高中生物跨学科教学实践探究

摘 要：《普通高中生物学课程标准（2022年修订版）》深刻阐述了高中生物教育的核心理念，要求课堂教学要聚焦于学生核心素养的全面提升。要想达成这一目标，并不是一朝一夕之功，而是要贯穿于整个学习周期，通过持续、系统的教育活动逐步构建。当前，我国教育体系中以分科教学为主导，这种模式在深化学生对学科内部知识的认知与掌握方面展现出显著优势，但是也割裂了不同学科之间的内在联系，所以学生面对复杂问题时思维过于片面，不能跨学科从多角度、多层次理解和分析问题。文章立足于课程实例探索了跨学科实践在高中生物课堂教学中的具体应用措施，这不仅弥补了分科教学的不足，也推动了高中生物教育体系迈向更高质量的发展。

关键词：跨学科；高中生物；课堂教学

随着《普通高中生物学课程标准（2020年修订版）》的深入实施，教育改革的重心已明确转向培育学生的生物核心素养，还鲜明地提出增强学科间联系、促进学生知识整合与跨学科学习能力的新要求。而与之相呼应的《义务教育课程设置实验方案》则如改革的灯塔，引领课程体系迈向更加综合化、一体化的方向。长期以来，基础教育阶段的分科教学模式确保了各学科知识的系统性和专业性，却也无形中构筑了知识间的壁垒，限制了教师跨学科整合教学的可能性，进而影响了学生构建全面、连贯知识网络的能力。针对这一挑战最新的课程标准呼吁教师超越传统的教学框架，打破学科壁垒，积极探索高中生物知识与其他学科领域的有机融合，实现提升学生知识横向迁移与综合运用的能力。

一、跨学科教学的内涵和意义

跨学科融合是指将不同学科的知识、方法和技术相互结合，从而在复杂多变的时代中创造新的学科交叉点和研究领域。这种融合有助于完善知识体系、提升创新能力、培养综合素质，并在解决实际问题上展现出独特优势。在知识体系方面，跨学科融合弥补了单一学科的局限性，通过结合不同领域的知识，我们可以更全面地理解世界，比如在生物医学领域，结合生物学、医学和工程学推动医疗技术进步[1]。创新能力方面，跨学科研究能打破传统思维模式，激发创新思维。研究者结合不同学科的视角和方法，拓宽研究视野，推动科学进步，并培养出具备跨学科素养的创新人才。在综合素质培养中，跨学科教育鼓励学生跨领域学习，培养宽广的视野和能力，促进学生的创新精神和团队合作能力，使他们更好适应未来社会的发展。在解决实际问题上，跨学科融合提供了更全面的视角和丰富的手段，例如在医学和环境科学领域，通过整合不同学科，研究者可以制订更精准的解决方案。跨学科融合对于实现人才培养的多元化至关重要，拓宽学生的知识视野，提升综合素质，使他们能够更好地适应社会发展变化，提高适应性和竞争力，为社会繁荣发展注入新活力。通过推进跨学科融合，我们能够培养出适应未来需求的多元化人才[2]。

二、高中生物与其他学科之间的关系

（一）高中生物与物理学科之间的关系

自然科学涉及对自然界的物质结构、形态、性质和运动规律的研究，涵盖数学、物理学、化学、生物学、天文学和地质学等基础理论。这些学科共同构成了我们理解自然世界的框架。物理学主要研究物质的基本运动形式，包括机械运动、电磁运动和原子运动。通过物理学，我们了解了诸如力学、热学、电学和光学等现象，它为其他科学提供了重要的理论基础。生物学则专注于研究生命体及其活动，包括细胞运作、遗传、进化和生态系统。这种研究揭示了生命复杂的动态过程，如新陈代谢、发育和繁殖。

物理学与生物学之间关系密切，因为物理定律对生物过程具有重要影响。例如，生物体内的能量转换、细胞内分子的运动以及神经信号的传递都可以用物理学原理来解释。生命的起源和发展与宇宙和地球的演变息息相关，因此生物学与地质学和天文学也密切相关。地质学研究地球的物质组成和变化，帮助我们了解生物演化的地质背景；天文学则提供了关于宇宙和星系演化的知识，这对于理解生命在宇宙中的位置至关重要。自然科学强调整体性，许多概念如系统与反馈、物质与能量、空间与时间、结构与功能、动态与平衡等在不同学科间交叉应用。这种跨学科的交互与整合，促进了科学的进步和创新，使我们能够更全面地认识和应对复杂的自然现象[3]。

（二）高中生物与化学学科之间的关系

生物学是研究生命现象及其规律的自然科学基础学科，与化学紧密相关。化学研究物质的性质和变化。在生物学学习中，化学知识能为理解物质功能提供支持。例如，结合水的概念可通过水的化学组成和性质来解释。细胞渗透作用则借助溶质和溶剂的化学概念来理解。酶的性质与作用可通过化学反应速率的知识进行阐述。而跨膜运输中的脂溶性物质溶解性则通过“相似相溶”原理帮助理解细胞膜的组成。这种跨学科的结合促进了更深入的学习和理解。

以叶绿体色素提取实验为例，该实验巧妙地运用了化学中的相似相溶原理，通过有机溶剂无水乙醇成功地将色素从叶绿体中“萃取”出来，这一过程不仅加深了学生对光合作用机制的理解，也让他们亲身体验到了化学原理在生物研究中的实际应用。此外，生物化学的交融还体现在一系列化学反应的巧妙运用上。例如：淀粉遇碘变蓝的经典反应，在生物中用以检测淀粉的存在，背后都是化学显色原理的生动体现。而在化能合成作用的研究中，氧化还原反应与合成反应携手合作，也共同揭示了生命体如何利用无机物合成有机物的奥秘。至于DNA双螺旋结构模型的探索，则更是化学定量分析方法在生物中的精彩应用，A=T、G=C的碱基配对规律，正是通过精确的化学测定得以揭示，为遗传信息的传递与表达提供了坚实的理论基础[4]。

三、基于跨学科实践的高中生物教学实施策略

（一）通过跨学科知识深化概念理解

在高中生物教学中，深入理解核心概念是学生构建知识体系的基础。为了帮助学生克服在理解这些核心概念时可能遇到的困难，将跨学科知识融入教学是一种有效的策略。这种方法不仅能够拓宽学生的学习视野，还能为他们提供多元化的认知工具，帮助他们从不同的角度理解和掌握生物学的奥秘。

教师可以通过利用学生在其他学科中掌握的知识，如物理、化学、数学、地理等，来解读生物概念。例如，在探究“影响扦插枝条生根的因素”时，教师可以引入化学知识，讲解生长素类似物（如NAA、2，4-D、IPA、IBA）的化学结构。这些生长素类似物在植物体内模拟生长素的作用，教师可以结合有机化合物的知识，帮助学生理解这些化合物如何影响植物的生长过程。此外，化学中的浓度概念可以用来解释不同浓度的生长调节剂对插条生根的影响，并通过计算找出最适合插条生长的调节剂浓度。这样，学生不仅理解了生物中的概念，还将化学知识应用于生物实验中。

物理知识在解释生物现象方面也非常重要。例如，教师可以通过物理学中的理论，如表面积与体积的关系，解释为何将插条下端削成斜面能增加吸水面积，从而促进生根。即使在课堂上没有直接涉及渗透压的知识，教师也可以简要介绍细胞内外溶液浓度差异引发的渗透现象，帮助学生理解植物细胞如何通过物理过程吸收水分和营养物质。这种方法可以帮助学生更好地理解植物的生理过程和生长调节机制。数学原理也在生物实验设计和数据分析中发挥着关键作用。教师可以引导学生运用数学方法来处理实验数据，例如，设置浓度梯度、实施单一变量原则、等量原则、重复原则以及对照原则。这不仅能帮助学生科学地设计实验，还能提高他们的量化思维和数据分析能力。

通过将跨学科知识融入生物教学，教师能够提供更丰富的学习体验，帮助学生从多个角度理解生物学的核心概念。这种方法不仅能够拓宽学生的知识视野，还能增强他们的综合应用能力，使他们能够更好地掌握和运用生物学知识。

（二）通过跨学科知识解释生物现象

在自然科学的广阔领域中，各学科之间并非孤立分隔，而是相互交织、彼此渗透。这种跨学科的知识融合在高中生物教学中尤为重要，它促使学生从物理、化学乃至数学的视角去深入探讨生命的奥秘，并揭示生物现象背后的科学原理。具体而言，生物教学不仅局限于生物体的形态、结构和功能分析，而是积极借鉴物理学中物质运动和能量转换的原理，来解释生物体内复杂而精细的生理过程。同时，化学的分子结构和反应机制理论，为理解生物大分子的合成、分解及相互作用提供了坚实的基础。

例如，在探讨“影响扦插枝条生根的因素”的实验中，跨学科知识的应用可以显著提升学生对生物现象的理解。这一实验不仅揭示了植物生长调节剂对插条生根的影响，还展示了如何将物理、化学和数学原理融入生物教学中。具体来说，从物理学的角度来看，植物生长调节剂（如NAA、2，4-D、IPA、IBA等）在溶液中的扩散与渗透现象遵循物质运动规律。当插条基部被浸泡或涂抹在这些溶液中时，调节剂分子通过溶液的渗透作用进入植物组织，影响细胞分裂与生长。这一现象类似于物理中的扩散现象，即物质从高浓度区域向低浓度区域转移，直至达到平衡。从这一视角分析，可以帮助学生更直观地理解植物生长调节剂在植物体内的作用机制。

（三）通过跨学科知识突破教学难点

教育的核心在于“知识的跨界融合与应用”。在高中生物教育中，教师不仅是知识的传递者，更是引导学生跨越学科界限、实现知识迁移与创新的引路人。这FC+1iof5WGAQBAHRGnjgWg==种跨学科的视角强调了生物领域内部知识的相互关联和转化，同时突出了其他学科在生物教学中的应用，将其作为攻克生物教学难点的有效工具。具体而言，当生物教学遇到复杂概念、抽象机制或难以直观展示的现象时，跨学科知识的引入如同为学习之旅点亮了一盏明灯。这不仅帮助学生从多个维度和不同角度审视生物问题，还激发了他们的好奇心和探索欲，促使他们主动构建跨学科的知识网络。

以“探究影响扦插枝条生根的因素”为例，教师可以利用物理知识来帮助学生量化分析环境条件。比如，通过温度计和湿度计精确测量不同处理组的环境参数，利用物理中的热传导和湿度扩散原理，解释为何在特定的温度和湿度条件下，扦插枝条的生根速度更快。此外，光线的强度也是影响光合作用的关键因素，教师可以通过物理方法调整光照强度，探讨其对枝条生根过程的影响[5]。

在这个实验中，植物生理学知识也扮演着重要角色。教师可以引导学生回顾植物细胞的结构与功能、植物激素的作用机制以及植物对环境变化的适应性等基础知识，并鼓励学生将这些知识应用到实验设计中，例如选择具有活跃形成层细胞的插条，或选择合适的插条处理方式以最大限度地促进水分吸收和养分利用。

（四）通过跨学科实践活动升华教学效果

通过跨学科实践活动升华教学效果的关键在于将多学科知识融合到教学过程中，从而深化学生对生物学概念的理解，并激发他们的学习兴趣和创新能力。这种方法不仅有助于学生在理论知识上取得突破，还能在实践操作中提升他们的综合应用能力。

在设计“探究影响扦插枝条生根的因素”实验时，将跨学科知识融入实验方案可以显著提升教学效果。首先，生物学提供实验的基础，包括植物的生理结构、细胞分裂机制和生长激素的作用原理。教师需讲解如何选择和处理插条，以及生根的生物学机制，帮助学生理解实验的基本框架和核心概念。化学知识则解释生长调节剂的作用，例如，生长素类似物（如NAA、2，4-D、IPA、IBA）的化学结构及其如何模拟植物生长素的功能。教师可通过讲解这些物质在溶液中的浓度对插条生根的影响，指导学生计算最佳浓度，优化实验条件。物理学知识可以解释影响生根的物理现象，如热传导和湿度扩散原理。教师可分析特定温度和湿度条件下生根速度的变化，并运用光线强度理论探讨光照对光合作用和生根的影响。这些物理学应用帮助学生全面理解实验条件对生根的影响。数学在实验设计和数据分析中至关重要。学生需设置浓度梯度，应用单一变量原则和对照原则设计实验，并通过统计分析数据、绘制图表来分析不同条件下的生根效果，从而确定最佳浓度和条件。

在实施阶段，教师应安排跨学科实践活动。准备阶段包括选择插条、配置不同浓度的生长调节剂溶液，设置实验环境，调整温度、湿度和光照条件，并设计实验方案。实验操作中，学生将插条浸泡在不同浓度的溶液中，记录环境参数和生根情况。数据分析阶段使用数学方法处理数据，绘制图表，分析不同条件下的生根效果。实验结束后，教师应组织讨论，帮助学生反思跨学科知识的应用效果，包括如何将生物学、化学、物理学和数学知识融合，提高实验的科学性和准确性。学生应反思实验过程中的挑战及解决方法，并探讨这种方法对未来学习和实际应用的影响。

结束语

总而言之，当前教育改革的浪潮中，新课程标准鲜明地强调：自然界作为一个和谐统一的体系，其内在规律与奥秘深刻贯穿于自然科学各领域之间，包括物理、化学、生物等，这些学科在思维范式、基础原理及探究领域上展现出紧密交织的纽带关系。在此基础上，教师要充分利用跨学科的优势，将跨学科知识渗透到高中生物教学的各个环节，才能实现预期教学目标。

参考文献

[1]黄银华.跨学科融合在高中生物学教学中的实践分析[J].试题与研究，2024（14）：49-51.

[2]吴晓倩.高中生物化学跨学科课程实践探索[J].上海教育，2024（Z1）：86.

[3]洛桑措毛.高中生跨学科生物学主题学习困难成因及对策研究[D].上海：华东师范大学，2023.

[4]黄露虹.基于复杂网络理论的高中生物学跨学科知识结构研究[D].上海：华东师范大学，2023.

[5]秦发学.基于高中生物学科核心素养的跨学科科学思维的培养对策初探[J].考试周刊，2023（16）：128-131.

本文系福建省教育科学“十三五”规划2019年度课题“基于学习进阶理论的高中生物核心概念的教学实践研究”（立项批准号：FJJKXB19-366）。