初中生物学跨学科实践中应用混合式学习

梁喆?李雪云

［摘要］ 在跨学科实践中，基于新课标进行“问题性驱动—跨学科实践—混合式学习—科学型思维”的教学设计、开发与实践，以“测定食物中的能量”为例，通过模拟制作氧弹式热量计，联系物理学比热容和热值、化学燃烧条件等知识，探究生物学中食物中能量的测量。在实施过程中，注重整合主题情境开展项目探究，建构知识体系，拓宽评价范式，形成融合科学与技术的新视角，以发展学生的必备品格和关键能力。

［关键词］ 跨学科实践；混合式学习；测定食物能量；科学与技术

《义务教育生物学课程标准（2022年版）》（以下简称“新课标”）中要求“生物学与社会·跨学科实践”学习主题约占总课时数的10%，其包括模型制作、植物栽培和动物饲养、发酵食品制作三类跨学科实践活动，旨在让学生认识生物学与社会的关系，理解科学、技术、工程学、数学等学科的关系，尝试运用多学科知识和方法，通过设计和制作，解决现实问题，发展核心素养。在跨学科实践中应用混合式学习，以“线上线下”混融共生的新思路，充分发挥学生自主性和自控型学习能力。在生物学科“测定食物中的能量”活动中，通过关联物理学比热容和热值、化学燃烧条件等科学学科知识进行实验探究，整合主题情境，建构知识体系，拓宽评价范式，形成融合科学与技术的新视角，以发展学生的必备品格和关键能力。

鲁科版初中生物学七年级上册第二章“人体的营养”第一节“食物中的营养物质”的科学探究部分，要求通过实验测定食物中的能量。生物学学科要求用科学探究的方法测定食物中的能量，新课标中对本节知识的要求是“说出人体需要的主要营养物质”。教材中安排了“资料分析”和“表格填写”活动，让学生查閱资料、分析数据、调查研究，以获取知识、提高能力。针对食物中的能量，可以通过转化，将其变成水温的升高，以水吸收的热量来表征食物中的能量。

跨学科实践提倡利用不同学科知识进行现实生活的观察和问题解决，把创新实践提前到学生的学习阶段，培养学生综合性应用不同学科知识、以激发学生的自主学习与探究、解决学习生活中问题的能力。对七年级的学生来说，1 mL水每升高1℃需要吸收4.2 J能量这一问题，一般很难理解。实际上，该问题与物理学科的比热容、热值知识，化学学科的燃烧条件知识等是紧密联系的。而混合式学习是线上、线下混融共生，其包含对学习资源的整合、学习方法的适配、学习者的自主探究。混合式学习中需要根据学生的个性特点，引导学生主动选择适合自己的学习方法，实现学习力的提升。混合式教学视域下，依托网络与技术等平台，在课程标准的指导下，发挥课堂互动的重要作用，能够帮助学生构建知识体系，形成逻辑思路，发展科学思维，引导学生走向深度学习。具体来说，跨学科实践中应用混合式学习的设计与实施（如图1所示），围绕学科间的大概念整合科学知识的主题情境，运用科学思维导图的方式建构跨学科知识体系，研究中针对真实情境问题开展项目探究，注重营造智慧技术氛围以拓宽评价范式。

一、围绕学科间大概念整合主题情境

大概念反映学科本质，居于学科中心位置。以大概念整合生物学测定食物中能量主题，能够促进学生对知识本质的理解，统整大概念的科学设计有助于夯实生物学实验深度教学。美国《K-12科学教育框架》中重视整合科学与工程实践、跨学科概念和核心概念，形成七项跨学科概念。测定食物中的能量对应了生物学、物理学、化学等不同学科教材中的不同知识（如表1）。生物学教材中测定食物中的能量，所根据的是热量传递后的1 mL水每升高1℃吸收4.2 J能量，这是水的比热容知识；食物燃烧是化学知识，燃烧的必要条件——氧气充足且与空气接触面积大。从生物学知识中关联物理学和化学的知识，是跨学科整合的纽带。基于学科大概念的中心作用，统摄科学学科的知识体系，能够使教学资源更丰富。

二、运用科学思维导图建构知识体系

生物学研究从细胞到生物圈，物理学研究从物质、运动与相互作用到能量，化学研究从组成结构到转化与应用。在跨学科实践中，围绕整合的焦点将生物学、物理、化学三个学科知识进行统整，以思维导图的形式将测定食物总的能量主题的知识体系图形化，构建学生对问题的发散性思维。通过生物学的知识，运用物理学和化学知识来分析测量能量的整个探究过程，以比热容的知识分析能量的变化，从水的吸热变化推算食物中所含有的能量；以热值的知识切入，提高食物燃烧的程度，同时考虑热量散失的问题；以燃烧的定义和条件完善所需测定的食物，提高其燃烧的充分性。通过绘制的思维导图，促进学生构建系统知识结构，链接更多的跨学科知识区块，统整跨学科知识体系（如图2所示）。

三、针对真实情境问题开展项目探究

基于测定能量真实情境的项目活动的视角进行跨学科实践，对问题解决具有驱动力，对项目活动具有自主性。在测定能量的项目活动中，创新物理学中比热容知识之量热杯的使用，激发对生物学测量食物能量的思考。针对传统实验温度计易观察、数据难收集、热量散失多、数据误差大等问题，通过模拟氧弹式热量仪测定能量，寻求科学对策解决测量能量的问题，搭建测试模拟实验装置让学生真实参与，以实验装置的制作及数据的收集、分析与处理等过程，展现学生的科学探究能力。从混合式教学的视角看，该活动探究是不同学科知识的混合、不同学习方式的混合、不同平台展示的混合等，充分呈现了项目活动培育科学素养的综合维度。

查阅鲁科版教材中关于常见食物成分表，我们整理了花生和核桃这两种坚果的数据，并通过实验将相应的参数和测得的数据记录到表格中（如表2）。经过实验数据分析，提炼出以下问题：（1）食部为去掉不可食用部分后所剩的可食部分，本实验是整颗果实进行，未作食部处理，这是导致误差出现的原因之一；（2）选用的废弃后的奶粉罐制作比较简易，效果也很好，特别是认为双层结构保温效果足够，但仍存在很大热量的散失；（3）实验中对所选择的食物未进行多次测量取平均值，也会造成一定的误差；（4）实验中所选用的实物种类较少，未来课堂分组实验，可以做进一步的探索，测定更多食物的能量。

四、营造智慧技术氛围拓宽评价范式

生物学教学中，要善于捕捉与其他学科相关联的知识点，兼顾科学与合理的原则，借助技术创设符合中学生身心特点的学习情境和评价机制，以开阔其视野。S省Z市初中生物学、物理、化学的综合性评价包含纸笔考试终结性评价（45分、80分、55分）和实验技能操作评价（5分、10分、5分），最终再通过转换以等级的形式呈现结果。未来评价则需要更多地融合动手实践的参与性评价，通过实验探究和动手参与，实现综合素质评价的程序科学、精准，为师生减负提效。网络、数据和智能等技术的日趋成熟，增强了对学生评价的辅助，然而中高考的选拔性决定了区分度问题，在融合纸笔终结性评价、实验探究性评价、动手参与性评价中，建立基于学科原始分值计入权重后再加权平均的权重计分法，将更有助于呈现出学生的特长学科优势。

审视从生物学测定食物中能量关联物理学和化学知识的视角，跨学科实践有利于统整更多的学科教学资源，并且应用混合式教学，既兼顾线上与线下借助信息技术平台和网络等媒介的模式，又可以混合不同学科的共振点、不同的方法同归路，超越了单一学科范畴，有助于促进学生深度学习。

[本文系山东省教育发展研究2022年度立项微课题“Phyphox赋能科学探究实验的实践应用”（项目编号：FJ142）和山东省教育科学“十三五”规划2020年度立项课题“初中物理混合式教学生态区块链研究”（项目编号：2020ZC074）阶段性研究成果]

［参考文献］

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梁 喆   山东省淄博市淄川第二中学。

李雪云   山东省淄博市淄川第二中学，高级教师。