基于跨学科实践的初中生物学教学设计与实施——以“探究鱼类适应水中生活的特征”为例

邢菊芳

(西安交通大学苏州附属初级中学 江苏苏州 215021)

2022 年,教育部颁布了义务教育各学科的课程标准,首次提出了跨学科主题学习,并明确规定每学科跨学科主题学习的课时约占总课时的10%,这充分体现了课程综合和课程协同育人的教育理念。 其中《义务教育生物学课程标准(2022 年版)》(以下简称《课程标准》)提出了“教学过程重实践”这一课程理念,实践就包括了实验、探究和跨学科实践活动,跨学科实践作为实践的一部分,在初中生物学教学中有着极其重要的作用。

1 基于跨学科实践的初中生物学教学的设计与实施

跨学科实践作为初中生物学的课程内容之一,它的实施是为了达成培养学生核心素养的课程目标。因此,教师需要基于学生核心素养的提升,从学习主题的确定、学习目标的制定、学习任务的安排和学习评价的确立等环节精心设计并有效开展教学。

1.1 确定实践主题

通过对跨学科主题的大概念分析得出,发现真情境、跨学科和问题解决是跨学科实践的关键词。 因此,教师在选择主题时一般要考虑以下几点:①选择具有跨学科内容的主题,这是进行跨学科实践的基础。 ②选择来源于真实生活情境的问题,这是开展跨学科实践的方式。 ③选择具有问题解决的主题,这是跨学科实践的主任务。 苏科版教材《生物学·七年级·下册》第十章第一节“水中的动物”中,围绕“鱼类如何适应水中生活”这一问题展开探究,涉及到生物学、物理和化学学科的内容,见表1。 同时,由于学生对于鲜活的生命有着极大的探究欲望,因此,本节内容是开展跨学科实践的良好素材。

表1 探究鱼类适应水中生活的跨学科内容表

1.2 明晰学习目标

跨学科实践活动的总目标是提升学生核心素养,在每个跨学科实践活动中,教师可以结合本学习主题,制定本实践核心素养培养的侧重点。 经过对教材与《课程标准》的研究,本主题的学习目标制定如下:①通过观察与分析鱼鳃的结构和探究鱼类适应水中生活的特征形成结构与功能相适应的生命观念。②通过实验结果的分析和模拟实验的开展等活动提升科学思维。 ③通过实验和模型制作等活动提升探究实践的能力。

1.3 提出评价要求

《课程标准》的评价建议中指出,教师应通过跨学科实践活动评价学生核心素养的发展,着力考查学生的工程思维能力、批判性思维能力、创新意识和综合运用多学科的知识与技能解决实际问题的能力。 教师根据本实践主题,对《课程标准》的建议进行细化,制定了以下评价要求:①通过观察生物学现象提出问题的能力。 ②根据问题设计与改进实验方案的能力。③小组进行实验的操作能力、模型制作和展示能力以及运用关联学科知识解决问题的能力。

1.4 安排学习任务

安排学习任务是跨学科实践活动开展的重要步骤,在此环节,教师将本实践的主题任务分解成多个任务,并将活动纳入到学习环节和流程中,如图1 所示。 教师在实施过程中有序地开展和推进教学,帮助学生实现跨学科实践的深度学习。

1.5 展开学习过程

在初中生物学课堂中,探究鲫鱼运动和感知器官是常规活动,除此以外,教师还展开了多个跨学科内容的实践活动。

在活动一观察鲫鱼的外形方面,教师设计了探究鲫鱼体形的作用的环节。 学生用线的一端固定相同质量但形态不同的胡萝卜条,线的另一端挂上相同质量的砝码,将胡萝卜条放于水槽中,将砝码放于水槽外,学生捏住胡萝卜条并同时放手,观察其在水中运动的速度(图2)。 通过实验,学生直观地感受到鲫鱼体形有利于其在水中的运动,同时,学生运用物理学中阻力的影响因素原理加以解释,实现学科的融合。

图2 探究不同体形物体在水中所受阻力的实验装置图

在活动二研究鲫鱼如何实现沉浮时,学生用自制的鲫鱼模型(图3)来完成,模型中的透明热水袋模拟鱼体,石头模拟内脏器官,气球模拟鱼鳔,模拟鱼悬浮在水中时,学生用打气筒向鱼鳔内注入气体,观察到鱼体上浮;放出鱼鳔内气体,则鱼体下沉。 学生结合物理中的阿基米德原理,即物体在水中排开液体的体积越大,所受浮力越大,解释了鱼类实现浮沉的原理。

图3 自制鲫鱼模型

在活动三探究鲫鱼如何呼吸中,由于鳃中水流的气体变化微观不可见,因此,学生并不能真正理解鳃的功能,这是本主题的难点。 于是,教师让学生通过观察感知鱼口与鳃开闭的现象分析与提出水流通过鳃部的顺序、鳃如何进行呼吸等问题,再让学生通过设计与实施实验等方式解决问题,最后要求学生制作模型,提升学生的探究实践能力(图4)。 在整个活动中,学生通过多次观察—质疑—实验验证的循环,结合物理中气体的扩散原理,自主揭秘鲫鱼的呼吸,最后运用生物学、物理和工程学知识,以及结构与功能的跨学科概念,选择合适的材料完成模型制作。

图4 探究鲫鱼呼吸活动的流程图

课后,学生通过请教化学老师和查阅资料的方式掌握了碘量法或氧气传感器测定水中含氧量的方法,并对不同的水体进行了含氧量的测定。 学生借助化学实验深入理解环境对鱼类生活的影响,并尝试寻找使水体增氧的方法。

1.6 渗透评价小结

评价是对学生学习和教师教学过程与质量的有效监控,是影响跨学科实践开展的重要因素。 与传统教学的评价不同,跨学科实践的评价要兼顾对学生的过程性表现和作品的评价,一般没有固定的模式,具有开放性和多元性。 在本实践活动中,学生综合运用多知识和技能完成的模型是评价重点,学生与教师从科学性、完整性和有效性三方面对各组的作品进行评价,见表2。 同时,整个实践活动也渗透着对学生实验设计能力、操作能力和小组交流合作能力等的评价。

表2 模型制作评价表

2 基于跨学科实践的初中生物学教学反思

跨学科实践是教与学的一种新方式,是《课程标准》中的亮点,但由于其在实践过程中自由度大、教师缺乏足够的跨学科实践能力等因素,因此,其也是《课程标准》实施中的难点。

2.1 研读各科《课程标准》,寻找跨学科实践的主题

选择什么样的内容作为跨学科实践的主题,这是许多教师的困惑。 根据《课程标准》要求,从课时安排来看,初一和初二生物学科每学期分别约有6 和4 课时来开展跨学科实践,因此,在进行新课教学时,教师可以有意识地用跨学科实践的框架加以设计或指导。本案例中,教师从生物学的重要概念入手,横向分析生物学与其他学科间的交叉渗透内容,在新课中开展了适合于课堂的跨学科实践活动。 教师也可以研读各学科《课程标准》,寻找生物学学习主题与其他学科的联系,如生物学《课程标准》中“植物的多样性”学习主题下的藻类植物与化学《课程标准》中跨学科实践“海洋资源的综合利用”的关联,“人体生理与健康”主题下“眼的结构与科学用眼”与物理的“用可变焦距的眼睛模型,演示并说明近视眼、近视眼看不清物体的原因”的关联,“生物与环境”主题下的“人类与生态环境的关系”与艺术的“营造环境”的关联,等等。 教师可以将这类密切相关的内容整合,进行创新性的跨学科实践设计与实施。

2.2 联动其他教师,增加跨学科知识的理解

初中生物学教师跨学科实践能力的欠缺还表现在对跨学科知识的理解不足,因此,教师在开展跨学科实践活动时,需要与其他学科教师合作,解决自己与学生在其他学科知识方面的困惑,才能更好地完成学科间的融合和实践。 例如,在制作鱼鳔模型的过程中,教师首次用矿泉水瓶和气球模拟了鲫鱼的鱼体和鳔,结果发现向鳔内充入气体后,鱼体在水中的位置基本不变,教师请教物理教师后得知:矿泉水瓶体积不变,浮力也不变。 于是,教师寻找了可变形的透明热水袋代替矿泉水瓶,并画上黑线指示水面位置,充气和放气后可以清晰地看到现象。 而漂浮在水面的鲫鱼模型与鲫鱼悬浮在水中的真实情况又不符合,教师通过向热水袋内装入适量的石块解决了该问题。在物理教师的帮助下,教师通过一次次的修改,使模型更加科学。

2.3 转变评价理念,提升跨学科评价的效度

生物学《课程标准》指出跨学科实践关注的是学生素养的发展,而素养又无法进行量化,这给跨学科实践的评价带来了一定的难度。 因此,教师需要转变传统的评价理念,按照《课程标准》要求坚持以过程性评价为主,关注学生的学习过程,从方案设计、动手操作、物化成果和项目报告等方面入手,设计方案评比、操作能手和模型展示等多元评价形式来进行,同时采用学生自评、学生互评和教师评价的方式,多维度地评价学生在跨学科实践过程中核心素养的发展。 考虑到课堂中教师无法关注到每一位学生,教师可以以个人或小组为单位,将过程性行为细化并设计记录表。 例如,教师可以从设计实验方案的科学性、可行性、便捷性,操作的规范性、有效性和材料的处理等方面记录并赋分,一方面帮助学生进行反思和改进,另一方面可以全面了解每一位学生的表现与发展,用评价促进更好的学与教。

总之,基于跨学科实践的课堂教学设计使学生的学习有了更多的主动性,使生物学课堂有了更多的综合性和延展性,是发挥学科育人价值的重要方式。 但是,跨学科实践活动的开展对教师来说也是一项挑战,从选题到设计再到开展的过程是一个从无到有的过程,教师需要转变理念,在研究中实践,在实践中反思,在反思中进步。