初中生物学跨学科实践主题教学策略研究

朱晓燕 高 勍

（1.福建省南平市教师进修学院 福建南平 354299）

（2.南京师范大学生命科学学院 江苏南京 210023）

《义务教育生物学课程标准（2022年版）》（以下简称《课程标准》）提出“教学过程重实践”的课程理念。基于生物学科着力发展的学生核心素养培养要求的“探究实践”，是“解决真实情境中的问题或完成实践项目的能力和品格”，实践探究活动包括科学探究和跨学科实践。《课程标准》中设立了“生物学与社会·跨学科实践”学习主题，将科学与工程实践、跨学科概念、学科核心概念融合为整体，旨在引导学生建立知识与知识、知识与真实世界的联系，引导学生进行知识整合与迁移，并通过真实情境下的实践性问题解决，达成知识的再创造与再建构。

以跨学科主题实践为载体，通过学生完成实践活动的认知过程，引导学生亲历科学家解决真实世界问题的工作过程，培养科学探究能力，并以学科核心概念为中心，促进知识的联系与融合，实现素养提升。

1 跨学科实践对当前生物学学习的意义

跨学科实践强调学生主动参与，在实践活动亲历中，加深对生物学概念的理解，提升应用知识解决与分析问题的能力。基于生活场景的跨学科实践不仅帮助学生获得对生活有用的知识、技能，还训练学生思考的方法，通过分析、推断、论证等，帮助学生做决策，让他们体验知识的学以致用，讨论与研究社会生活和生产实践中的问题，促进学生科学价值观的形成，使学生在进行决策时，不是仅凭经验或是直觉，而是有科学的理论支撑，培养他们的社会责任感，以提升公民素养。

针对以往中学生物教学中存在的知识零散化、碎片化、机械化，以及探究活动的程序化、浅表化现象，跨学科实践主题强调生物学与社会的关系，整合科学知识、工程技术、数学、包括文学艺术等多个领域的知识与方法，使学生的学习不再局限于琐碎的生物学事实或现象的记忆，或是学科专有名词与术语的简单堆砌，以及游离于具体应用场景的单纯的学科技能训练，或者只是满足于虚拟情境的专门为了解题方法的重复训练，而是在一个复杂的真实情境下，通过对问题的真实解决，达成对知识的深度理解，创造知识新意义的过程。

2 跨学科实践的主要特征

作为科学实践重要内容的跨学科实践，意在强调学生的科学探究应是一种与科学家所从事的科学研究相似的实践活动，它包括科学问题解释和工程学实践两方面的内容，是基于学科核心知识的，学生主动参与的探究学习。跨学科实践不仅促进学生深度理解知识，建构知识体系，并使学生学以致用，增进交流与合作，进一步建立有意义的知识，帮助学生正确认识科学本质。

2.1 跨学科实践指向真实情境下的问题解决

跨学科实践主题不再是课堂中只是为了答题而设置的理想化的虚拟情境，而是基于生活或生产实践的真实问题。学习的终极目标不是为了应对考试，而是将应用于生活中的思考分析及问题解决。学生在生活中可能遇到的问题是课堂学习实例无法穷尽的，往往也是超出学生的学习范围的，单个学科的零散知识或是单一的学科概念无法实现新问题解决。真实问题的解决需要帮助学生建立知识间联系，建构自己的思维体系与价值取向。在真实实践情境中，学生将基于原有的知识基础，将各个概念与原理建立联系，借鉴已掌握的科学研究方法与技能，进行迁移与拓展，并运用知识的综合理解力去解决那些从未遇到的新问题，而不是让时间和精力为大量的生物学事实或者现象所累，让教学陷入海量的琐碎的知识记忆。

2.2 跨学科实践需要跨学科知识的整合

跨学科实践以生物学科核心概念为中心，可能需要对涉及的不同学科知识进行汇总与整理，达成科学知识的结构化，促成理论知识转化为对生活问题的分析。事实上，科学的各个领域界线很难绝对分离的界定，存在交叉的融合，科学各领域的学习是相联系的，存在共同规律，而解决问题所涉及的学科知识也是多领域的，如环境保护问题，需要涉及生物学、物理、化学和地理学等多个领域的知识。

2.3 跨学科实践基于合作交流

科学的进步建立于合作与交流，交流与共享，传承与发展是科学研究非常重要的研究态度。跨学科实践项目涉及范围可能相对宽泛，新的问题解决并没有一个预定的标准答案，学习是基于问题解决的知识重构与再创造过程。在这个过程中，学生往往需要进行小组合作，讨论与交流，创造性地重新定义情境，分析各种方法的合理性，引发知识的整合、迁移。同时，教师需要问一些引导性问题来帮助学生，推进学生的学习。教师的提问不仅要求学生告知、解释、列举、确认等，更应该就研究实践提一些导向分析、比较、想像、创造、论证或评价的问题。教师引导学生分析问题情境，思考解决问题的策略，引发思考与讨论交流。学生在学习的过程中，学会表达，学会论证，也学会学习，探究的结果的多样化表达，进一步发展了学生的综合理解能力。

3 初中生物教学中跨学科实践案例设计

《课程标准》主题七“生物学与社会·跨学科实践”学习主题，主要内容包括“概念9真实情境中的问题解决，通常需要综合运用科学、技术、工程学和数学等学科的概念、方法和思想，设计方案并付诸实施，以寻求科学问题的答案或制造相关产品”。以“跨学科活动（3）设计并制作能较长时间维持平衡生态瓶”为例，进行科学实践教学设计，为义务教育阶段实践探究素养发展，为初中生物学跨学科主题学习教学提供实践参考。

3.1 基于真实问题解决的需求，确定跨学科实践学习目标

教师要引导学生基于生活需求产生的疑惑，梳理学科核心概念与跨学科概念，进行信息整理与重构。“设计并制作能较长时间维持平衡生态瓶”要求学生“根据水生生态系统组成，以及‘尺度、比例和数量’‘稳定与变化’‘系统与模型’等跨学科概念，利用生活中简单易得的透明材料制作装置，装入水、塘泥和不同的水生生物，制作能够维持较长时间的生态瓶。”

首先，教师引导学生回顾实践探究活动所需要的学科核心概念和跨学科概念，基于这一主题进行知识的梳理，回顾已掌握的知识。学科核心概念包括概念3“生物与环境相互依赖、相互影响，形成多种多样的生态系统”的主要内容，涉及概念2中包含不同类群的生物具有适应其生活方式和环境的主要特征，概念4中光合作用、呼吸作用及碳氧平衡等内容，还衔接高中学习的物质与能量观、平衡与稳态观、系统观等生命观念。跨学科概念包括数感和量感，学生在真实情境中对于数量关系及运算结果具备直观感悟，对事物的可测量属性及大小关系具备直观感知，会针对真实情境选择合适的工具，进行换算，感知度量工具和方法可能引起误差，能合理得到或估计度量的结果等。另外，跨学科概念还包括数学学科的空间观念、模型观念、数据意识等，化学与资源、能源、材料、环境、健康化学概念，及能量守恒定律、平衡等物理核心概念。

教师要提出驱动性问题。例如，什么材质、形状和大小的容器适合制作水生生态瓶？要选取哪些生物种类和数量放入生态瓶？有哪些因素会影响生态瓶中各种生物的生存？制订怎样的方案才能让生态瓶中的各种生物存活时间更长？……

教师根据学生已掌握的研究方法进行迁移，明确解决问题需要进一步学习的知识或是技能，制定活动目标为：尝试从结构与功能相适应的角度，选择材质和大小适合的容器，根据生态系统结构组成、生态系统与环境因素的关系，选取不同种类的生物放入生态瓶；用图示绘制生态系统各生物营养成分和能量流动关系；分析影响生态瓶中生物生存的影响因素；推测计算各种成分的数量比例以保证生态瓶中生物存活时间更长；展示制作的生态瓶，并建构生态系统不同生物间关系彼此影响的数学模型；认同生态系统与非生物环境是一个统一的整体，生态系统具备一定的自我调节能力；关注环境保护问题，讨论生态环境中各组成成分彼此间的关系，讨论人类活动对生态环境可能造成的影响，初步形成可持续发展的生态意识。

3.2 设计完善实践方案，小组合作实施探究

在活动目标的指引下，教师引导学生讨论实践探究方案，并梳理学生在这一主题下提出的问题。例如，怎样估算生态瓶的大小；选取哪些生物放入生态瓶？各种生物种类与数量设置的理由？生态瓶中要设置怎样的环境条件？探究环境因素对生态瓶中生物生存的影响时以什么为观测指标，怎样记录观察结果？……

教师帮助学生将描述性问题“影响生态平衡的因素有哪些？”转到可探究的因果性问题，如“不同养殖密度对虾生长的影响”“残饵、粪便对养殖水质影响的模拟试验”“温度对鱼类生存的影响”等，并就研究主题讨论形成研究的初步方案。例如，“不同养殖密度对虾生长的影响”，以不同的养殖密度为变量，测定虾存活率、体重增长度、体长增长率等，需要控制的无关变量包括实验中选取生理状态、体重、体长一致的幼虾进行分组实验，保持虾数量、生活环境一致。在研究的过程中，可能会遇到新的困难、如从学科知识维度，可能需要学习虾的生活习性、影响虾生活的生态因素等；从科学研究方法维度，要尽可能去除无关变量对生物生活的影响，如容器的清洁洗涤，要洗干净但不能使用清洁剂，因为清洁用品中含有的化学物品，可能会残留在容器上，它们将对水生生物的生存会带来危害；如果无法获取自然水域水的，至少要将自来水事先静置24 h，以保证有足够的时间使其中的含氯化学物质分解除去，因为大多数水生物都对含氯的物质很敏感，接触到这些物质后容易死亡等；在科学研究工具的使用上，可能需要讨论如何设置不同的养殖密度梯度，如何计算生态瓶中放养的鱼的数量和生态瓶中水的体积。如何设计观察记录表呈现观察结果，根据需求进一步学习数据统计的一些方法，选择一些工具来处理数据，学习绘制曲线图或柱形图等直观图表，如何最后绘制出生态瓶中生态系统稳定性的数学模型等，实践过程会动态推进学生的持续学习，并使学习聚集主题。在这个过程中，学生会在探索的过程中感受到如果不保证单一变量，可能很难得到经得起质疑有说服力的结论，如怎样排除虾生长受到其他无关变量影响的可能性等具体的问题，原有的方案会随着研究进程不断修正。教师需要在学习过程中不断完善修正实验方案，或者增设调查项目等。学生自主意识得到强化，参与程度高，学习动机明确。

3.3 立足评价展示成果，推进科学理解的知识再建构

跨学科实践研究的是生活真实问题，通过学习活动而得出的策略与方案是可以应用于生活场景并进行实践检验的，这是科学知识应用的重要环节。成果的展示可以让学生感受到学以致用的快乐，形成科学态度，也可以在真实的场景中帮助他们对社会问题进行更全面的思考，培育社会责任感。

制作生态瓶的实践过程包含跨学科的知识与研究方法，教师首先需要引导学生在问题情境下能利用哪些资源来获取所需要的信息，并指导学生将得到的数据进行整理与分析。随着实践的延伸，也可能在这个过程中提出更多的问题，需要进一步的查阅或学习新的知识：怎样测算合适的水体含氧量？还可能在这个过程中挑战哪些有争议的观点？是不是生态瓶中水草越多小鱼生活得越好？实践任务通常无法以学生一已之力完成，需要小组合作共同完成。交流与分享为促进学生思维发展提供帮助，其内容除了学科知识本身，还包括对学生研究论证过程的讨论、工具技术手段的推荐等，以帮助学生进一步理解解决问题过程所需要学习的学科知识之间的联系，也给学生的后续研究提供更宽广的思路和新的视角，帮助学生能科学论证自己的观点。多元的结果表达可能需要学生利用文学、艺术等手段来实现，更进一步促进了学生综合思维的发展。

同时，成果展示也是跨学科实践活动评价的重要环节，以“设计并制作能较长时间维持平衡生态瓶”，设计活动评价任务（表1）。

表1 活动评价任务表

4 初中生物教学中跨学科学习主题实践教学模型

生物学核心素养的培育离不开学科知识及跨学科概念的建构与转化。跨学科主题实践引导学生在新的情境中，能基于以往的知识基础在真实场景中应用知识与能力，并在探究的过程中，随着研究的需求因继续的学习与思考产生出新的认知，进行问题解决，实现知识的再建构。跨学科学习主题实践的学习模型如图1所示。

图1 跨学科主题实践的学习模型

跨学科学习主题通过科学实践活动，整合科学、技术、工程等领域知识，促成各学科之间产生有意义结构联接，帮助学生更好地理解学科的内容体系及其研究过程，对自然界建立完整、全面的认识，形成连贯、统一、系列的科学世界观，从而更好地应对未来的各种挑战。这种学习经历将为学习者提供一个条理分明的智力和实践框架，引发知识的整合、迁移，促进学生的成长。