眼球距离发生变化时，如何调节眼睛以获得清晰物像？”没有具备相应物理知识的学生，提出的假设可能是多样的，如缩小（放大）瞳孔、减少（增加）晶状体曲度等，这时可利用凸透镜成像教具在课堂上分别验证。将物理学科教具应用到生物学课堂，设置提出问题、作出假设、预测结果和实验验证等环节，呈现自然科学研究的基本过程，從而实现跨学科的融合。

教师给学生布置拓展作业，让学生制作一个可以调节“晶状体”曲度的眼球模型，实现从理论到实践的跨学科融合。

三、跨学科融合探究

中学生物学教学有明显的跨学科特点。例如，化合物的检测应用了化学原理，测量需要物理学、工程学的支持。以八年级生物学的“鸟类适于飞行的特点”为例，分析生物探究学习中的跨学科融合。学生已经学习了一些关于飞行的常识，如减轻重量、减少阻力、足够的动力、借助风力等，那么鸟类具备哪些形态结构或功能以适应飞行生活？

（1）比较观察。观察和比较是进行科学研究的最为基础的方法。鸟类有哪些结构和功能符合减轻重量或增加浮力的特点？如果在初中阶段跟学生解释空气动力学理论，则超出了学生的思维认知范围，因为初中生的直观思维仍占主导地位，意味着直观教学更能满足其学习需求。例如，流线型有利于减少空气阻力，但这是工程学的知识内容，对学生来说比较抽象，还不如折纸飞机印象深刻。学生还可用纸折叠出其他形状，如方形、球形等，比较这些形态的折纸在空中的飞行情况，于是纸飞机与流线型概念建立了直观的联系。

鸟类的气囊、中空的骨骼等，属于典型的生物学名词，也与工程学有密切联系。例如，气囊类似于气球，气球充气可增加浮力，学生已具备相应的生活经验。鸟类骨骼占全身体重的5%～6%，人类骨骼占体重的18%以上，比较这组数据，学生还无法理解鸟类骨骼对飞行生活的意义。选取成年家兔、家鸽的部分骨骼（如肋骨、四肢骨），分别放入盛有浓盐水的烧杯中，可观察到家鸽的骨骼浮在液面，家兔的骨骼沉于烧杯底，轻重自分——与骨骼的密度相关。

（2）数据分析。发达的胸肌和胸骨为鸟类飞行提供动力基础，学生对这点有生活认知，那动力的能量保障呢？人教版教材中描述鸟类“食量大，消化能力强，食物经消化吸收后形成的残渣很快就随粪便排出”“心跳频率快，体温高而恒定”，这些描述性的语言，学生不容易与鸟类适于飞行的特点联系起来。教师在教学中如能列出具体的数据来说明“大”“强”“快”等程度，学生才容易开展有意义的学习。

《教师教学用书》提供了一些必要的数据资料，学生可以在课堂上进行比较分析：雀形目的鸟一天所吃食物相当于其体重的10%～30%。蜂鸟一天所吃的蜜浆，约等于其体重的2倍;体重为1500g的雀鹰，能在一昼夜间吃掉800～1000 g的肉。还可将数据整理在列表中进行比较，如鸟类和哺乳类体温的比较（见表1）、人和鸟类心脏及心率的比较（见表2）。

学生经过数据的比较分析，更容易获得与教材描述相匹配的结论。例如，食量大保障足够能量来源，鸟类的心脏占体重的比例较大，为其高心率提供支持。学生已在七年级时学习了循环、呼吸的相关知识，再结合与气囊相关的双重呼吸的知识，就解决了鸟类飞行的能量供应问题。

四、项目式学习

项目式学习（Project Based Learning）是以真实情境为背景，基于现实主题或课题，运用学科知识，习得必要技能，以学生为中心去解决真实问题的学习方式。杜威说：“只要把学校和生活联系起来，一切的学科就必然地相互联系起来。”在人教版初中生物学教材中，栏目设计直接联系生活，如STS、探究、设计等，都是开展项目式学习很好的素材。

（1）以制作为依托的项目。仿生学是生物学应用于生活最典型的例子，也是融合多学科知识的应用，随着人工智能的发展，这方面的应用将更加广泛。生物教学也可充分利用学科这特点，鼓励学生开展相关的项目式学习，以解决某个生活实际问题为目标，结合综合实践活动来进行研究，如前面提到的建构眼球结构模型。选取应用型的项目，对学生来说具有挑战性，容易激发学生的研究热情。例如，学习了关节的结构，学生根据所学来设计符合人体工程学原理的义肢。学生在设计过程中，要考虑的不仅仅是关节的结构问题，还要在材料选择上下功夫，包括材质的重量、硬度、舒适度、耐磨性和负荷能力等因素。学生还要对材料的加工进行精密的测算，如果能形成“成品”，必须对作品进行重复试验，这个过程很自然地涉及数学、材料学、工程学、物理学、美学等多个学科，在设计过程中，学生会自然而然地应用相关学科的知识，达到思维的融合。

教材也提供了一些制作项目，如人教版七年级生物学教材中“制作动物细胞模型”的练习内容。项目选取也可让学科“跨度”更大一些。如学生学习了“反射行为”，要设计适合1岁左右婴儿的环保玩具，那么学生除选取环保材质外，设计时必须充分考虑安全性和婴儿的心理发展特征。

（2）以调查为导向的实践。开展社会调查，不仅可以让学生深入社会生活，还能锻炼学生的合作沟通能力。初中生物课程设计了递进式的调查活动，如七年级是“调查校园、公园或农田的生物种类”，范围较小;八年级则是“调查当地常见的几种传染病”，范围扩大到医学院校、医院和防疫站等。可见，以调查为基础的项目式学习，跨学科学习的广度更大，往往还会涉及社会学、经济学等人文学科领域。

五、结语

佐藤学认为，综合学习的最大魅力，是从生活现实出发进行学习。生物学课堂跨学科融合的教與学，其学习内容的重构只是形式变革，核心是体现学生的学习主体地位，培养学生的科学思维，在帮助学生建构生命观念的同时，发展学生的核心素养。

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