高中生物跨學科教學的實踐研究

張曉云

【摘要】《普通高中生物課程標準（2017版2021修訂）》（以下簡稱“新課標”）明確指出，高中生物學科教學要以發展學生的核心素養為宗旨。核心素養的發展不是光靠幾節課就可以形成的，而是一個循序漸進、長期培養的過程，需要跨課時、跨學科來實現。目前，我國占主流的是分科教學體系，分科教學雖然能較大程度地促進學生對學科內知識的理解和掌握，但它忽略了不同學科間知識點的相互聯系，容易讓學生對事物的產生片面化認識;在學生形成整體的知識體系，以及培養綜合素質和能力上都存在一定的制約。跨學科教學剛好可以彌補這些缺陷。本文以DNA的結構為例，對跨學科教學進行了一些嘗試。

【關鍵詞】高中生物;跨學科; DNA結構

教學策略：學生按照不同學科分成四組，收集并展示資料，教師匯總并總結。

物理組學生收集資料如下：從物理結構上看，生物體中的DNA絕大多數都是以雙鏈的形式存在，兩條反向平行的脫氧核苷酸鏈彼此交織在一起形成雙螺旋結構。脫氧核糖與含氮堿基形成脫氧核苷，脫氧核苷與磷酸基團結合成為脫氧核苷酸，脫氧核苷酸就是DNA的基本單位。DNA的每條脫氧核苷酸長鏈，都是由可與相鄰核苷酸共價鍵結合的側鏈骨架和含氮堿基組成，而兩條鏈上的含氮堿基通過氫鍵相連成堿基對。兩條脫氧核苷酸鏈沿著中心軸以相反方向平行排列，像一座旋轉樓梯，兩側是糖一磷酸交替結合的支架，而堿基就是臺階。DNA的雙螺旋結構都是右旋螺旋，不同磷酸鹽基團之間的凹槽仍然暴露在外。而凹槽的不同寬度決定了不同堿基與蛋白質（如解旋酶、轉錄因子等）的可接觸性。沃森和克里克發表在《Nature》上的那篇文章里面手繪的DNA雙螺旋結構屬于物理模型。

化學組學生收集資料如下：從化學成分上分析，DNA的中文名叫做脫氧核糖核酸，它的基本單位是脫氧核苷酸。每分子脫氧核苷酸包含一分子脫氧核糖、一分子磷酸和一分子含氮堿基。含氮堿基有四種：A、T、G、C，所以組成DNA的核苷酸有四種：腺嘌呤脫氧核苷酸、胸腺嘧啶脫氧核苷酸、鳥嘌呤脫氧核苷酸和胞嘧啶脫氧核苷酸。組成脫氧核糖核酸的糖類分子為環狀的2-脫氧核糖，屬于單糖中的五碳糖，是一種還原糖，可與斐林試劑反應形成磚紅色沉淀。DNA外側的骨架是由磷酸和脫氧糖類交替連接而成，絕大多數磷酸基團與兩個氧原子相連（每條鏈只有一個游離的磷酸基團），分別與脫氧核糖的3號位和5號位的碳原子相連接，進而形成磷酸二酯鍵。由于兩側共價鍵的位置不對稱，所以每一條脫氧核苷酸長鏈都有方向性。每條鏈上游離的磷酸基團的那一側的末端稱為5'端，另一邊稱為3'端。DNA和RNA最主要的差異之一，在于組成的五碳糖不同，組成DNA的為脫氧核糖，組成RNA的是核糖。

數學組學生收集資料如下：在DNA雙螺旋結構中，堿基A和堿基T配對，它們之間由兩個氫鍵連接;堿基G和堿基C配對，它們之間由三個氫鍵連接。在數學計算中，A和T的數量相等，C和G的數量相等，氫鍵的數目根據不同堿基對的數目來計算，C-G堿基對的數量越多，氫鍵就越多，DNA的結構就越穩定。

藝術組學生收集資料如下：《伏羲女媧圖》是唐代一位佚名作者所畫（公元618-907年）用絹本設色而成的，描繪的是伏羲女媧相擁交媾的景象，表現了中國古代神話傳說中的人類始祖的形象以及未知的宗教含義。圖中伏羲女媧相交的尾部呈雙螺旋型，與DNA的雙螺旋結構完美“撞臉”，更體現了科學之美、藝術之美。

教師總結：教師在黑板上畫出DNA的平面結構和立體結構，總結DNA的結構特點。

在本節課中，學生的熱情高漲，參與度極高，對知識點的掌握情況也比傳統教學的效果好。這說明跨學科教學有較大的意義，具體體現在：1. 跨學科教學有利于提高學生積極性和學習熱情。提高課堂教學效率。高中階段不同學科間的某些知識點存在密切聯系，部分內容對于學生來說屬于已有的知識經驗。通過已有的知識經驗進行授課，可引起學生共鳴，提高學習興趣和學習積極性，從而讓學生更愿意參與課堂，更容易突破重點難點，進而提高課堂的教學效率。2. 跨學科教學有利于提高學生融會貫通的能力。同一知識涉及不同學科的內容，不僅能開闊學生的知識視野，幫助學生從不同角度分析問題，更能激發學生發散性思維，讓學生將不同學科的知識聯系起來，形成一個有機的整體，提高知識遷移和融會貫通的能力。3. 跨學科教學有利于提高授課教師的綜合能力。目前各學科教師基本上都是處于“各司其職”的狀態——扎實掌握本學科專業知識，但對其他學科知識欠缺了解。教師如果想要進行跨學科教學，就必須既掌握本專業知識，又熟知其他學科的知識，而且具備把不同學科的知識融會貫通起來的能力。因此，實行跨學科教學既能拓寬了教師的知識面，也能提升教師的素質和綜合能力。

【參考文獻】

[1]劉恩山，劉晟. 核心素養作引領，注重實踐少而精：《普通高中生物學課程標準》修訂思路與特色[J].生物學通報，2017，52（8）：8-11

（特約編輯：羅良英）