指向创新素养培育的高中生物学跨学科主题教学

徐春雷

摘 要：跨学科主题教学是以某学科内容为主干，进一步整合其他课程知识、方法并针对所指向的共同问题进行探讨、解决所设计的教学活动。高中生物教学中，教师应积极采用跨学科主题教学方法，帮助学生形成创新素养，其中包括创新意识和能力等。对于高中生而言的创新思维是以理解、建构并能灵活应用核心知识与概念为基础，而生物学科的核心知识及概念又涉及其他学科的知识、方法。所以，在高中生物学教学中，教师可以采用跨学科主题教学模式，这不仅能加深学生对生物知识的理解，还能让其灵活应用知识解决实际问题。针对此，本文以指向创新素养培育为背景，简要分析高中生物跨学科主题教学方法及对策。

关键词：创新素养；高中生物学；跨学科主题；教学方法

高中生物学的综合性较强，涉及了物理、化学等学科知识、方法及思想。并且生物学教学和其他学科教学也相互影响、关联，所以，生物学教师在教学过程中应注重各个学科的融合，并且需要比较各学科对生物学知识的阐述差异和相似之处，同时也需要参考其他学科对生命现象的思考和分析技巧，这样可以更深入地理解生命本质探索过程，从而提升自己的教育水平。

一、高中生物学跨学科知识梳理

（一）跨物理学科

要想提高高中生物学跨学科主题教学的质量和效率，教师应先梳理生物学的跨学科知识内容，以便更好地设计课堂教学，以防教学碎片化。高中生物学中涉及一些物理学科知识，比如“探究光合作用的放氧物质”生物实验，和物理学科的“同位素标记法”有着较大的关联，通过引导学生跨物理学科学习生物知识，学生的科学思维能得到发展、探究意识也会增强[1]。同时，生物教材中的“叶绿体中色素的分离”以及“渗透作用”等和物理学科的“扩散理论”相关，通过跨学科教学，学生的生命观念可以进一步完善。并且生物学中“生态系统的能量流动”以及“体温调节”等知识和物理学科“能量转化与守恒定律”有着较大的联系，跨学科学习可以帮助学生形成生命观念，还能发展学生的科学思维[2]。通过将生物学“体温调节”和物理学科“热力学定律”有机结合，也能让学生形成良好的平衡观。

（二）跨化学学科

高中生物学教学中，很多知识内容和化学学科知识存在密切的联系。例如：生物学中的“组成细胞的元素和化合物”和化学学科的“元素及化合物的分类、结构性质”有较大的关联，生物学教师可以将这两部分知识结合到一起开展跨学科主题教学，不仅能增强学生的生命物质观，还能起到巩固化学知识的作用，对学生生物以及化学课程的学习、发展十分有利[3]。在生物学讲解“还原糖的鉴定原理”以及“光合作用”相关知识时，教师还可将教材知识和化学学科中“氧化还原理论”相结合，这一跨学科教学能让学生理解并发展生命物质观、能量观等。教师还可基于“化学键知识”来跨学科讲解“生命物质氢键、肽键”等知识，这一过程也可增强学生的生命物质观、能量观。生物学教材中的“CO2和酒精的检测”可与化学学科“显色反应”知识有机综合，能发展学生的科学思维。

（三）跨数学学科

生物学教材中还涉及一些数学相关知识。例如：“形状分离的模拟实验”以及“用样本方法和标记重捕法调查动植物种群密度”等内容可以跨数学学科采用“统计学原理”知识，这可帮助学生形成科学思维，还能增强其探究能力。教师还可基于数学“概率理论”来讲解“遗传规律在生产、生活实践中的应用”等知识，这一学习过程能让学生发展科学思维，还能增强他们的社会责任。并且“杂合子产生配子种类及比例”和数学学科的“排列组合理论”可以相联系，有利于学生科学探究。

（四）跨语文学科

在语言学习过程中，大量的诗词都描述了生物学美景，也有众多的文学作品展示了生物学知识在日常生活中的运用。例如：莫言创作的《蛙》和高中生物学的激素知识有关[4]。曹雪芹创作的《红楼梦》涉及庞大的人物关系，借助这一知识可以帮助学生更好地理解直系和旁系三代内血亲相关内容。而除了上述跨学科知识外，还有很多学科知识和生物学可以跨学科教学，在实际教学前教师应系统剖析并梳理跨学科内容，只有教师真正理解跨学科知识，才能更好地设计教学活动，才能在跨学科主题教学中帮助学生掌握更多的知识、技能，学生的综合能力与创新素养才能不断提高。

二、高中生物学跨学科主题教学方式

（一）基于研究性学习进行课题研究

跨学科主题教学的实践性、综合性较强，而且能培养学生的自主能力、探究学习能力，尤其以解决实际问题为目标的研究性学习活动、项目学习模式等。其中，研究性学习主要是教师引导学生基于自身兴趣、爱好，从社会生活中选择研究主题，从而学习知识、应用知识解决实际问题。旨在培养学生的实践能力、创新意识，并能发展学生的科学研究精神[5]。在进行高中生物学跨学科主题教育过程中，教师经常采取此种策略来指导学生的学习。例如：当讨论“鱼菜共生系统探究”的内容时，“鱼菜共生”就是通过巧妙的生态规划，把鱼、微生物和蔬菜融为一体，构建出一种生态均衡的综合种植模式。通过此案例的跨学科主题探索式教育，可以让学生深入体验科学探索的全过程，并且可以运用各学科的知识、规律和技巧去处理问题。此举既可以提升学生的科学修养，又能够提升他们的实际操作能力和创新思维。

（二）基于真实情境进行项目化学习

项目化学习，是将跨学科的核心概念、主題等综合到一起，并设计驱动性教学问题，让学生自主学习或小组合作学习来解决项目任务[6]。通过这一过程，学生的自主学习能力以及核心素养可以大幅提高。生物学跨学科主题教学中，教师可以采用这一方式进行。通常，项目化学习涉及如下流程：（1）设计驱动性教学问题；（2）合理设计教学方案；（3）全面实施方案；（4）成果展示。在讲解生物学《细胞的代谢》相关知识时，教师可以设计“家庭湿垃圾处理”主题教学，基于真实情境组织项目化学习活动，可以有效激发学生的问题解决主动性，还可通过问题活动设计、方法指导以及成果展示等流程帮助学生完成项目任务，顺利解决实际问题，这一过程也能提高学生的知识应用能力。

三、指向创新素养培育的高中生物学跨学科主题教学对策

（一）优化教学设计，做好教学导入

高中生物学教学中，因知识复杂、抽象，很多学生缺少学习兴趣，课堂学习时也不注意听讲，导致生物成绩下降，即使遇到学习问题，也不主动寻求教师或其他学生的帮助。而学生之所以缺少学习生物的兴趣，和教师的课堂导入有着一定的联系，因为课堂导入效率低，无法调动学生的学习情绪。在此背景下，教师应结合教学内容、目标，通过跨学科主题教学导入课程新知，可以调动学生学习的兴趣与热情。

例如：在讲解“细胞的物质输入与输出”相关概念时，教师能够将其与物理领域的“传播”概念紧密结合，然后借助生物学的实践活动来增进学生的认知。例如在生物学领域，“物质是怎样进行跨膜运输”的相关知识，可以帮助学生更好地理解扩散现象并掌握其中知识。在授课期间，教师还可预先准备好实验工具，例如墨水、纯净水和水杯，并向学生阐述该实验的意图及需要研究的事物。做好这些铺垫后，教师可以带领学生进入实验环节，操作如下：在杯中倒入一半的清水，然后用滴管把墨水滴进去，并观察墨水在清水中的扩散状态[7]。在完成实验步骤之后，教师应引导学生根据扩散理论去探究自由扩散和协助扩散的根源，理解其渗透效果。同时，教师还可以利用数学模型对跨膜运输方式的影响因素进行全面的分析，并且可以画出相关的曲线图。在这一教学活动中，教师运用了诸如物理现象和数学模型等知识，不但能帮助学生学会生物知识点，还能通过跨学科教学来调动学生的学习兴趣和热情，再借助生物案例也能加深学生对跨学科主题学习的理解，也能形成良好的学科融合意识。

（二）通过跨学科主题教学突破教学的重点和难点

生物学教学中有很多重难点知识，学生在学习这些知识时容易感到吃力、困难，所以教师可以通过跨学科主题教学来突破教学的重点和难点，这种方法不但可以增强学生的生物学技巧，而且能构造出一个全面、科学的生物知识体系。鉴于高中生物课程较为特殊，许多知识点相对抽象，唯有学生具备较佳的理解能力，并有坚实的学术根底，才可能更深层次地理解、掌握知识。在此背景下，教师可将这部分知识和其他学科知识联系到一起，并以其他学科思维理解并分析生物学知识，可以有效实现知识的迁移和应用。

例如：在讲解《光合作用的原理》一课时，很多学生在刚接触这方面知识时感觉吃力、无法理解[8]。此时，教师可以利用化学学科的“氧化还原反应”来设计教学活动。从光合作用的总反应式入手，让学生了解CO2和H2O这些反应物都是不含能量的无机物，而其产物CH2O是含有能量的有机物，反应场所位于叶绿体，光能便是其驱动力。由此学生可以了解CO2转化成CH2O的本质便是CO2被还原的过程。而CO2还原又是加氢去氧以及储能的过程，需要满足两个条件，即能量、还原剂。在光反应过程中所生成的还原型辅酶Ⅱ不仅是还原剂，还带有一些能量，至于腺苷三磷酸，则有活跃的化学能。同时，在光反应阶段，物质的转变以及能量的转化都为暗反应阶段的CO2还原提供了良好条件[9]。在暗反应过程中，CO2被C5固定为C3后，有了光反应产物的供氢和供能，再通过酶的催化，CO2可被还原成储存能量的CH2O，这一还原过程所脱下的氧也会生成水，这一整个过程都体现了生物界中物质的转变以及能量转化。通过这一教学环节，原本复杂、抽象的光合作用的生理过程可以借助化学逻辑思维有效连接，不但能帮助学生深入理解重点和难点知识，还能锻炼学生的创新思维能力。

（三）基于生物实验帮助学生形成科学思维

实验是高中生物学教学的一大重点，组织生物学实验活动不仅有助于评估学生的知识掌握情况，还能加深他们的理论认知和记忆，进一步增强其动手操作能力、科学思维。在高中的学习过程中，生物学与化学的关联性相当紧密，教师可以运用化学的知识来协助学生迎接生物学的挑战。同时，通过组织化学实验，引导学生进行比较分析，也能够帮助学生认清生物学与其他学科之间的关系，并了解其中的区别。通过这一学习过程，学生可以正确认识生物学的关键作用，通过知识的对比分析也能对生物学习形成新的认知。

例如：講解“组成细胞分子”知识时，在指导学生掌握细胞的各种成分，如元素、化合物、糖分和脂质等知识后，教师可以安排学生进行实验。通过对还原性糖的检测实验，可以让学生理解化学实验与生物实验的区别。例如：化学实验主要关注对物质结构的研究，而生物实验则更多地关注对物质性质的探索。借助这种对比实验，学生不仅能够明确自己的关注点，还能确保实验的准确性和真实性。此外，教师还需要为学生提供实验设备和材料。具体实验中，学生可以研究氢氧化铜与葡萄糖在高温环境下产生的砖红色沉积，以便理解还原性糖的特性。在进行生物实验时，学生能够把2ml本尼迪特试剂添加到含有2毫升还原性糖的溶剂里，例如水果汁，然后用力搅拌使之均匀，再把它们置于烧杯内进行水浴加热，这一过程学生可以直观看到颜色的变化。同时，学生还注意到有红黄色沉淀出现，教师可以指导学生准确记录两次实验的观测结果，再让学生探讨还原性糖实验的化学和生物实验的共性和差异。借助教师实验前对生物实验和化学实验的主题阐释，学生能够明白两个实验的基本原则一致，但实验用的试剂、实验结果的描绘以及实验方法却存在差异。通过两次实验的比较，学生可以发现化学与其他学科的不同，化学学科和生物学之间的联系更为密切。而为帮助学生更好地进行跨学科学习，生物教师能够和化学教师进行有益的交流，再做好知识的融会和整顿，并将学生置于核心位置，其可最大限度地推动生物学和化学相结合的校本课程的研究。同时，这一方式既能够帮助学生运用辩证法去掌握生物和化学知识，又能增强他们的实践能力和创新精神。

结束语

总而言之，指向创新素养培育的高中生物学跨学科主题教学，不仅能帮助学生灵活迁移并应用已学的物理、化学等学科知识来理解生物学内容，还能激发学生的学习兴趣，引导学生站在其他学科角度去分析、观察并探究知识问题，再将生物学知识和其他学科知识有机结合，也能有效解决生产生活中的问题，这在很大程度上可以培养学生的创新能力和意识，学生还能形成良好的社会责任感。此外，生物学教师还需要和其他学科教师有效交流，将各学科和生物学知识有机整合，还能为学生的课题研究与项目化学习创造良好的条件。

参考文献

[1]汪会喆，蔡敬辉.基于项目式学习的高中生物学实验教学：以“调查招潮蟹的种群密度”教学为例[J].福建基础教育研究，2023（8）：124-126.

[2]贺媛钰，戴国.“细胞的物质输入和输出”主题中相异概念的探查与分析[J].生物学教学，2023，48（2）：84-86.

[3]金冬桂，杨淑萍.基于大概念的跨学科资源整合：以“光合作用”为例[J].中学生物教学，2019（10）：11-16.

[4]师瑶，董欢，赵晓燕.基于现象教学的高中生物学校本课程开发初探[J].生物学教学，2023，48（6）：71-74.

[5]黄为群.STEM教育在高中生物课堂教学中的融合[J].科学咨询，2020（3）：118.

[6]冯文静.课程思政视域下跨学科主题学习活动设计与实践：以“潘安湖湿地生态修复工程”为例[J].中学生物教学，2023（22）：11-14.

[7]王瑞，刘清锋.人教版高中生物学教材跨学科教学内容分析及教育启示：基于NVivo的质性研究[J].生物学教学，2021，46（11）：18-21.

[8]苏科庚.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[J].课程教学研究，2022（11）：73-76.

[9]周欣欣.基于高中生物学核心素养的跨学科教学例析[J].新课程研究（上旬），2018（10）：35-36.