利用跨学科的知识培养学生核心素养

池淮清

摘要 例谈如何利用高中生物学新教材“学科交叉”栏目，引导学生从不同学科知识的角度去思考与理解生物学问题，运用跨学科知识去探求生物学知识和规律，从中培养学生的核心素养。

关键词  高中生物学新教材跨学科知识核心素养培养

中图分类号 G633.91             文献标志码 B

文件编号：1003-7586（2023）03-0084-02

高中生物学新教材重视不同学科间知识的横向联系，一些章节根据教学内容需要，设置了“学科交叉”栏目，要求学生以不同学科的视角思考问题，利用跨学科知识解决生物学问题，以培养学生的核心素养。下文以高中生物学新教材的内容为例，谈一谈如何根据“学科交叉”栏目中的跨学科知识，引导学生探求生物学知识和规律，培养学生核心素养。

1 利用跨学科知识帮助学生形成生命观念

教师教学时，如果利用“学科交叉”栏目中的跨学科知识，创设问题情境，激发学生兴趣，引导学生从不同学科视角探究生命的物质和结构以及生命活动的过程和规律等，让学生从中分析生物学现象，解决生物学问题，那么就能帮助学生形成生命观念。

例如，“细胞中的无机物”一节中的“学科交叉”栏目内容：“关于氢原子和氧原子的结构，请参阅化学教科书”。教学时，教师如果引导学生从氢原子和氧原子的结构以及如何合成水分子这一化学知识出发去探究教材中提出的问题：“水为什么能成为细胞内良好的溶剂呢？它又为什么具有支持生命的独特性质呢？”就可激发学生的学习兴趣，使之积极主动地探求氢原子和氧原子的结构（图1）。

在含有多个电子的原子中，核外电子具有不同的运动状态。离核近的电子能量较低，离核远的电子能量较高，从图中可得出氧原子电子的能量相对较高。水是由两个氢原子以共用电子对的方式与氧原子结合而形成的（图2）。

由于氧原子电子的能量相对较高，因此，氧原子具有比氢原子更强的吸引共用电子的能力，从而使氧的一端稍带负电荷，氢的一端稍带正电荷。又由于两个氢原子以共用电子对的方式与氧原子随机结合而形成水分子，造成了水分子的空间结构及电子的不对称分布，使得水分子成为极性分子，因此，带有正电荷或负电荷的分子（或离子）都容易与水结合。水分子这一独特结构使其成为细胞内良好的溶剂，它能溶解许多种物质，参与细胞内化学反应，运输体内营养物质，以及将各个细胞新陈代谢产生的废物排出体外等，水因此成为支持生命的独特物质。学生从化学知识角度探究水的结构和功能，将化学知识有机融合在生物学内容中，有利于其生命观念的形成。

2 利用跨学科知识培养学生科学思维能力

教學时，教师如果把“学科交叉”栏目中的跨学科知识迁移到生物学当中来，引导学生利用科学思维方式把相关学科知识与生物学知识分别进行归纳与概括、演绎与推理、分析与综合等，让学生从中找出相关学科知识与生物学知识之间的异同点，那么不仅有助于学生对生物学知识的理解，而且还能有效提升学生的科学思维能力。

例如，“细胞是生命活动的基本单位”一节中的“学科交叉”栏目内容，“1803年，英国化学家道尔顿提出：物质是由不可再分的基本微粒——原子所组成的。原子也是化学作用的最小单位，在一切化学反应中保持不变。他的原子论为许多化学现象提供了清晰的理论解释，对化学的发展起到了奠基作用”。教学时，教师如果结合教材中有关细胞学说的内容，组织学生交流讨论，分析比较原子论与细胞学说，就能发现如下特点，见表1。

学生通过条分缕析，明白了细胞学说像原子论之于化学一样对于生物学的发展具有重大意义，知道了细胞学说被恩格斯列入19世纪自然科学三大发现之一的原因。学生不仅掌握了细胞学说，而且还有效地提升了科学思维能力。

3 利用跨学科知识培养学生科学探究能力

教学时，教师如果利用“学科交叉”栏目中的跨学科知识，组织学生开展实验探究学习，让学生在动手和动脑的活动中，发现问题，解决问题，那么不仅可以加深学生对生物学知识的理解，提升其知识应用水平，而且还可培养学生的科学探究能力。

例如，“细胞中的无机物”一节中的“学科交叉”栏目内容：“关于比热容等相关知识，请参阅物理教科书，并与同学交流它们的含义”。教学时，教师可以组织学生学习讨论比热容这一物理概念，引导学生实验探究教材中有关水的特性，即水具有较高的比热容，其温度相对不容易发生改变。学生兴趣盎然，他们首先通过学习理解了比热容的概念，即指单位质量的某种物质升高（或下降）单位温度所吸收（或放出）的热量。接着，他们上网查阅了水的比热容与煤油的比热容大小。最后通过交流与探讨，学生设计了比较水和煤油比热容的实验方案：①在两个相同大小的烧杯中分别装入100 g 的水和100 g 的煤油。②用两支温度计分别测出水和煤油的初温。③在烧杯中分别放入功率相同的电热器，加热相同的时间，使水和煤油吸收相同大小的热量。④用温度计分别测出水和煤油的末温。⑤末温减去初温，计算出水和煤油在吸收相同热量的情况下分别升高的温度。学生们按照实验方案进行了实验。实验结果发现水和煤油在相同时间吸收相同热量的情况下升高的温度却不同，煤油的温升约是水的温升的两倍，说明水的比热容较高，温度相对不容易发生改变。学生通过跨学科知识的学习和实验，激发了学习热情，提高了科学探究能力。

4 利用跨学科知识培养学生社会责任意识

教学时，教师如果利用“学科交叉”栏目中的跨学科知识，要求学生通过图书、报刊、音像和网络等多种媒体了解我国及学校周边地区中与学生现实生活相关的问题，引导学生利用跨学科的知识思考与生物学有关的社会问题，参与社会决策，那么就能培养学生的社会责任意识。

例如，“生物有共同祖先的证据”一节中的“学科交叉”栏目内容：“沉积岩是指成层堆积的松散沉积物固结而成的岩石。”教学时，教师可以组织学生上网观看央视《地理中国》、《进化》等与生物进化内容有关的纪录片。纪录片给学生带来强烈的视觉、听觉以及情感方面的冲击，学生能够从中直观地认识到分布在地壳表层的沉积岩是由风化的岩石颗粒，经大气、水流、冰川的搬运作用，到一定地点沉积下来，受到高压的成岩作用而逐渐形成的。因此，沉积岩的层理有地球气候环境变化的信息，保留了许多地球的历史信息，包含了大量的古代动植物化石。通过观看纪录片，了解科学家以沉积岩的地层中挖掘出的大量古代动植物化石为研究对象来研究地球和生物进化的历史，学生深刻地认识到人类不仅是生物进化的产物，还对其他物种进化产生影响，不少物种因受人类活动的影响走向绝灭，因此，地球上的所有生物必须在相互依存、相互制约中生存和发展，人类和其他生物的和谐生存与发展始终有益于生物多样性，保护生物多样性是每个人应尽的责任。教师把课堂知识引向课外，引导学生关注社会问题，参与保护环境的行动，有利于培养学生的社会责任意识。

总之，高中生物学教材设置“学科交叉”栏目，旨在激发学生学习欲望，发挥学生主体作用，引导学生运用跨学科知识解决生物学问题，拓宽学生的知识面，培养学生对自然科学的探究热情，从而有效提升学生的生物学科核心素养。