初中生物學跨學科實踐中應用混合式學習

梁喆?李雪云

［摘要］ 在跨學科實踐中，基于新課標進行“問題性驅動—跨學科實踐—混合式學習—科學型思維”的教學設計、開發與實踐，以“測定食物中的能量”為例，通過模擬制作氧彈式熱量計，聯系物理學比熱容和熱值、化學燃燒條件等知識，探究生物學中食物中能量的測量。在實施過程中，注重整合主題情境開展項目探究，建構知識體系，拓寬評價范式，形成融合科學與技術的新視角，以發展學生的必備品格和關鍵能力。

［關鍵詞］ 跨學科實踐；混合式學習；測定食物能量；科學與技術

《義務教育生物學課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”）中要求“生物學與社會·跨學科實踐”學習主題約占總課時數的10%，其包括模型制作、植物栽培和動物飼養、發酵食品制作三類跨學科實踐活動，旨在讓學生認識生物學與社會的關系，理解科學、技術、工程學、數學等學科的關系，嘗試運用多學科知識和方法，通過設計和制作，解決現實問題，發展核心素養。在跨學科實踐中應用混合式學習，以“線上線下”混融共生的新思路，充分發揮學生自主性和自控型學習能力。在生物學科“測定食物中的能量”活動中，通過關聯物理學比熱容和熱值、化學燃燒條件等科學學科知識進行實驗探究，整合主題情境，建構知識體系，拓寬評價范式，形成融合科學與技術的新視角，以發展學生的必備品格和關鍵能力。

魯科版初中生物學七年級上冊第二章“人體的營養”第一節“食物中的營養物質”的科學探究部分，要求通過實驗測定食物中的能量。生物學學科要求用科學探究的方法測定食物中的能量，新課標中對本節知識的要求是“說出人體需要的主要營養物質”。教材中安排了“資料分析”和“表格填寫”活動，讓學生查閱資料、分析數據、調查研究，以獲取知識、提高能力。針對食物中的能量，可以通過轉化，將其變成水溫的升高，以水吸收的熱量來表征食物中的能量。

跨學科實踐提倡利用不同學科知識進行現實生活的觀察和問題解決，把創新實踐提前到學生的學習階段，培養學生綜合性應用不同學科知識、以激發學生的自主學習與探究、解決學習生活中問題的能力。對七年級的學生來說，1 mL水每升高1℃需要吸收4.2 J能量這一問題，一般很難理解。實際上，該問題與物理學科的比熱容、熱值知識，化學學科的燃燒條件知識等是緊密聯系的。而混合式學習是線上、線下混融共生，其包含對學習資源的整合、學習方法的適配、學習者的自主探究。混合式學習中需要根據學生的個性特點，引導學生主動選擇適合自己的學習方法，實現學習力的提升。混合式教學視域下，依托網絡與技術等平臺，在課程標準的指導下，發揮課堂互動的重要作用，能夠幫助學生構建知識體系，形成邏輯思路，發展科學思維，引導學生走向深度學習。具體來說，跨學科實踐中應用混合式學習的設計與實施（如圖1所示），圍繞學科間的大概念整合科學知識的主題情境，運用科學思維導圖的方式建構跨學科知識體系，研究中針對真實情境問題開展項目探究，注重營造智慧技術氛圍以拓寬評價范式。

一、圍繞學科間大概念整合主題情境

大概念反映學科本質，居于學科中心位置。以大概念整合生物學測定食物中能量主題，能夠促進學生對知識本質的理解，統整大概念的科學設計有助于夯實生物學實驗深度教學。美國《K-12科學教育框架》中重視整合科學與工程實踐、跨學科概念和核心概念，形成七項跨學科概念。測定食物中的能量對應了生物學、物理學、化學等不同學科教材中的不同知識（如表1）。生物學教材中測定食物中的能量，所根據的是熱量傳遞后的1 mL水每升高1℃吸收4.2 J能量，這是水的比熱容知識；食物燃燒是化學知識，燃燒的必要條件——氧氣充足且與空氣接觸面積大。從生物學知識中關聯物理學和化學的知識，是跨學科整合的紐帶。基于學科大概念的中心作用，統攝科學學科的知識體系，能夠使教學資源更豐富。

二、運用科學思維導圖建構知識體系

生物學研究從細胞到生物圈，物理學研究從物質、運動與相互作用到能量，化學研究從組成結構到轉化與應用。在跨學科實踐中，圍繞整合的焦點將生物學、物理、化學三個學科知識進行統整，以思維導圖的形式將測定食物總的能量主題的知識體系圖形化，構建學生對問題的發散性思維。通過生物學的知識，運用物理學和化學知識來分析測量能量的整個探究過程，以比熱容的知識分析能量的變化，從水的吸熱變化推算食物中所含有的能量；以熱值的知識切入，提高食物燃燒的程度，同時考慮熱量散失的問題；以燃燒的定義和條件完善所需測定的食物，提高其燃燒的充分性。通過繪制的思維導圖，促進學生構建系統知識結構，鏈接更多的跨學科知識區塊，統整跨學科知識體系（如圖2所示）。

三、針對真實情境問題開展項目探究

基于測定能量真實情境的項目活動的視角進行跨學科實踐，對問題解決具有驅動力，對項目活動具有自主性。在測定能量的項目活動中，創新物理學中比熱容知識之量熱杯的使用，激發對生物學測量食物能量的思考。針對傳統實驗溫度計易觀察、數據難收集、熱量散失多、數據誤差大等問題，通過模擬氧彈式熱量儀測定能量，尋求科學對策解決測量能量的問題，搭建測試模擬實驗裝置讓學生真實參與，以實驗裝置的制作及數據的收集、分析與處理等過程，展現學生的科學探究能力。從混合式教學的視角看，該活動探究是不同學科知識的混合、不同學習方式的混合、不同平臺展示的混合等，充分呈現了項目活動培育科學素養的綜合維度。

查閱魯科版教材中關于常見食物成分表，我們整理了花生和核桃這兩種堅果的數據，并通過實驗將相應的參數和測得的數據記錄到表格中（如表2）。經過實驗數據分析，提煉出以下問題：（1）食部為去掉不可食用部分后所剩的可食部分，本實驗是整顆果實進行，未作食部處理，這是導致誤差出現的原因之一；（2）選用的廢棄后的奶粉罐制作比較簡易，效果也很好，特別是認為雙層結構保溫效果足夠，但仍存在很大熱量的散失；（3）實驗中對所選擇的食物未進行多次測量取平均值，也會造成一定的誤差；（4）實驗中所選用的實物種類較少，未來課堂分組實驗，可以做進一步的探索，測定更多食物的能量。

四、營造智慧技術氛圍拓寬評價范式

生物學教學中，要善于捕捉與其他學科相關聯的知識點，兼顧科學與合理的原則，借助技術創設符合中學生身心特點的學習情境和評價機制，以開闊其視野。S省Z市初中生物學、物理、化學的綜合性評價包含紙筆考試終結性評價（45分、80分、55分）和實驗技能操作評價（5分、10分、5分），最終再通過轉換以等級的形式呈現結果。未來評價則需要更多地融合動手實踐的參與性評價，通過實驗探究和動手參與，實現綜合素質評價的程序科學、精準，為師生減負提效。網絡、數據和智能等技術的日趨成熟，增強了對學生評價的輔助，然而中高考的選拔性決定了區分度問題，在融合紙筆終結性評價、實驗探究性評價、動手參與性評價中，建立基于學科原始分值計入權重后再加權平均的權重計分法，將更有助于呈現出學生的特長學科優勢。

審視從生物學測定食物中能量關聯物理學和化學知識的視角，跨學科實踐有利于統整更多的學科教學資源，并且應用混合式教學，既兼顧線上與線下借助信息技術平臺和網絡等媒介的模式，又可以混合不同學科的共振點、不同的方法同歸路，超越了單一學科范疇，有助于促進學生深度學習。

[本文系山東省教育發展研究2022年度立項微課題“Phyphox賦能科學探究實驗的實踐應用”（項目編號：FJ142）和山東省教育科學“十三五”規劃2020年度立項課題“初中物理混合式教學生態區塊鏈研究”（項目編號：2020ZC074）階段性研究成果]

［參考文獻］

［1］高錦紅，吳爽.量熱計用于滋補類食品熱值測定分析[J].食品工業，2018，39（09）.

［2］應學超.“混合式教學”視域下學生學科核心素養培育的策略探析[J].中學生物教學，2021（23）.

［3］金冬桂，楊淑萍.基于大概念的跨學科資源整合：以“光合作用”為例[J].中學生物教學，2019（19）.

［4］梁喆，李金玲.統整大概念單元設計夯實物理實驗深度教學：以整合《透鏡》單元教學為例[J].生活教育，2020（07）.

［5］謝紹平，董秀紅.美國新《K-12科學教育框架》解讀[J].外國中小學教育，2013（04）.

［6］林亞.基于課標的生物學、化學跨學科教學研究：以“酒精的學問”為例[J].中學生物教學，2018（17）.

［7］楊靜.“測定某種食物中貯存的能量”探究實驗裝置的改進[J].生物學教學，2018，43（02）.

［8］詹琪芳.基于項目化學習的跨學科整合與實施：以建構“血糖平衡的調節”模擬模型為例[J].中學生物教學，2021（10）.

梁 喆? ?山東省淄博市淄川第二中學。

李雪云? ?山東省淄博市淄川第二中學，高級教師。