在研究性学习中培养学生的跨学科素养

马育国

传统的分科学习中，语数外等各门学科知识条块分割，互不干涉。学生各学科的知识体系也相对独立，缺少系统的融合互通，影响学生对问题的综合思考和协调处理。跨学科学习不仅是针对某个学科的改革，它更是一个切入点，会对教育领域的综合改革起“牵一发而动全身”的作用，会促进人才培养模式的创新和课程的改革，并对基础教育、高等教育、继续教育等领域都会产生系统性影响。

因此，加强跨学科学习，提高教师跨学科教学水平，是适应经济社会新常态对人才培养诉求的重大要求。它对于实现我国建设创新型国家和推进制造业强国都具有非常重要的意义，不能仅仅把跨学科学习作为教育内部的一种理念和方法，而必须站在为国家建设培养创新人才的高度来看问题，从产业发展、人才需求、人才培养的角度统筹考虑，整合全社会的资源推动跨学科学习的发展。

跨学科学习还可以起到打破这种各学科之间“鸡犬之声相闻，老死不相往来”的现状，让学生能综合运用各学科知识，举一反三地解决遇到的实际问题。这对增强学生的创新能力，促进学生的全面发展，都具有极为重要的意义。生物教师在指导学生研究性学习时，我们可以让生物实验设计的实践与研究性学习进行有效的结合，在研究性学习中实践实验设计和操作，提高学生研究性学习的水平和生物实验素养，创建跨学科之间融洽、和谐关系。通过自己的实践，有以下的一些收获。

一、选题要与时俱进

新课改下的生物教材呈現了更多的实验和探究性课题，教师不仅要引领学生依据教材实验原理、方法，完成实验的操作流程，培养学生的动手实践能力。还可以对实验中遇到的问题进一步作为课题来进行深层次的、扩展性研究，进行实验设计。同时，由于生物科学与人类的生活、健康、环境和工农业生产等有着密切的关系，所以生物学科就在跨学科研究中起到了非常重要的支撑作用，在指导学生选题时素材广泛、内容丰富。同时要避免出现进入新的误区，高中阶段我们指导学生选题时要做好学生的舵手，不能单纯的随部分学生的趣味性选题，我们可以科学原理和基本技能为基石，以学生的追求为动力，以年度诺奖、国家科技进步奖等大奖等信息作为研究的指引，以培养学生的跨学科研究能力为最终目标。这就要求我们在给学生提供研究性课题的选材时要把握时代的潮流，要源于教材，进入生活、服务社会的选择课题。

例如高中生物教材选择性必修二中种群数量特征中有样方法调查植物种群密度的实验。在跨学科的研究性学习中，我们不应很平淡，介绍实验原理、实验的材料、步骤等等，并提供一个打印好的草地是植物的图片，让学生们在纸片上做一个模拟的实验过程，最后大家都很轻松的得出了种群的密度，看起来学习的效果非常的完美。这样的纸头上的实验在学生的印象中是非常浅浅的。我给学生提供了《学校植物园内荠菜种群密度的调查研究》这样的一个课题，在这个课题中，我们不是单纯的做一个实地的调查密度，而是开展了跨学科的研究性学习。首先学生查找资料来认识这种植物的形态结构，了解它的生活史。然后准备实验的材料，动手制作简单的样方标尺，同学们分组合作明确每个人的具体分工，有人确定样方，有人收集样方，有人统计整理数据，有人发言。随后带领同学们来到学校的植物园进行现场的取样调查。同学们兴高采烈地的进行课外调查实践，顺利地完成了对荠菜的种群数量的调查研究。同学们把收集的荠菜清洗干净，和准备好的其他食材一起，动手包起来美味的荠菜馄饨，大家吃的不亦乐乎，圆满地完成了跨学科下研究性学习任务。

有些精力充沛的同学还采集了多种其他植物标本，对于这些课题以外的活动我并没有简单的给予制止，而是引导同学们拓展了研究内容。我请同学们查找资料来认识这些植物，了解这些植物的直接价值、间接价值和潜在价值。有同学通过调查发现了自己手里的植物竟然是大名鼎鼎的加拿大一枝黄花，我就请他给大家介绍这种植物对我们环境造成的巨大危害：加拿大一枝黄花原产于北美洲，主要通过地下根茎和种子两种途径进行传播。1935年作为观赏植物引入中国，是外来生物。引种后逸生成杂草，并且是恶性杂草。在放任其生长后，“黄花开处百花残”。加拿大一枝黄花破坏性主要表现为抑制入侵地其它植物生长，与周围植物争阳光、争肥料，能分泌一种物质抑制其它植物生长，破坏生态系统，对农田形成较大危害。据上海植物专家统计，近几十年来，加拿大一枝黄花已导致30多种乡土植物物种消亡。故把加拿大一枝黄花称为生态杀手、霸王花。

同学们纷纷表示，如果看见这种植物就一定要斩草除根、彻底的清除干净！这样我们的研究性课题就从生物学科跨到了社会学科，全面的培养了学生的综合性的思维素养。如何来干净彻底的清除加拿大一枝黄花呢？这样的问题对同学们来说就是一个跨学科的综合能力的考验，经过大家的热烈讨论，最后总结了以下的清除方法：1.焚烧。将其花穗剪去，将地上部分和块状茎拔出，之后将这些尽快集中焚烧干净，防止种子、根状茎和拔出部分的传播扩散。2.药剂防治。在加拿大一枝黄花的出苗季节和开花前后，利用药剂对植株进行防治，防治的药剂主要是有：用“草甘磷”和“一把火”在开花以前混合喷洒;利用草甘磷和洗衣粉5：1的比例混合在其幼苗期进行防治;也可使用其它灭生性除草剂进行防治。3.加强绿地农田管理，深翻土壤，研究发现，种子上覆盖10厘米的厚土就会无法萌发。

二、设计方案要进行头脑风暴，开拓学生的创新维能力

为了提升学生的实验设计能力和实际的操作能力，老师先给出三项基本原则：一是要有科学性，要遵循对照原则和单因子变量原则等实验原则;二是要求合理性和易操作性;三是发挥个人的主观能动性与小组内的分工合作精神相结合。随后请学生自主分组，开始方案的设计。学生们通过自己的头脑风暴提出各自的方案，经过相互思想的交流互动，最后确定小组的研究方案。接着选择比较典型的几个方案来进行实验，通过真实的实验操作，观察现象，最后选出最佳的实验设计方案。

例如在新教材高中生物必修一中，《生物组织中的还原糖、脂肪和蛋白质的鉴定》是非常基础的实验，我们尝试把这个实验和生活社会联系起来，开展跨学科的素养培养。首先是探究检测还原性糖的的方法有哪些？经过资料查阅，发现有三类方法：1、课本介绍的斐林试剂：斐林试剂由质量浓度为每毫升0.1g的氢氧化钠溶液和质量浓度为每毫升0.05g的硫酸铜溶液配制而成，二者混合后，立即生成淡蓝色的氢氧化铜沉淀。氢氧化铜与加入的葡萄糖在加热的条件下，能够生成砖红色的氧化铜沉淀，而葡萄糖本身则氧化成葡萄糖酸;2、利用班氏试剂：班氏试剂由硫酸铜溶液、柠檬酸钠和碳酸溶液配制而成。将三者混合，边加边搅，如有沉淀可过滤。实验原理与斐林试剂相似，所不同的是班氏试剂可长期使用;3、利用银氨溶液：银氨溶液是在百分之二的氮氧化银溶液中逐滴滴入还原性糖，会出现银镜反应现象。以上的方法请同学们自己分组，讨论制定实验的步骤和流程，开展小组实验，观察和分析实验的现象得出相应的实验结论，最后再做小组间的交流展示。通过这样的一系列的活动，使得同学们的跨学科素养得到了很大的提升。

同学们还在此基础上开发出了《探究自己膳食结构是否合理的研究》。他们根据生物学的基础知识，设计实验来检测自己膳食是否合理。这样的研究目标是非常的有吸引力的，非常的接地气的，也是非常辛苦的，需要学生查找大量的数据。例如健康的人每天需要摄入的蛋白质、糖类和脂肪的量，如何具体的检测各项营养成分尤其是定量的检测等等项目。虽然工作量很大，但是每个同学都是热情高涨，积极地完成了实验设计方案，而且不同的同学选择鉴定的食物也是五花八门，小组再进行讨论评价，选出一些优秀的方案。老师建议学生对他们的材料给予归类，不同小组做不同类型是食物中营养成分的鉴定，而且对原料中营养和最终端上餐桌的美食中营养进去对照，最后是各个小组交流汇报。通过这个跨学科的研究性学习，学生发现生活中一些快餐类食物油炸过后糖类和蛋白质的营养含量降低了，而油脂的含量升高了，营养成分相应的降低了;另一方面，学生的实践操作能力得到了积极的提升。好多同学表示以后要选择更加健康的饮食习惯。总之，学生的综合素养在跨学科研究性学习中得到了全面的发展。

三、实践是检验成果的唯一标准

“实践是检验真理的唯一标准”。在跨学科的研究性学习的过程中，我们不是对教材中的科学实验做一个简单的重复！我们鼓励学生开展头脑思维风暴，吐露自己的求知欲。在很多时候，我们对实验过程的一些疑惑进行深度的探究，带着自己的疑惑去仔细的观察现象，深刻感悟优化实验设计的内在缘由。例如在还原糖的鉴定中需要新鲜配制的斐林试剂，水浴60℃加热，有同学就水浴加热需要的温度展开了调查研究，他设置了50℃、60℃、70℃、80℃、90℃和沸水浴的温度梯度。结果发现，50℃需要80分钟才能看见砖红色沉淀，温度越高，出现砖红色沉淀的时间就越短。这个发现，可以优化实验的设计，在加入新鲜配制的1ml斐林试剂后，震荡后在烧杯中加入一定量的开水，观察现象，可以缩短实验的时间，提高实验的效率。

关于酶的实验探究课本上前前后后涉及4个实验，這足以说明其的重要性！他们依次是：探究过氧化氢在不同条件下的反应，探究淀粉酶的专一性，酶需要适宜的pH值和温度。4个实验中出现了淀粉酶和过氧化氢酶。我们的同学围绕这个酶开展了一系列的实验设计，在设计实验讨论后，实践了各项基本的实验操作时，通过对现象的分析也得出了科学的结论，整个实验不仅培养了他们科学思维能力还提高了科学实践水平。有同学突发奇想：在探究酶需要适宜的温度时，是以淀粉作为底物的，而探究酶需要适宜的pH值时，又是以过氧化氢作为底物。那么，能不能只用一种底物来探究温度和pH值对酶活性的影响呢？这样做，岂不是可以简化实验的器材配制，提高实验的效率？对于学生的头脑风暴我没有直接的给出结论，而是鼓励他们形成团队，自己设计实验来验证自己的思想。于是，这些同学结合自身的物理、化学知识开展了跨学科的实验探究。经过精心的准备，反复的实验操作，他们最终发现了当初的设想是有偏差的：由于过氧化氢高温下会分解，所以不适宜用来探究温度对酶活性的影响，而淀粉会被强酸水解生成还原性糖，所以不能用淀粉的水解来探究酶需要适宜的pH值。在过酸的条件下，尽管淀粉酶已经失活，但是强酸下淀粉会被催化生成还原性糖。实验出真知！我们的跨学科研究在模仿-实践-探究-改进-再实践的道路上奋勇前进！

总之，我们认为，在跨学科思想指导下的研究性学习不仅提高了学生的操作技能素养，培养了学生的实验设计的创新能力，增强了学科之间的综合应用能力;同时也对学生个人社会发展观提供了广阔的思路！