物理知识与初中生物学实验教学融合的研究

王文娟 孙美丽

【摘要】将物理知识与初中生物实验结合，进行跨学科设计改进后应用于生物学实验教学中，能够为学生在自然科学方面的学习提供整体思路，使初中理科知识融会贯通，培养学生发展跨学科的思维能力和多角度思考问题的能力。

【关键词】生物学实验教学;学科渗透;整合

我国初中教学主要采用的是分科教学，学科界限明显，各学科在各自的领域内深入研究，形成独立的知识体系。长期以来，忽略学科之间的联系，也忽视了学生认识世界的多角度、综合性、全面性的特点，影响学生发散性思维和创新思维的发展。然而现代科学技术越来越倾向于学科综合化的特点，这一发展趋势，向初中學科教学提出了综合化、多元化、交叉等特点的要求。跨学科教学，着眼于学生的全面发展，以达到培养综合型人才的目标，也为学科教学提供新思路。本文以苏科版初中生物实验教学为例，阐述跨学科融合创新性实验在初中生物学实验中的应用。

1.概念界定

本文中的实验教学是指在物理、生物学实验教学过程中，教师使用一定的实验器材，通过控制某些实验条件，引起实验结果的某些变化，通过观察这些实验结果的变化获取新知识或发现新规律的教学方法。跨学科融合创新性实验，本课题是指在一个学习主题中或者一个项目中，融合物理、生物学实验解决实际问题，为学生在自然科学方面的学习提供整体思路，培养学生发展跨学科的思维能力和探究能力。

2.研究的理论基础

STEAM理念：STEAM代表科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、艺术（Arts）、数学（Mathematics）。STEAM教育就是集科学、技术、工程、艺术、数学多学科融合的综合教育。STEAM教育理念并不是科学、技术、工程、艺术、数学教育的简单叠加，而是将其组合成一个有机的整体，使学生具有跨越学科的思维方式。

3.跨学科融合创新性实验案例分析

3.1人体的呼吸运动

《人体的呼吸》是苏科版初中生物学七年级上册第七章第二节内容，其中“人体的呼吸运动”虽然容易体验形成感受，但是身体内部的结构状态很难直观的看到。书上的示意图只能展示结构不能展示过程，文字虽然能够描述呼吸运动的过程，但是比较抽象，学生的理解只能停留在呼吸运动的感受上。若要进一步理解呼吸肌收缩、舒张引起胸廓容积变化，引起压强变化，从而引起气体进出肺，则需要借助物理模型讲清这个道理。

【教学目标】尝试运用模型说明呼吸运动的原理，体验对模拟实验。

【材料准备】饮料瓶、气球、吸管、橡皮泥等材料。

【教学过程】

师：请同学们深呼吸，把手放胸部下侧，感受呼吸时胸廓、肋骨的位置有什么变化？

生：我感受到吸气时，肋骨上升，胸廓向外扩张，呼气时，肋骨下降，胸廓向内收缩。

师：请各小组阅读课本，制作模拟人体呼吸运动的模型，解释人吸气时，外界气体是如何进入肺的？呼气时，肺内气体又是如何排出体外的？

学生用饮料瓶、气球、吸管、橡皮泥等材料制作的物理模型，利用模型解释呼吸运动的原理。

生：用饮料瓶模拟胸廓，小气球模拟肺，气球膜模拟膈，吸管模拟气管和支气管。向下拉气球膜，模拟当膈肌收缩时，膈顶下降，胸廓容积变大，肺容积扩大，肺内气压小于外界大气压，气体进肺，引起吸气。向上顶气球膜，模拟当膈肌舒张时，膈顶上升，胸廓容积变小，肺容积缩小，肺内气压大于外界大气压，气体出肺，引起呼气。

【评价总结】

初中学生的抽象逻辑思维还未发展完全，仍然以具体形象思维为主，仅仅靠书上的文字和图片描述，并不能对“呼吸运动”的现象、原理形成直观和系统的认识。而初中实验室条件有限，器材不全，通过利用身边易得的材料制作物理模型结合物理知识研究分析，能够有效地解决以上问题。学生利用物理模型就不难理解由于呼吸肌的收缩和舒张供动力，牵扯肋骨和膈肌状态发生改变，引起胸廓容积的变化，胸廓内气体压强的变化，进一步引起肺容积的变化，肺内气体压强的变化，引起气体进、出肺，最终引发呼吸运动。

3.2植物的蒸腾作用

【教材分析】本节是苏科版八年级上册第18章第1节内容，七年级上册介绍过植物通过根吸收水分，导管运输水分，本节将从水分大部分去哪儿了，从什么结构散发出去，对于植物自身和生物圈有什么意义等问题展开探究活动。但是水分的吸收和在植物体内的运输比较抽象，以水蒸气的形式，更是看不见摸不着，学生难以理解，这就需要借助物理知识，将抽象的现象具体化，利于学生的观察蒸腾作用的过程，进一步思考、理解蒸腾作用的意义。

【教学目标】

小组合作实施实验，描述绿色植物的蒸腾作用的现象和过程，理解蒸腾作用对于植物自身和生物圈的意义。

【材料准备】

桂花树枝条、带根的绿萝、盆栽植物、透明塑料袋、水、食用油、量筒、酒精、氯化钴试纸（检测水）等。

【教学过程】

师：请同学们自学课本，利用老师给大家的材料设计时间，测定植物的蒸腾作用？其中氯化钴试纸遇到水会从蓝色变成粉色，可以用来检测水。

学生小组讨论设计实验，实施实验，描述现象，得出结论：

第1组代表：我们小组用带根的绿萝做实验。观察到多叶组量筒中水位下降明显，氯化钴试纸变成粉色说明产生了水;少叶组量筒中水位下降稍明显，氯化钴试纸部分变成粉色说明产生了少量的水;无叶组量筒中水位没有下降，氯化钴试纸没有变成粉色说明产生没有产生水或产生的水很少。

第2组代表：我们小组用菊花盆栽做实验。观察到多叶+菊花组氯化钴试纸变成粉色说明带内产生了水;菊花组氯化钴试纸部分变成粉色说明产生了少量的水;无叶无花：量筒袋内壁水珠极少。氯化钴试纸没有变成粉色说明产生没有产生水或产生的水很少。

第3组代表：我们小组用桂花枝条做实验。将三枝桂花树枝条，一枝叶片全部剪去，一枝剪去一半的叶片，还有一枝不作处理。过一段时间，观察到多叶组量筒中水位下降明显，袋内壁有很多小水珠;少叶组量筒中水位下降稍明显，袋内壁水珠较少;无叶组量筒中水位未下降，袋內壁无水珠。

师：根据实验现象，能够得出什么结论？

生：植物蒸腾作用的散发水分，进行蒸腾作用的主要器官是叶，花、茎等其他器官也能进行微弱的蒸腾作用。

师：植物蒸腾作用将体内的水以水蒸气的形式释放出来，物理上我们称之为汽化。对植物自身有什么作用能？现在请同学们，用酒精棉球擦一下手背，体会一下什么感觉？

生：手背凉凉的。

师：这也是汽化现象，想一想，植物蒸腾作用将体内的水以水蒸气的形式释放出来，对植物自身有什么意义？

生：降低叶表面的温度，防止植物在炎炎烈日下被灼伤。

【评价总结】

本实验设计结合物理实验，对书上的实验进行改进，用量筒代替锥形瓶，学生可以进行量的测定，准确记录、分析数据，定量表述实验结果。氯化钴试纸的巧妙运用，学生在课堂上就能检测到蒸腾作用产生的水，及时、直观，大大缩减实验时间、提高课堂效率。用酒精擦在手背上让学生直观感受，汽化能够吸热从而降低温度，感同身受的理解蒸腾作用对于植物自身的意义。生物实验中融合物理实验知识，打破知识界限，为解决问题提供新的思路，更符合学生学习自然科学的方式，利于学生发散性思维和科学思维的形成。

4.讨论

学生课堂上所学的知识，将来要应用于社会实践中，来解决实际问题，而解决实际问题往往运用到多门学科的知识。因此在初中生物实验教学中，应有意识的引导学生借助物理实验知识一起解决问题。当然跨学科融合，并不是将物理、生物等知识简单的相加，而是以具体实验、问题、项目为导向，结合学生自身的已有知识和生活经验，找到不同学科用于问题处理的知识契合点，运用物理、生物学实验知识和技能，在实践中创新设计，解决实际问题。为学生在自然科学方面的学习提供整体思路，培养学生发展跨学科的思维能力和实践能力。

参考文献：

[1]陈富.甘肃省初中物理、化学和生物实验教学现状的调查与研究[D].西北师范大学.

[2]沈杰. STEM教育理念与跨学科实验教学整合模式[J].文化创新比较研究，2019，003（010）：135-136.

[3]龚文军.初中物理与化学生物地理交叉内容的初步研究及其教学探索[D].华中师范大学.