素养角度下的初中生物学与数学跨学科实践探索

王旭

跨学科实践即围绕生活中真实的问题，综合运用所学的各门学科知识，解决生活中的问题。初中生物学学习中经常需要借助数学模型进行数据统计和图表分析，打破了学科之间的壁垒，开展生物学与数学的深度融合教学，更有助于培养学生的核心素养。

一、背景

“双减”政策落地之后，国家又颁布了《义务教育生物学课程标准（2022年版）》（以下简称“新课标”），新课标进一步深化课程改革，不断加强课程综合性和实践性，推进育人方式的变革，发展学生核心素养，高度关注学生个性化、多样化的学习和发展需求。特别是新增了“生物学与社会·跨学科实践”专题，强调学生理解各个学科间的相互关系，尝试运用多学科知识方法，通过设计和制作，解决生活中的问题，发展核心素养。

二、生物学与数学跨学科教学的意义

生物学作为一门自然科学，在学习过程中经常会涉及数学学科的数据统计分析和统计图的制作与分析等相关的内容。数学的数理统计与分析、图表分析是学习生物学必不可少的一项基本素养，可以帮助学生更好地开展科学探究实践活动，提升生物学核心素养。

通过跨学科实践活动的开展，在提高学生生物学核心素养的同时，为数学学科的学习提供了鲜活的生活情景，学生在真实的问题情景中学会数据统计、计算，根据实际情况选择图表呈现数据，分析得出结论，从而解决问题。跨学科学习有助于提高学生学习数学的兴趣，同时发展学生的数学核心素养。

新课标中建议学生可以通过培养作物、探究实践、对照实验等方式，深入了解植物生长的规律以及环境因素对植物生长的影响。在数学课程中，以生活实际为中心展开数据收集和分析则是关键的素养之一。通过生物学与数学跨学科教学可以帮助学生建立学科之间的联系，虽然是分不同学科，但是学生通过相关活动可以建构以问题解决为核心的知识体系，通过思考如何运用不同学科的知识完成相关实践探究活动，从而解决问题。

三、活动介绍

1.活动设计思路

“种子萌发的条件”跨学科主题学习活动主要以任务驱动方式进行，激发学生学习探究的内驱力，通过层层递进的任务，制订严谨的科学探究方案，引导学生进行科学探究。探究活动依托数学模型建构，学生通过对实验现象、数据、图表的分析归纳得出结论，找到影响种子萌发的内因和外因（见图1）。

2.活动过程

活动以初中生物学中常用的对照实验的形式开展，探究在不同温度、空气、水分条件下种子的萌发情况。学生以小组为单位开展探究实践活动，详细记录实验过程中的实验现象和实验数据并选择合适的统计图对数据进行进一步整理，构建与种子萌发有关数据的数学模型。三类统计图各具特色：折线统计图主要反映数据变化的趋势；柱状统计图的对比更明显，可以反映数据之间的差异；扇形统计图可以反映数据的比例情况。通过模型的辅助分析以及对各组对照实验的结果分析得出结论：种子萌发需要完整、有活力的胚，还需要充足的空气、适宜的温度、适量的水等环境条件。

3.活动评价

活动评价对促进学生参加活动的积极性、主动性尤为重要。为了发挥评价的导向、激励作用，实现教学评一致性，应该采取多种评价方式，促使学生参与评价、接受评价，帮助他们从多个角度了解自己。

学生在自评的过程中普遍反映对跨学科实践活动有浓厚兴趣，知识掌握更扎实，能从知识更深层次理解生物学知识——种子萌发的条件，学会分析统计数据和绘制图表，并能应用在各学科学习过程中。同时在探究过程中能进行思考，科学探究能力、科学思维能力都得到很大提升。同时学生也反思了在实验过程中的不足，例如：（1）实验开始时对实验的整体规划性欠佳；（2）实验过程中还不够严谨，浇水量不一致，判断种子萌发时间有误差。

探究活动结束后我们对实验班和平行班进行对比分析：（1）实验班学习生物学和数学的热情明显要高于其他班级，学生对所学知识在生活中的应用表现出浓厚的兴趣。（2）实验班对与种子萌发条件的相关知识掌握程度要优于平行班，在基础知识小测试中正确率达到100%。但是平行班只有73%，主要区别是实验班通过参与跨学科实践活动对影响种子萌发的条件理解更透彻，回答更准确。（3）实验班学生发现学科之间是紧密联系的，在解决问题的过程能够改变思路，主动运用生物学与数学的知识解释生活中的现象和解决生活中的问题。

四、目前生物学与数学跨学科实践面临的困难

一是教师跨学科教学的意识薄弱，在实际教学中教师侧重生物学或数学某一学科知识教学，对于与跨学科有关的活动不能充分开展。例如，教师直接对数据图表进行分析得出结论，忽略了学生探究实践的过程。

二是教师专业成长受限，在教师培养的过程中没有提供开展跨学科教学思路和方法。

三是对学科教研不够重视，开展与跨学科有关的教研活动较少，没有深入挖掘有效开展跨学科教学的方式方法。

五、生物学与数学跨学科教学的优势

1.学科知识融合，训练学生整体性思维

在面对复杂的生物学问题时，学生可以从数学角度出发，通过数学模型寻找解决问题的思路和方法。学生认同各学科知识相互关联、密不可分，形成整体性思维。

2.激发学习兴趣，开启科学探究之旅

学生看到一个问题在生物学与数学中的不同呈现方式时，会对问题有更深入的理解，从而激发他们的好奇心和探究欲望。跨学科探究实践活动激发学生学习兴趣的同时，提高了学生的科学思维和科学探究能力。

3.提升学生综合素质，为未来发展蓄能

开展跨学科探究实践活动有助于进行综合素质教育，在活动过程中激发学生的创造力、批判性思维、沟通协作等能力，从而更好地适应未来社会的需求。

总之，生物学与数学跨学科教学对学生生物学与数学核心素养提升具有显著的优势，可以提升学生的综合素质，让学生在面对生活中各种复杂的问题情景时能够创造性地运用不同学科知识解决问题，更好地把握未来的机遇和应对各种挑战。