高中生物跨学科教学的实践研究

张晓云

【摘要】《普通高中生物课程标准（2017版2021修订）》（以下简称“新课标”）明确指出，高中生物学科教学要以发展学生的核心素养为宗旨。核心素养的发展不是光靠几节课就可以形成的，而是一个循序渐进、长期培养的过程，需要跨课时、跨学科来实现。目前，我国占主流的是分科教学体系，分科教学虽然能较大程度地促进学生对学科内知识的理解和掌握，但它忽略了不同学科间知识点的相互联系，容易让学生对事物的产生片面化认识;在学生形成整体的知识体系，以及培养综合素质和能力上都存在一定的制约。跨学科教学刚好可以弥补这些缺陷。本文以DNA的结构为例，对跨学科教学进行了一些尝试。

【关键词】高中生物;跨学科; DNA结构

教学策略：学生按照不同学科分成四组，收集并展示资料，教师汇总并总结。

物理组学生收集资料如下：从物理结构上看，生物体中的DNA绝大多数都是以双链的形式存在，两条反向平行的脱氧核苷酸链彼此交织在一起形成双螺旋结构。脱氧核糖与含氮碱基形成脱氧核苷，脱氧核苷与磷酸基团结合成为脱氧核苷酸，脱氧核苷酸就是DNA的基本单位。DNA的每条脱氧核苷酸长链，都是由可与相邻核苷酸共价键结合的侧链骨架和含氮碱基组成，而两条链上的含氮碱基通过氢键相连成碱基对。两条脱氧核苷酸链沿着中心轴以相反方向平行排列，像一座旋转楼梯，两侧是糖一磷酸交替结合的支架，而碱基就是台阶。DNA的双螺旋结构都是右旋螺旋，不同磷酸盐基团之间的凹槽仍然暴露在外。而凹槽的不同宽度决定了不同碱基与蛋白质（如解旋酶、转录因子等）的可接触性。沃森和克里克发表在《Nature》上的那篇文章里面手绘的DNA双螺旋结构属于物理模型。

化学组学生收集资料如下：从化学成分上分析，DNA的中文名叫做脱氧核糖核酸，它的基本单位是脱氧核苷酸。每分子脱氧核苷酸包含一分子脱氧核糖、一分子磷酸和一分子含氮碱基。含氮碱基有四种：A、T、G、C，所以组成DNA的核苷酸有四种：腺嘌呤脱氧核苷酸、胸腺嘧啶脱氧核苷酸、鸟嘌呤脱氧核苷酸和胞嘧啶脱氧核苷酸。组成脱氧核糖核酸的糖类分子为环状的2-脱氧核糖，属于单糖中的五碳糖，是一种还原糖，可与斐林试剂反应形成砖红色沉淀。DNA外侧的骨架是由磷酸和脱氧糖类交替连接而成，绝大多数磷酸基团与两个氧原子相连（每条链只有一个游离的磷酸基团），分别与脱氧核糖的3号位和5号位的碳原子相连接，进而形成磷酸二酯键。由于两侧共价键的位置不对称，所以每一条脱氧核苷酸长链都有方向性。每条链上游离的磷酸基团的那一侧的末端称为5'端，另一边称为3'端。DNA和RNA最主要的差异之一，在于组成的五碳糖不同，组成DNA的为脱氧核糖，组成RNA的是核糖。

数学组学生收集资料如下：在DNA双螺旋结构中，碱基A和碱基T配对，它们之间由两个氢键连接;碱基G和碱基C配对，它们之间由三个氢键连接。在数学计算中，A和T的数量相等，C和G的数量相等，氢键的数目根据不同碱基对的数目来计算，C-G碱基对的数量越多，氢键就越多，DNA的结构就越稳定。

艺术组学生收集资料如下：《伏羲女娲图》是唐代一位佚名作者所画（公元618-907年）用绢本设色而成的，描绘的是伏羲女娲相拥交媾的景象，表现了中国古代神话传说中的人类始祖的形象以及未知的宗教含义。图中伏羲女娲相交的尾部呈双螺旋型，与DNA的双螺旋结构完美“撞脸”，更体现了科学之美、艺术之美。

教师总结：教师在黑板上画出DNA的平面结构和立体结构，总结DNA的结构特点。

在本节课中，学生的热情高涨，参与度极高，对知识点的掌握情况也比传统教学的效果好。这说明跨学科教学有较大的意义，具体体现在：1. 跨学科教学有利于提高学生积极性和学习热情。提高课堂教学效率。高中阶段不同学科间的某些知识点存在密切联系，部分内容对于学生来说属于已有的知识经验。通过已有的知识经验进行授课，可引起学生共鸣，提高学习兴趣和学习积极性，从而让学生更愿意参与课堂，更容易突破重点难点，进而提高课堂的教学效率。2. 跨学科教学有利于提高学生融会贯通的能力。同一知识涉及不同学科的內容，不仅能开阔学生的知识视野，帮助学生从不同角度分析问题，更能激发学生发散性思维，让学生将不同学科的知识联系起来，形成一个有机的整体，提高知识迁移和融会贯通的能力。3. 跨学科教学有利于提高授课教师的综合能力。目前各学科教师基本上都是处于“各司其职”的状态——扎实掌握本学科专业知识，但对其他学科知识欠缺了解。教师如果想要进行跨学科教学，就必须既掌握本专业知识，又熟知其他学科的知识，而且具备把不同学科的知识融会贯通起来的能力。因此，实行跨学科教学既能拓宽了教师的知识面，也能提升教师的素质和综合能力。

【参考文献】

[1]刘恩山，刘晟. 核心素养作引领，注重实践少而精：《普通高中生物学课程标准》修订思路与特色[J].生物学通报，2017，52（8）：8-11

（特约编辑：罗良英）