初中生物學(xué)跨學(xué)科實(shí)踐主題教學(xué)策略研究

朱曉燕 高 勍

（1.福建省南平市教師進(jìn)修學(xué)院 福建南平 354299）

（2.南京師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 江蘇南京 210023）

《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）提出“教學(xué)過程重實(shí)踐”的課程理念。基于生物學(xué)科著力發(fā)展的學(xué)生核心素養(yǎng)培養(yǎng)要求的“探究實(shí)踐”，是“解決真實(shí)情境中的問題或完成實(shí)踐項(xiàng)目的能力和品格”，實(shí)踐探究活動包括科學(xué)探究和跨學(xué)科實(shí)踐。《課程標(biāo)準(zhǔn)》中設(shè)立了“生物學(xué)與社會·跨學(xué)科實(shí)踐”學(xué)習(xí)主題，將科學(xué)與工程實(shí)踐、跨學(xué)科概念、學(xué)科核心概念融合為整體，旨在引導(dǎo)學(xué)生建立知識與知識、知識與真實(shí)世界的聯(lián)系，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行知識整合與遷移，并通過真實(shí)情境下的實(shí)踐性問題解決，達(dá)成知識的再創(chuàng)造與再建構(gòu)。

以跨學(xué)科主題實(shí)踐為載體，通過學(xué)生完成實(shí)踐活動的認(rèn)知過程，引導(dǎo)學(xué)生親歷科學(xué)家解決真實(shí)世界問題的工作過程，培養(yǎng)科學(xué)探究能力，并以學(xué)科核心概念為中心，促進(jìn)知識的聯(lián)系與融合，實(shí)現(xiàn)素養(yǎng)提升。

1 跨學(xué)科實(shí)踐對當(dāng)前生物學(xué)學(xué)習(xí)的意義

跨學(xué)科實(shí)踐強(qiáng)調(diào)學(xué)生主動參與，在實(shí)踐活動親歷中，加深對生物學(xué)概念的理解，提升應(yīng)用知識解決與分析問題的能力。基于生活場景的跨學(xué)科實(shí)踐不僅幫助學(xué)生獲得對生活有用的知識、技能，還訓(xùn)練學(xué)生思考的方法，通過分析、推斷、論證等，幫助學(xué)生做決策，讓他們體驗(yàn)知識的學(xué)以致用，討論與研究社會生活和生產(chǎn)實(shí)踐中的問題，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)價(jià)值觀的形成，使學(xué)生在進(jìn)行決策時(shí)，不是僅憑經(jīng)驗(yàn)或是直覺，而是有科學(xué)的理論支撐，培養(yǎng)他們的社會責(zé)任感，以提升公民素養(yǎng)。

針對以往中學(xué)生物教學(xué)中存在的知識零散化、碎片化、機(jī)械化，以及探究活動的程序化、淺表化現(xiàn)象，跨學(xué)科實(shí)踐主題強(qiáng)調(diào)生物學(xué)與社會的關(guān)系，整合科學(xué)知識、工程技術(shù)、數(shù)學(xué)、包括文學(xué)藝術(shù)等多個(gè)領(lǐng)域的知識與方法，使學(xué)生的學(xué)習(xí)不再局限于瑣碎的生物學(xué)事實(shí)或現(xiàn)象的記憶，或是學(xué)科專有名詞與術(shù)語的簡單堆砌，以及游離于具體應(yīng)用場景的單純的學(xué)科技能訓(xùn)練，或者只是滿足于虛擬情境的專門為了解題方法的重復(fù)訓(xùn)練，而是在一個(gè)復(fù)雜的真實(shí)情境下，通過對問題的真實(shí)解決，達(dá)成對知識的深度理解，創(chuàng)造知識新意義的過程。

2 跨學(xué)科實(shí)踐的主要特征

作為科學(xué)實(shí)踐重要內(nèi)容的跨學(xué)科實(shí)踐，意在強(qiáng)調(diào)學(xué)生的科學(xué)探究應(yīng)是一種與科學(xué)家所從事的科學(xué)研究相似的實(shí)踐活動，它包括科學(xué)問題解釋和工程學(xué)實(shí)踐兩方面的內(nèi)容，是基于學(xué)科核心知識的，學(xué)生主動參與的探究學(xué)習(xí)。跨學(xué)科實(shí)踐不僅促進(jìn)學(xué)生深度理解知識，建構(gòu)知識體系，并使學(xué)生學(xué)以致用，增進(jìn)交流與合作，進(jìn)一步建立有意義的知識，幫助學(xué)生正確認(rèn)識科學(xué)本質(zhì)。

2.1 跨學(xué)科實(shí)踐指向真實(shí)情境下的問題解決

跨學(xué)科實(shí)踐主題不再是課堂中只是為了答題而設(shè)置的理想化的虛擬情境，而是基于生活或生產(chǎn)實(shí)踐的真實(shí)問題。學(xué)習(xí)的終極目標(biāo)不是為了應(yīng)對考試，而是將應(yīng)用于生活中的思考分析及問題解決。學(xué)生在生活中可能遇到的問題是課堂學(xué)習(xí)實(shí)例無法窮盡的，往往也是超出學(xué)生的學(xué)習(xí)范圍的，單個(gè)學(xué)科的零散知識或是單一的學(xué)科概念無法實(shí)現(xiàn)新問題解決。真實(shí)問題的解決需要幫助學(xué)生建立知識間聯(lián)系，建構(gòu)自己的思維體系與價(jià)值取向。在真實(shí)實(shí)踐情境中，學(xué)生將基于原有的知識基礎(chǔ)，將各個(gè)概念與原理建立聯(lián)系，借鑒已掌握的科學(xué)研究方法與技能，進(jìn)行遷移與拓展，并運(yùn)用知識的綜合理解力去解決那些從未遇到的新問題，而不是讓時(shí)間和精力為大量的生物學(xué)事實(shí)或者現(xiàn)象所累，讓教學(xué)陷入海量的瑣碎的知識記憶。

2.2 跨學(xué)科實(shí)踐需要跨學(xué)科知識的整合

跨學(xué)科實(shí)踐以生物學(xué)科核心概念為中心，可能需要對涉及的不同學(xué)科知識進(jìn)行匯總與整理，達(dá)成科學(xué)知識的結(jié)構(gòu)化，促成理論知識轉(zhuǎn)化為對生活問題的分析。事實(shí)上，科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域界線很難絕對分離的界定，存在交叉的融合，科學(xué)各領(lǐng)域的學(xué)習(xí)是相聯(lián)系的，存在共同規(guī)律，而解決問題所涉及的學(xué)科知識也是多領(lǐng)域的，如環(huán)境保護(hù)問題，需要涉及生物學(xué)、物理、化學(xué)和地理學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域的知識。

2.3 跨學(xué)科實(shí)踐基于合作交流

科學(xué)的進(jìn)步建立于合作與交流，交流與共享，傳承與發(fā)展是科學(xué)研究非常重要的研究態(tài)度。跨學(xué)科實(shí)踐項(xiàng)目涉及范圍可能相對寬泛，新的問題解決并沒有一個(gè)預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)答案，學(xué)習(xí)是基于問題解決的知識重構(gòu)與再創(chuàng)造過程。在這個(gè)過程中，學(xué)生往往需要進(jìn)行小組合作，討論與交流，創(chuàng)造性地重新定義情境，分析各種方法的合理性，引發(fā)知識的整合、遷移。同時(shí)，教師需要問一些引導(dǎo)性問題來幫助學(xué)生，推進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)。教師的提問不僅要求學(xué)生告知、解釋、列舉、確認(rèn)等，更應(yīng)該就研究實(shí)踐提一些導(dǎo)向分析、比較、想像、創(chuàng)造、論證或評價(jià)的問題。教師引導(dǎo)學(xué)生分析問題情境，思考解決問題的策略，引發(fā)思考與討論交流。學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中，學(xué)會表達(dá)，學(xué)會論證，也學(xué)會學(xué)習(xí)，探究的結(jié)果的多樣化表達(dá)，進(jìn)一步發(fā)展了學(xué)生的綜合理解能力。

3 初中生物教學(xué)中跨學(xué)科實(shí)踐案例設(shè)計(jì)

《課程標(biāo)準(zhǔn)》主題七“生物學(xué)與社會·跨學(xué)科實(shí)踐”學(xué)習(xí)主題，主要內(nèi)容包括“概念9真實(shí)情境中的問題解決，通常需要綜合運(yùn)用科學(xué)、技術(shù)、工程學(xué)和數(shù)學(xué)等學(xué)科的概念、方法和思想，設(shè)計(jì)方案并付諸實(shí)施，以尋求科學(xué)問題的答案或制造相關(guān)產(chǎn)品”。以“跨學(xué)科活動（3）設(shè)計(jì)并制作能較長時(shí)間維持平衡生態(tài)瓶”為例，進(jìn)行科學(xué)實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)，為義務(wù)教育階段實(shí)踐探究素養(yǎng)發(fā)展，為初中生物學(xué)跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)教學(xué)提供實(shí)踐參考。

3.1 基于真實(shí)問題解決的需求，確定跨學(xué)科實(shí)踐學(xué)習(xí)目標(biāo)

教師要引導(dǎo)學(xué)生基于生活需求產(chǎn)生的疑惑，梳理學(xué)科核心概念與跨學(xué)科概念，進(jìn)行信息整理與重構(gòu)。“設(shè)計(jì)并制作能較長時(shí)間維持平衡生態(tài)瓶”要求學(xué)生“根據(jù)水生生態(tài)系統(tǒng)組成，以及‘尺度、比例和數(shù)量’‘穩(wěn)定與變化’‘系統(tǒng)與模型’等跨學(xué)科概念，利用生活中簡單易得的透明材料制作裝置，裝入水、塘泥和不同的水生生物，制作能夠維持較長時(shí)間的生態(tài)瓶。”

首先，教師引導(dǎo)學(xué)生回顧實(shí)踐探究活動所需要的學(xué)科核心概念和跨學(xué)科概念，基于這一主題進(jìn)行知識的梳理，回顧已掌握的知識。學(xué)科核心概念包括概念3“生物與環(huán)境相互依賴、相互影響，形成多種多樣的生態(tài)系統(tǒng)”的主要內(nèi)容，涉及概念2中包含不同類群的生物具有適應(yīng)其生活方式和環(huán)境的主要特征，概念4中光合作用、呼吸作用及碳氧平衡等內(nèi)容，還銜接高中學(xué)習(xí)的物質(zhì)與能量觀、平衡與穩(wěn)態(tài)觀、系統(tǒng)觀等生命觀念。跨學(xué)科概念包括數(shù)感和量感，學(xué)生在真實(shí)情境中對于數(shù)量關(guān)系及運(yùn)算結(jié)果具備直觀感悟，對事物的可測量屬性及大小關(guān)系具備直觀感知，會針對真實(shí)情境選擇合適的工具，進(jìn)行換算，感知度量工具和方法可能引起誤差，能合理得到或估計(jì)度量的結(jié)果等。另外，跨學(xué)科概念還包括數(shù)學(xué)學(xué)科的空間觀念、模型觀念、數(shù)據(jù)意識等，化學(xué)與資源、能源、材料、環(huán)境、健康化學(xué)概念，及能量守恒定律、平衡等物理核心概念。

教師要提出驅(qū)動性問題。例如，什么材質(zhì)、形狀和大小的容器適合制作水生生態(tài)瓶？要選取哪些生物種類和數(shù)量放入生態(tài)瓶？有哪些因素會影響生態(tài)瓶中各種生物的生存？制訂怎樣的方案才能讓生態(tài)瓶中的各種生物存活時(shí)間更長？……

教師根據(jù)學(xué)生已掌握的研究方法進(jìn)行遷移，明確解決問題需要進(jìn)一步學(xué)習(xí)的知識或是技能，制定活動目標(biāo)為：嘗試從結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的角度，選擇材質(zhì)和大小適合的容器，根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成、生態(tài)系統(tǒng)與環(huán)境因素的關(guān)系，選取不同種類的生物放入生態(tài)瓶；用圖示繪制生態(tài)系統(tǒng)各生物營養(yǎng)成分和能量流動關(guān)系；分析影響生態(tài)瓶中生物生存的影響因素；推測計(jì)算各種成分的數(shù)量比例以保證生態(tài)瓶中生物存活時(shí)間更長；展示制作的生態(tài)瓶，并建構(gòu)生態(tài)系統(tǒng)不同生物間關(guān)系彼此影響的數(shù)學(xué)模型；認(rèn)同生態(tài)系統(tǒng)與非生物環(huán)境是一個(gè)統(tǒng)一的整體，生態(tài)系統(tǒng)具備一定的自我調(diào)節(jié)能力；關(guān)注環(huán)境保護(hù)問題，討論生態(tài)環(huán)境中各組成成分彼此間的關(guān)系，討論人類活動對生態(tài)環(huán)境可能造成的影響，初步形成可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)意識。

3.2 設(shè)計(jì)完善實(shí)踐方案，小組合作實(shí)施探究

在活動目標(biāo)的指引下，教師引導(dǎo)學(xué)生討論實(shí)踐探究方案，并梳理學(xué)生在這一主題下提出的問題。例如，怎樣估算生態(tài)瓶的大小；選取哪些生物放入生態(tài)瓶？各種生物種類與數(shù)量設(shè)置的理由？生態(tài)瓶中要設(shè)置怎樣的環(huán)境條件？探究環(huán)境因素對生態(tài)瓶中生物生存的影響時(shí)以什么為觀測指標(biāo)，怎樣記錄觀察結(jié)果？……

教師幫助學(xué)生將描述性問題“影響生態(tài)平衡的因素有哪些？”轉(zhuǎn)到可探究的因果性問題，如“不同養(yǎng)殖密度對蝦生長的影響”“殘餌、糞便對養(yǎng)殖水質(zhì)影響的模擬試驗(yàn)”“溫度對魚類生存的影響”等，并就研究主題討論形成研究的初步方案。例如，“不同養(yǎng)殖密度對蝦生長的影響”，以不同的養(yǎng)殖密度為變量，測定蝦存活率、體重增長度、體長增長率等，需要控制的無關(guān)變量包括實(shí)驗(yàn)中選取生理狀態(tài)、體重、體長一致的幼蝦進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)，保持蝦數(shù)量、生活環(huán)境一致。在研究的過程中，可能會遇到新的困難、如從學(xué)科知識維度，可能需要學(xué)習(xí)蝦的生活習(xí)性、影響蝦生活的生態(tài)因素等；從科學(xué)研究方法維度，要盡可能去除無關(guān)變量對生物生活的影響，如容器的清潔洗滌，要洗干凈但不能使用清潔劑，因?yàn)榍鍧嵱闷分泻械幕瘜W(xué)物品，可能會殘留在容器上，它們將對水生生物的生存會帶來危害；如果無法獲取自然水域水的，至少要將自來水事先靜置24 h，以保證有足夠的時(shí)間使其中的含氯化學(xué)物質(zhì)分解除去，因?yàn)榇蠖鄶?shù)水生物都對含氯的物質(zhì)很敏感，接觸到這些物質(zhì)后容易死亡等；在科學(xué)研究工具的使用上，可能需要討論如何設(shè)置不同的養(yǎng)殖密度梯度，如何計(jì)算生態(tài)瓶中放養(yǎng)的魚的數(shù)量和生態(tài)瓶中水的體積。如何設(shè)計(jì)觀察記錄表呈現(xiàn)觀察結(jié)果，根據(jù)需求進(jìn)一步學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的一些方法，選擇一些工具來處理數(shù)據(jù)，學(xué)習(xí)繪制曲線圖或柱形圖等直觀圖表，如何最后繪制出生態(tài)瓶中生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的數(shù)學(xué)模型等，實(shí)踐過程會動態(tài)推進(jìn)學(xué)生的持續(xù)學(xué)習(xí)，并使學(xué)習(xí)聚集主題。在這個(gè)過程中，學(xué)生會在探索的過程中感受到如果不保證單一變量，可能很難得到經(jīng)得起質(zhì)疑有說服力的結(jié)論，如怎樣排除蝦生長受到其他無關(guān)變量影響的可能性等具體的問題，原有的方案會隨著研究進(jìn)程不斷修正。教師需要在學(xué)習(xí)過程中不斷完善修正實(shí)驗(yàn)方案，或者增設(shè)調(diào)查項(xiàng)目等。學(xué)生自主意識得到強(qiáng)化，參與程度高，學(xué)習(xí)動機(jī)明確。

3.3 立足評價(jià)展示成果，推進(jìn)科學(xué)理解的知識再建構(gòu)

跨學(xué)科實(shí)踐研究的是生活真實(shí)問題，通過學(xué)習(xí)活動而得出的策略與方案是可以應(yīng)用于生活場景并進(jìn)行實(shí)踐檢驗(yàn)的，這是科學(xué)知識應(yīng)用的重要環(huán)節(jié)。成果的展示可以讓學(xué)生感受到學(xué)以致用的快樂，形成科學(xué)態(tài)度，也可以在真實(shí)的場景中幫助他們對社會問題進(jìn)行更全面的思考，培育社會責(zé)任感。

制作生態(tài)瓶的實(shí)踐過程包含跨學(xué)科的知識與研究方法，教師首先需要引導(dǎo)學(xué)生在問題情境下能利用哪些資源來獲取所需要的信息，并指導(dǎo)學(xué)生將得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理與分析。隨著實(shí)踐的延伸，也可能在這個(gè)過程中提出更多的問題，需要進(jìn)一步的查閱或?qū)W習(xí)新的知識：怎樣測算合適的水體含氧量？還可能在這個(gè)過程中挑戰(zhàn)哪些有爭議的觀點(diǎn)？是不是生態(tài)瓶中水草越多小魚生活得越好？實(shí)踐任務(wù)通常無法以學(xué)生一已之力完成，需要小組合作共同完成。交流與分享為促進(jìn)學(xué)生思維發(fā)展提供幫助，其內(nèi)容除了學(xué)科知識本身，還包括對學(xué)生研究論證過程的討論、工具技術(shù)手段的推薦等，以幫助學(xué)生進(jìn)一步理解解決問題過程所需要學(xué)習(xí)的學(xué)科知識之間的聯(lián)系，也給學(xué)生的后續(xù)研究提供更寬廣的思路和新的視角，幫助學(xué)生能科學(xué)論證自己的觀點(diǎn)。多元的結(jié)果表達(dá)可能需要學(xué)生利用文學(xué)、藝術(shù)等手段來實(shí)現(xiàn)，更進(jìn)一步促進(jìn)了學(xué)生綜合思維的發(fā)展。

同時(shí)，成果展示也是跨學(xué)科實(shí)踐活動評價(jià)的重要環(huán)節(jié)，以“設(shè)計(jì)并制作能較長時(shí)間維持平衡生態(tài)瓶”，設(shè)計(jì)活動評價(jià)任務(wù)（表1）。

表1 活動評價(jià)任務(wù)表

4 初中生物教學(xué)中跨學(xué)科學(xué)習(xí)主題實(shí)踐教學(xué)模型

生物學(xué)核心素養(yǎng)的培育離不開學(xué)科知識及跨學(xué)科概念的建構(gòu)與轉(zhuǎn)化。跨學(xué)科主題實(shí)踐引導(dǎo)學(xué)生在新的情境中，能基于以往的知識基礎(chǔ)在真實(shí)場景中應(yīng)用知識與能力，并在探究的過程中，隨著研究的需求因繼續(xù)的學(xué)習(xí)與思考產(chǎn)生出新的認(rèn)知，進(jìn)行問題解決，實(shí)現(xiàn)知識的再建構(gòu)。跨學(xué)科學(xué)習(xí)主題實(shí)踐的學(xué)習(xí)模型如圖1所示。

圖1 跨學(xué)科主題實(shí)踐的學(xué)習(xí)模型

跨學(xué)科學(xué)習(xí)主題通過科學(xué)實(shí)踐活動，整合科學(xué)、技術(shù)、工程等領(lǐng)域知識，促成各學(xué)科之間產(chǎn)生有意義結(jié)構(gòu)聯(lián)接，幫助學(xué)生更好地理解學(xué)科的內(nèi)容體系及其研究過程，對自然界建立完整、全面的認(rèn)識，形成連貫、統(tǒng)一、系列的科學(xué)世界觀，從而更好地應(yīng)對未來的各種挑戰(zhàn)。這種學(xué)習(xí)經(jīng)歷將為學(xué)習(xí)者提供一個(gè)條理分明的智力和實(shí)踐框架，引發(fā)知識的整合、遷移，促進(jìn)學(xué)生的成長。