摘 要：跨學科學習活動是相關人員立足新課程改革視域提出的新型教學模式，具有綜合性、實踐性與創(chuàng)新性。在高中生物教學中運用跨學科學習，可以為學生自主學習的發(fā)揮提供支架，對學生掌握多學科知識、發(fā)展高階思維能力與提升生物核心素養(yǎng)而言具有重要作用。文章立足核心素養(yǎng)培養(yǎng)角度，對高中生物的跨學科學習活動進行研究，旨在發(fā)揮跨學科學習活動的特性，指引學生從不同角度參與跨學科學習，支持學生利用多學科知識解決生物問題，強化學生學習效果。文章根據新人教版高中生物教材內容，分別對探究性跨學科學習實踐、綜合性跨學科的實驗學習實踐進行研究。

關鍵詞：核心素養(yǎng)；高中生物；跨學科學習

一、探究性跨學科學習實踐

探究性的跨學科學習是教師根據生物學科探究活動設計出的活動形式，要求學生在活動中綜合運用跨學科知識自主探索。此種跨學科學習實踐活動，在有效拓展學生思維、發(fā)展學生科學探究與生命觀念等核心素養(yǎng)方面具有顯著價值。在生物教學實際過程中，教師應根據教材內容，適當整合多學科內容、拓展課堂活動形式，為學生自主發(fā)揮、自主探究搭建支架。

（一）跨學科的反應模擬探究，拓展學生學科思維

反應模擬活動是跨學科的綜合性探究學習實踐的基本形式之一。在課堂教學中，教師根據課程內容組織開展對化學反應的模擬活動，讓學生通過模擬對化學反應進行探究。反應模擬活動可以調動學生的探究積極性，促使學生在探究的過程中理解學科知識、發(fā)展探究思維。

以新人教版高一必修一“細胞的能量貨幣ATP”教學為例，ATP結構是本節(jié)課核心概念，也是學生理解ATP作用的重要基礎。在細胞能量轉化中，ATP起到轉化、利用的作用，是細胞呼吸、細胞光合作用的重要樞紐。本節(jié)課教學中引導學生全面探索ATP的作用是十分必要的。對ATP是一種高能磷酸化合物概念解釋方面，如何突破學習難點，加強學科之間的聯系，拓展學生科學思維，也需要重點思考。教師整合跨學科知識，組織學生對ATP作用相關反應的探究性模擬實踐。通過模擬，學生可以利用跨學科知識遷移了解化學鍵斷裂等知識點，接觸磷酸基團離開ATP時的轉移原理。課堂上，教師先展示“螢火蟲發(fā)光現象”，組織學生閱讀詩歌《秋夕》，給學生講述囊螢夜讀的典故，以語文、自然科學等跨學科素材引出本節(jié)課基礎知識——ATP的功能，引起學生對ATP直接的能源物質進行思考。之后，教師提出跨學科探究活動任務：“請大家分別完成‘細線模擬高能磷酸鍵’‘彈簧模擬轉移勢能’，并且結合物理相關知識說說你是如何理解ATP的轉化作用的?！?/p>

教師以跨學科素材引發(fā)學生對“轉化”的思考，引出本節(jié)課核心知識點；以生物反應模擬探究支持學生遷移運用物理學科中的能量轉化原理，將其與生物中的ATP能量轉化進行類比。本次跨學科學習實踐中，學生在教師的引導之下突破本節(jié)課學習難點，進一步發(fā)展科學思維，掌握類比思考、對比探究等學習方法。

（二）跨學科的模型構建探究，發(fā)展學生核心素養(yǎng)

高中生物課堂上，教師應引入大量科學歷程、科學素材，引導學生開展自主探究。學生通過探究構建其他學科模型，依托模型對比分析生物現象、生物反應原理，從而深度理解生物知識。在模型構建的跨學科探究活動中，學生以小組為單位應用跨學科知識進行一系列探索，在構建模型的過程中逐漸形成物質與能量觀念、結構與功能觀等科學觀念，建立正確的科學本質觀，同時也樹立生命觀念與社會責任感，進一步實現核心素養(yǎng)的發(fā)展。

以新人教版高一必修一“光合作用的原理和應用”教學為例，光合作用的原理可以分為兩個階段，分別是光反應階段、暗反應階段。教師根據本節(jié)課主要內容，整合課內外素材設計了跨學科的模型構建探究活動?；顒又校處熃o學生播放“科學家們發(fā)現光合作用的過程”微課視頻，并提出要求：“請大家觀看視頻，思考在希爾的實驗中離體的葉綠體在什么樣的情況之下可以產生氧氣呢？”視頻中播放希爾實驗，同時顯示實驗提示——“離體葉綠體在光照條件下使水分解，釋放氧氣并還原電子受體”。學生觀看視頻，思考之后回答：“可以通過光照在沒有二氧化碳的情況之下產生氧氣。”教師提問：“希爾反應證明了什么”，讓學生認識到葉綠體必須有陽光才能產生氧氣，從而發(fā)生光合作用。

之后，教師引入化學學科素材，讓學生觀看這則新聞：“著名學術期刊《科學通報》2023年8月15日刊發(fā)最新研究成果顯示，中國科學家在實驗室內實現了從二氧化碳到糖的精準全合成，人工合成糖邁出關鍵一步?！碧岢鰡栴}：“人工合成糖是什么？請大家閱讀這則新聞，結合之前我們學習的糖的合成實驗，說說其原理是什么？大家可以繪制出其實驗反應結構嗎？”教師利用新聞素材引導學生構建化學學科“糖的合成”模型。之后，教師進一步引導學生對比“水的光解與糖的合成”，從化學學科角度繼續(xù)提出問題：“希爾的實驗是否可以說明水的光解與糖的合成不是同一種化學反應呢？”教師要求學生以小組為單位模擬化學反應中糖類的產生過程，逐步構建糖類的合成模型。學生根據糖類的形成循環(huán)過程完善光合作用反應模型，補充光合作用的暗反應階段，并且互相展示模型。

本節(jié)課跨學科學習活動中，教師引入化學學科內容引導學生思考，支持學生借鑒化學反應模型構建光合作用反應模型，認識到離體葉綠體的結構與功能之間的關系，正確理解生物科學本質，最終實現生命觀念等核心素養(yǎng)的發(fā)展。

二、綜合性跨學科學習實踐

綜合性實驗是學生學習學科知識、發(fā)展核心素養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)。在跨學科學習實踐中，教師可根據課程內容組織學生開展一系列綜合性的實驗活動，包括自主設計實驗活動、小組合作實驗研究活動等。學生綜合運用跨學科知識，認真思考實驗原理、精準把握實驗設計需求，參與實驗操作與研究，這既可以深化學生的科學思維與探究能力，又可以鍛煉學生的實驗操作能力，進一步提升學生核心素養(yǎng)水平。

（一）跨學科的自主設計實驗，鍛煉學生綜合能力

自主設計實驗活動具備自主性、開放性與實踐性，學生可以根據生物知識提出新穎實驗設想，創(chuàng)新實驗過程與裝置，體會實驗原理與實施過程，最終提高個人的綜合能力。在跨學科學習活動中，教師可以根據課程內容向學生提出“自主設計實驗”的要求，讓學生基于自己對生物知識的理解設計實驗方案，為學生綜合運用跨學科知識提供支架。

以新人教版高一必修一“酶的特性”教學為例，本節(jié)課核心實驗是“影響酶活性的條件”。在此之前，教師已經引導學生對酶的特性進行探索，學生對“酶”的作用機理具備基本理解。教師將“酶的特性”與化學學科“酸堿性”“化學實驗影響因素”等內容相結合，設計跨學科的開放性自主實驗設計任務：“請大家結合之前學習的‘酶的作用與本質’、化學學科實驗操作的影響因素等知識內容，借鑒‘淀粉酶對淀粉和蔗糖的水解作用’實驗，從不同角度探索酶的特性并且設計相應的實驗方案?！蓖瑫r，教師為學生發(fā)放“生物—化學”的化學課學習材料，分別為“過氧化氫的分解實驗方案”“不同溫度條件/酸堿值條件下的過氧化氫實驗變化”。學生小組閱讀化學實驗資料，發(fā)現“在化學反應中，溫度、酸堿值是影響反應速率的關鍵要素”。因此，學生提出疑問：“那么溫度與酸堿值是否會對生物實驗產生影響呢？”各組學生紛紛開始圍繞“溫度條件對酶的活性的影響”“溶液酸堿度對酶的活性的影響”“溶液的濃稠程度對酶的活性的影響”等問題展開實驗設計。各組學生紛紛選擇不同的角度設計實驗，進而形成了多樣化的實驗方案成果。

課堂上的跨學科綜合性自主設計實驗活動中，各組學生發(fā)揮聰明才智，結合自身參與過的化學實驗操作經歷，分別提出不同的假設，包括溫度影響、酸堿度影響、濃稠度影響，甚至有的學生小組認為光照、通風條件等都可以對酶的活性產生影響。各組學生在發(fā)散思維的同時，找到了多樣的實驗角度，紛紛設計實驗方案。雖然結果驗證影響酶的活性的因素主要為溫度與酸堿值，但是在學生自主假設、自主設計與驗證的過程中，學生結合化學學科知識進行思考、利用多學科知識設計實驗方案、利用數學學科的統(tǒng)計思想整理實驗數據、制訂表格，充分鍛煉了綜合能力，進一步提升了核心素養(yǎng)水平。

（二）跨學科的實驗研究，提高學生科學思維與探究能力

操作與研究實驗的亮點在于將實驗過程完全開放，將跨學科探索的選擇性還給學生。教師根據課程內容展示跨學科案例，引導學生結合多學科知識進行思考，之后利用問題逐步引導學生對實驗原理、實驗思路進行梳理，最后為學生提供跨學科素材，要求學生結合跨學科素材進行實驗操作與研究。比如，學生借鑒數學學科的數據統(tǒng)計法整理生物實驗數據。再如，借助信息技術學科的工具手段將生物實驗數據以可視化的形式呈現，深入研究實驗，獲得實驗結論。這樣的跨學科實驗活動可以進一步鍛煉學生的實驗研究與科研能力，發(fā)展學生的科學思維、科學探究能力，最終增強學生的核心素養(yǎng)。

以新人教版高一必修一“細胞呼吸的原理和應用”中的“探究酵母菌細胞呼吸的方式”實驗課為例，本節(jié)課要求學生以小組為單位進行合作實驗研究，旨在培養(yǎng)學生的合作探究能力、科學探究能力。本節(jié)課教師將生物活動與數學學科統(tǒng)計方法、信息技術學科數據、語文學科報告文學相結合，組織開展跨學科的實驗研究活動。在實驗之前，教師將學生分組，每五人為一組，要求學生在課前自主預習，閱讀相關實驗的成果資料，編寫閱讀思想報告（語文），學習實驗研究方法，包括實驗觀察、實驗數據與信息的分類記錄（數學）、實驗數據信息的整理與呈現（信息技術）、數據利用方法等。

課上，教師立足跨學科視角為學生布置實驗研究任務：“請各組學生完成‘酵母菌細胞呼吸的方式’實驗操作，并且盡可能多角度、深入分析實驗數據信息，請大家利用數學表格、信息技術、語文邏輯描述等多學科方法進行實驗研究，得出可靠的實驗結論，并且完成實驗報告的撰寫?！备鲗W生小組紛紛開展跨學科的實驗研究活動，有的學生小組認為化學學科的實驗分析模板十分科學，于是借鑒化學實驗分析框架搜集本次“酵母菌呼吸”的實驗信息。有的小組認為：“相較于葉綠體的實驗，酵母菌呼吸實驗現象變化不明顯，僅依靠肉眼觀察無法第一時間發(fā)現反應變化。”于是該小組采用數字化實驗系統(tǒng)、傳感器，借鑒信息技術學科的“數據可視化”方法進行實驗數據的實時采集與分析，在電腦界面上形成動態(tài)的實驗可視化圖形，更精準地把握酵母菌細胞的呼吸變化，更精細地分析影響酵母菌細胞呼吸的因素、論證酵母菌細胞的呼吸方式變化。有的學生認為：“化學與生物之間密切關聯，部分化學元素會直接干擾生物實驗的結果。”因此這組學生從“氧化反應及其還原反應”角度入手，在酵母菌細胞呼吸實驗中加入二氧化碳，讓酵母菌進行有氧呼吸，研究酵母菌細胞與二氧化碳的反應關系。

跨學科的開放性實驗研究活動中，教師將課堂空間完全還給學生，充分發(fā)揮學生主體性，支持學生立足跨學科角度進行設想，鼓勵學生將設想作為實驗研究的方向。這樣的學習活動不僅可以拓展學生的科學思維，開闊學生實驗研究思路，也可以讓學生經歷更豐富的實驗研究過程，讓學生在研究的過程中內化觀點，進一步提升科學探究能力，實現核心素養(yǎng)的培養(yǎng)目的。

三、結語

綜上，跨學科學習活動具有顯著的實踐性、創(chuàng)新性與探索性，是學生自主學習的重要支架，也是學生利用多學科知識自主探索的優(yōu)質載體?？鐚W科學習活動中，教師應為學生提供多學科素材，適當引導，支持學生自主探索，促進學生生命觀念、思維能力、科學探究與社會責任等核心素養(yǎng)的發(fā)展。今后的生物教學中，教師要想利用跨學科學習模式，就要緊扣課程內容，把握生物學科特點，選擇與生物相關聯的學科內容，盡可能為學生創(chuàng)設內容豐富、多學科新關聯的學習場域。

參考文獻：

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（責任編輯：張涵淋）