高中生物学跨学科教学的实践探索——以《生物学必修1·分子与细胞》为例

文∣苏科庚

《普通高中生物学课程标准》要求生物学打破学科界限，加强学科间的渗透与联系，培养具备多学科知识和能力的综合型人才。跨学科的知识融合教学正是引导学生深化知识理解，提高生物学核心素养的重要途径。

一、高中生物学跨学科教学的必要性与优势

(一) 高中生物学跨学科教学的必要性

在传统高考科目设置下，分科教学会让生物学教师习惯于只在生物学中开展教学实践，较少运用跨学科的知识辅助教学，导致学科本位意识明显，学科割据情况突出。这必然影响学生将所学知识融会贯通并灵活迁移运用的效果。

教学的核心是解决问题，生物学知识的深度学习以及迁移运用过程离不开跨学科思维。要培养适应未来学习和生活的拔尖创新人才，基础教育改革过程必须重视跨学科融合教学的探索。

(二) 高中生物学跨学科教学的优势

生物学是一门自然学科，也是一门综合性学科。其基本原理的形成、核心概念的构建以及生物科技的发展，都离不开与其他学科知识的交叉融合。高中生物学教材中很多生物学知识的教学，往往需要结合其他学科的概念和原理，教师运用跨学科方式进行融合教学，既能帮助学生形成良好的知识结构，又能帮助学生形成系统的思维方式，是贯彻落实生物学核心素养“生命观念”“科学思维”的重要途径。

二、高中生物学跨学科教学的内容、方式与途径

(一) 高中生物学跨学科知识的内容类别

高中生物学教材中的跨学科知识主要涉及自然科学、人文科学等相关跨学科的知识。表1为人教版高中《生物学必修1·分子与细胞》跨学科知识统计表。

化学、物理和数学等自然学科的知识融合主要是对生物体的结构组成、生理过程、原理规律以及推理演绎等方面知识的补充，有助于学生突破学习的重难点内容，进行相关思维训练(技能掌握)。

表1 人教版高中《生物学必修1·分子与细胞》跨学科知识统计

地理、历史和语文等人文科学侧重于对生物科学史的介绍以及相关背景的引申，主要服务于教学情境的创设和相关问题的探讨。医学、航天科技和信息学等应用科学则侧重于引导学生将所学生物学知识与生活生产实践结合、迁移应用及拓展，是培养学生生物学核心素养“社会责任”的良好载体。

(二) 高中生物学跨学科的融合方式

高中生物学教材中的跨学科内容量虽然不大，但通过与教材导语、旁栏、探究素材、拓展阅读以及课后习题等相关栏目的结合，可以实现跨学科知识的融合。具体融合方式如表2所示。

(三) 高中生物学跨学科教学的实践途径

1.利用跨学科知识进行情境导入

有些跨学科内容作为新课学习的导入材料，既可以有效激发学生学习的兴趣，又可以让学生结合材料展开讨论，开始学习。例如“细胞的能量‘货币’ATP”一节中，教师以杜牧的诗句“银烛秋光冷画屏，轻罗小扇扑流萤。天阶夜色凉如水，卧看牵牛织女星”作为问题探讨的材料，进行设问：“诗中的‘流萤’指的是萤火虫，萤火虫的尾部在夜间可以发光，大家知道原理吗？”这一问题可以引导学生分析萤火虫的身体结构以及尾部发光的原理，进而深入学习本节课“ATP”的知识。这样的引导既培养了学生对传统文化的感知，又为学生进入新课的学习创设了情境。

表2 人教版高中《生物学必修1·分子与细胞》跨学科融合

2.利用跨学科知识突破教学重难点内容

有些跨学科内容属于学生学习生物学知识的基础，也是教学的重难点。例如“细胞中的元素和化合物”“细胞中的无机物”中的化学知识是学生了解细胞的基础。“蛋白质是生命活动的主要承担者”中氨基酸分子结构也是学生认识生物大分子的基础，其中氨基酸的结构特点、多肽的形成过程以及相关计算是教学的难点，需要学生具备良好的化学知识和数学知识基础。“光合作用与能量转化”中关于叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱是学生认识绿叶中的色素种类、特征以及光合作用对光吸收利用情况的基础，需要学生具备一定的物理基础。教师在进行教学时，需要提供相关跨学科的知识作为补充性知识或背景性知识，分析讲解或引导学生自主阅读了解；部分知识也可以根据学生的理解水平进行适度拓展，帮助学生突破知识难点。例如教师对蛋白质及氨基酸知识的适度拓展，有助于学生更好地理解氨基酸的结构以及通过脱水缩合形成多肽的生理过程。

3.利用跨学科知识进行拓展性学习

有些跨学科内容以教材旁栏呈现，虽然不属于教材的主体内容，但有良好的补充解释、迁移和拓展作用，能够进一步完善学生现有知识结构，有利于学生对所学知识进行理解和运用。例如“细胞中的水”一节，教材补充了水分子的化学结构，结合氢键介绍了物理学中“比热容”的内容，教师引导学生对这些内容进行拓展阅读，帮助学生系统、全面地认识水的结构与功能。“细胞器之间的分工合作”一节中，结合分泌蛋白的合成与运输，教材提供了物理“同位素标记法”的介绍。教师可引导学生了解相关知识，帮助学生理解这种技术在研究化学元素和生物分子代谢途径方面的重要作用，为学生进行物质追踪类实验设计提供有效检测手段的思路。

4.利用跨学科知识进行技能训练和迁移应用

有些跨学科知识在教材中以“思考·讨论”“探究·实践”“练习与应用”等形式呈现，旨在运用该学科的技能方法分析、理解生物学知识。例如教师引导学生结合数学的相关知识，分析蛋白质中氨基酸的数量关系，光合作用与呼吸作用在生产实践中的应用，通过计算细胞表面积与体积的比值关系，讨论“细胞为什么不能无限增大”等问题。此外，教材各章节中涉及技能训练的解读图表、解读数据、识图和作图、分析和处理数据等内容，能够加强学生的逻辑思维能力和演绎推理能力，深化学生对所学生物学知识的理解。

三、高中生物学跨学科教学的反思与建议

(一)跨学科教学的同步性问题

教师在进行跨学科知识教学时，要关注知识的同步性。例如“细胞中的元素和化合物”一节，元素和化合物的知识内容与化学教材中的“物质的分类及转化”的教学内容高度同步，两门学科联动教学有助于学生的融合理解，但在进行“细胞中的水”学习时涉及氢原子和氧原子的结构，“氨基酸的结构特点”学习涉及化学键结构，此部分内容在化学教材中安排，存在学科不同步的问题，需要教师适当进行前置性讲解，帮助学生进行学习理解。

(二)跨学科知识的取舍问题

教师在进行跨学科知识融合教学时，应注意把握相关内容的取舍，以免“喧宾夺主”或造成学生的学习困难。例如“蛋白质是生命活动的主要承担者”一节涉及氨基酸数量的计算，需要用相应的数学知识，但教师不宜分析过深、过难，以免学生把学习的重点放在计算推理而不是核心概念上。此外，对于一些涉及其他学科后期学习的相关知识，教师也不必过多、过早地进行深度讲解，建议在学生能够接受的基础上，适度、适量补充即可。

(三)跨学科教学的互补性问题

跨学科有助于学生深化对生物学知识的理解，有利于他们更好地理解其他学科相应的知识内容。因此，教师在教学中可引导学生进行反向迁移，灵活运用生物学知识辅助其他学科理解，帮助学生打破学科界限，形成整体化的知识系统，提升科学素养。

四、结论

总而言之，跨学科教学是提升学生生物学核心素养的重要抓手，教师要深入研究教材，把握学科知识结构，找准学科知识之间的结合点，并在课堂教学中融入跨学科知识，科学、合理地开展跨学科教学，实现学生知识能力与学科素养的全面提升。