藝術與生物學的跨學科融合路徑研究

摘 "要：文章探討了生物學與藝術的跨學科融合，強調基于真實情境的跨學科學習對于學生知識體系的構建具有重要作用。文章主要探討了三條跨學科融合路徑：一是設計藝術與生物學融合的跨學科作業，二是有效應用生物學教材圖示，三是在生活實踐中促進藝術與生物學的跨學科融合。通過設計“未來生物”作業，鼓勵學生結合生物學知識與藝術設計，提升創新能力和綜合素養；通過巧用教材圖示，幫助學生突破生物學知識難點，增強對復雜生理過程的理解；通過將藝術創作融入生物教學，培養學生的審美能力和綜合素質。文章旨在通過這些實踐探索藝術與生物學的深度融合，促進學生科學思維與藝術素養的共同發展。

關鍵詞：跨學科融合；未來生物設計；美育；教材圖示

《中國教育現代化2035》指出，“全面加強和改進學校美育，堅持以美育人，以文化人，開齊開足美育課，提高學生審美和人文素養。”盡管藝術創造是美育的重要途徑之一，但社會上常將藝術與“特長”或“天賦”聯系在一起，形成了藝術的“高架”觀念。實際上，藝術與生活密不可分，生命本身就是一件令人嘆服的藝術品。在生物教學中，藝術無處不在。

在信息快速更新和技能迭代的時代，傳統的單一生物學科碎片化教學已無法滿足學生的知識能力需求，青少年需要培養基于真實情境的問題解決能力。跨學科實踐有真實、綜合的特點。研究表示，跨學科教學可促進學生學習，培養創造力、批判性思維、協作和溝通能力。文章嘗試探索藝術與生物學的跨學科融合路徑。

一、設計藝術與生物學融合的跨學科作業

藝術與生物學融合的跨學科作業設計應遵循以下步驟：確定作業主題—整合學科資源—確定跨學科的教學目標—確定跨學科作業的評價方式—學生完成作業—作業成果展示—作業反饋及評價。

以“未來生物”作業設計為例。

1. 作業布置：“歡迎來到2050！（1）恭喜你獲得‘免費定制一個細胞’的機會，請畫下你要定制的細胞，簡要描述它的形態/功能/設計理念，并介紹可能用到的材料用具、技術等。（2）‘未來多樣性創造協會’邀請你為生物（動物、植物、微生物等）設計未來藍圖。請畫出它們的模樣，并作簡要介紹。”

2. 設計目的：通過對細胞工程、基因工程等前沿生物技術知識的學習，學生對未來生物有了新的視角。教師通過將學生帶入2050年的未來情境，激發他們的想象力。學生需要調動新舊知識、查詢資料，譜寫“未來生物狂想曲”，培養他們的學習與創新能力，提升信息素養，感受藝術設計與科學融合的魅力。

3. 成果展示：教師對學生的作品做出點評，并對設計思路新穎的作品做重點分享。學生的思路主要圍繞以下幾個方面：

（1）借鑒“馬鈴薯—番茄”雜種植株的培育，暢想“萬果樹”、希望小王子的“玫瑰花”能長番薯等。（2）借鑒“單克隆抗體”的生產，設計“超級抗毒細胞”、植入人類細胞的葉子、“美人魚”“魷魚與蝎子”等。（3）使人類具備“超能力”，如“超強記憶細胞”“籃球細胞”、使人們全身放松的細胞、護眼的“杯眼細胞”、與納米技術結合的細胞等。（4）一些對未來人類生活的思考，如有“愛心”的幸福小人（圖1）；未來的魚；戴上仿生翅膀，飛往凝固的云朵上看夕陽（圖2）；戴防毒面具的人類等。 （5）科技服務于生活，如“幫幫機器人”，既可以當小型交通工具，又能實時監測健康，還可以幫老人做家務。

4. 作品評價：學生在作品中展現了豐富的想象力，也表達了深切的人文思考。從“與納米技術結合的細胞”一圖可以看出陳同學的科技素養，他描述道：“這是一個單細胞，細胞內含有許多線粒體，極強的細胞流動性能夠使細胞主動向帶有輻射的物質靠近并吞噬；尖形頭部使其具有強大的撕破力和減少阻力，將所吞噬的物質轉化為能量，進行自我修復；另外，細胞進化出一個尾巴和兩個推進器，以增加細胞的靈活性。”圖1則傳遞了其相信人類終將用愛心戰勝新冠疫情的美好信念，也表達了“希望每個小伙伴都在愛與誠里長大”的美好祝福。

“未來生物設計”就像一次生物科學與藝術的盛宴，引領學生在科學思維的指導下暢想未來世界，樹立生命觀念，思考人類命運共同體，增強社會責任感。畫圖這種形象化的方式可以讓學生更好地培養結構與功能觀，從而提高對生物學知識的理解和運用能力，提升學生的科學素養和實踐能力。

二、有效應用生物學教材圖示

生物科學圖畫融合了理論美、自然美和藝術美，教材的每幅圖都經過精心挑選，嚴謹而生動。教師可以通過圖示引導學生建構知識，將抽象的理論具體化，特別是對于如細胞呼吸、光合作用、減數分裂、特異性免疫等重要生理活動，這些活動通常具有抽象、步驟繁多和知識點瑣碎的特點。除了借助視頻教學和分步驟講解外，教師可以靈活應用教材圖示，通過“臨摹式”繪圖、“默寫式”繪圖以及將題型融入圖示等方式，加深學生對生理過程的理解，并提升藝術素養。

“臨摹式”繪圖要求學生臨摹課本中的生理活動圖示，引導學生關注細胞的“結構特點”和“關鍵事件”。例如，在繪制“體液免疫”圖示時，學生繪制病毒與B細胞結合的過程時，會聯想到病毒表面的“刺突”與B細胞表面的“受體”結合的細節，從而加深對細胞膜屏障功能及信息交流功能的理解。通過模仿課本繪圖，學生也會注意到一些細節，例如在繪制“有氧呼吸”圖示時，第一階段產生的丙酮酸需進入線粒體基質中完成第二階段的反應。“默寫式”繪圖則是將課本合上，憑記憶繪制生理活動的關鍵步驟，從而檢索和鞏固關鍵知識。

除了直接參照教材圖示，教師還可以對課本中的圖示進行改動，將題型融入其中。例如，在講解必修二第2章第2節“基因在染色體”后，教師可以對“減數分裂和受精作用”中的“減數分裂示意圖”（教材P22）進行改動，引導學生在圖示中標注基因型，幫助學生理解“互換”對生殖細胞多樣性的影響（如圖3所示）。“減數分裂的示意圖”展示了減數分裂過程中“互換”現象對生殖細胞的影響。首先，賦予該精原細胞基因型，如AaBb，并在圖示中標出，引導學生在教材上標注該圖其他時期的基因型。在繪圖過程中，學生理解了“基因在染色體上”的含義，認識到“互換”對生殖細胞多樣性的意義。

類似地，在講解“自由組合定律”的實質時，教師可以對“哺乳動物精子的形成過程示意圖”（教材P19，必修二第2章第1節）中的精原細胞標注基因型，讓學生為后期各細胞階段標注基因型。通過繪圖，學生可以理解：在減數分裂的過程中，“等位基因會隨同源染色體的分開而分離，分別進入兩個配子中”“同源染色體上的等位基因彼此分離的同時，非同源染色體上的非等位基因自由組合”。學生很快理解了“自由組合定律”的實質，學會在減數分裂情境中推斷生殖細胞的基因型。在繪圖過程中，教師還可以借助學生常見錯誤，如“減數第一次分裂末期同源染色體未分離”的情況，介紹染色體數目異常的常見情形。

三、在生活實踐中促進藝術與生物學的跨學科融合

藝術與生物學的跨學科融合可以立足于生活化的藝術資源，讓學生在生活實踐中提升跨學科融合的學習體驗，發展綜合素養。教師通過引入生物攝影作品、視頻和模具等藝術素材，能夠有效提升學生的藝術素養。教師可以展示每年的“尼康微世界”攝影大賽獲獎作品，并鼓勵學生參賽。此外，還可以將彩豆畫、壓花、藝術插花、盆景設計等以生物為素材的藝術活動融入生物教學，為學生提供感受自然美的機會。例如，在教授選擇性必修二第4章第3節“生態工程”時，教師可以要求學生結合生態工程原理設計盆景。一份盆景設計作品不僅體現了學生的科學基礎、人文理念、審美情趣和藝術創造力，還展示了其信息素養等綜合素質。

文章展示了藝術與生物學跨學科融合的幾種思路，總結了生物學繪圖在教學中的實際應用及其改進方向。更多的跨學科融合方案有待進一步探索。將藝術融入生物學教學不僅可以培養學生的科學思維，還能讓學生深刻體會生命的真善美。

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（責任編輯：向志莉）