高中生物学实验教学中跨学科思维和方法研究

摘 要：高中生物学属于科学学习领域中的一个科目，其教材内容的设置与现行化学、物理等学科紧密联系，有较多的交叉点。而在高中生物学实验教学中，培养学生的跨学科思维和方法已经成为发展学生核心素养的重要途径。生物学实验不再是孤立的知识点，而是与其他学科交叉融合，呈现更为综合和复杂的特征。深入研究高中生物学实验教学中的跨学科思维和方法，提高学生的综合能力是非常重要的一个议题。

关键词：高中生物学；实验教学；跨学科思维；方法

中图分类号：G633.91 文献标识码：A 文章编号：1673-8918（2024）30-0094-05

随着科技的迅速发展和知识的不断积累，传统学科间的界限变得日益模糊，跨学科思维和方法的应用在教育领域显得愈发迫切。文章旨在通过系统研究，深入剖析高中生物学实验教学中跨学科思维与方法的应用，既从理论层面深入挖掘跨学科思维的内涵和特征，又从实践角度探究这些理论在生物实验教学中的具体运用。

一、 跨学科思维与方法的理论基础

（一）跨学科思维的定义与特征

跨学科思维涉及一种认知过程，即超越传统学科边界，积极整合不同学科知识，以创造性、灵活的方式解决问题。其特点主要在于广泛获取和综合运用知识，以及对问题进行多维度的分析和综合思考。不仅要求学习者具备扎实的专业知识，还强调其在多学科背景下将这些知识相互关联、相互渗透的能力。这种思维方式有助于促进学科之间的互补与交流，使学习者更全面地理解问题的本质，培养其更为灵活、创新的思维习惯。深入理解和有效运用跨学科思维对高中生物学实验教学的创新以及学生综合素养的提升至关重要。

（二）跨学科方法的概念与应用

跨学科方法是一种系统性的教学手段，旨在通过整合不同学科的理论与实践，使学生更全面、深入地理解和解决问题。这种方法不仅包括整合教育内容，还注重学科之间的相互支持和互动。在高中生物学实验教学中，采用跨学科方法不仅仅是将不同学科的知识点串联起来，更是通过设计有机的学科交叉活动，让学生在实际问题中应用跨学科思维解决实际问题。这不仅有助于学生建立更为系统的知识体系，还有助于培养他们在跨学科背景下协同工作的能力。深刻理解跨学科的概念，并在高中生物学实验教学中巧妙应用，对提高学科整合水平、开阔学生思维视野有着重要的指导作用。

（三）跨学科思维与方法在教育领域的价值

教育领域中跨学科思维与方法的价值不容忽视。首先，它拓展了学科的界限，打破了传统学科之间的壁垒，使学生更全面地理解问题。通过引入多学科知识，教育变得不再是孤立的学科传递，而是形成了更为综合和连贯的学科体系。这有助于学生更好地理解知识的内在联系，提高他们的学科综合素养。其次，跨学科思维与方法培养了学生的创新意识和解决问题的能力。在跨学科的学习环境中，学生被激发去探索知识的交叉点，从而形成创新的思维方式。这不仅培养了他们的跨学科思考能力，还有助于他们更灵活地应对未知的问题。最后，跨学科思维与方法培养了学生的团队协作和沟通技能。在跨学科的学习环境中，学生需要与来自不同学科背景的同学合作，共同探讨问题。这促使学生学会倾听和理解他人的观点，提高了他们的团队协作和沟通效能。

二、 高中生物学实验教学现状分析

（一）实验教学的重要性

在高中生物学学科中，实验教学扮演着至关重要的角色。通过实验，学生不仅能接触和记忆知识点，而且能通过亲身实践，深化对生物学理论的理解。实验教学为学生提供了一个独特的学习平台，使他们能够通过观察、实验和分析，培养独立思考和问题解决的能力。在实验过程中，学生不仅能够培养科学探究的兴趣，还能够锻炼实际操作的技能。此外，实验教学也有助于学生了解科学方法的运用，培养批判性思维和实证推理的能力。综合而言，实验教学在高中生物学学科中的重要性不仅在于为学生提供直观的学科体验，更在于培养学生的科学素养，为他们未来深入学科领域和解决实际问题奠定坚实基础。

（二）高中生物学实验教学的特点与挑战

高中生物学实验教学具有鲜明的特点，也面临一些挑战。首先，生物实验涉及生动复杂的生命现象，实验内容通常需要直观而深入的体验，以便学生更好地理解和掌握。其次，实验教学需要强调实践操作，学生在实验中需要亲自动手，提高实际技能，培养观察力和实验设计的能力。高中生物学实验教学也面临一系列挑战，如设备和材料的限制、实验安全的考量，以及时间和资源的有限性等问题。教师在实验设计和教学过程中需要全面考虑这些特点和挑战，通过巧妙地组织和引导，使实验教学更贴近学科实际，更能激发学生的学科兴趣和主动性。

（三）现行实验教学存在的问题与不足

在当前的实验教学中，一些问题和不足愈发凸显。首先，部分实验设计过于传统，缺乏跨学科融合，难以激发学生的兴趣和创新思维。其次，部分教学资源仍然受到传统教材的限制，未能充分利用数字化平台和虚拟实验工具，导致学生在实验过程中难以获得更广泛的学科信息。最后，实验课程的评估机制相对单一，缺乏全面考查学生跨学科思维和实际操作能力的手段。这些问题的存在影响了实验教学的效果，也阻碍了学生在实验中全面发展跨学科思维与方法的潜力。有必要对现行实验教学进行深入反思和改进，以更好地满足学生跨学科学习的需求。

三、 跨学科思维在高中生物学实验教学中的应用

（一）实验设计中的跨学科思维

在高中生物学实验教学中，实验设计阶段的跨学科思维显得尤为重要。首先，教师在设计实验时需考虑生物学、化学、物理等多个学科的知识，以确保实验问题得到全面而深入的探讨。通过跨学科思维，教师能够有机整合各学科的概念，确保实验既满足生物学的要求，又涵盖其他学科领域，从而激发学生对跨学科思考的兴趣。这种全面的实验设计不仅能够促进学科之间的交叉融合，也为学生提供了更广泛的知识背景，培养了他们在实验中灵活运用跨学科思维的能力。通过实验设计中的跨学科思维，实验教学得以更好地满足学科整合的需求，为学生的全面发展奠定了坚实基础。

（二）实验过程中的跨学科方法应用

在高中生物学实验教学中，实验过程中的跨学科方法应用对学生的全面理解至关重要。通过引入化学分析、物理测量等方法，学生在实验过程中得以更深入地探究生物现象背后的科学机制。如使用化学实验手段分析生物样本的成分，学生能够同时运用化学和生物学的知识，拓展对实验的认知。这种实验过程中的跨学科方法应用，使得学生能够更全面地理解实验内容，同时培养了他们灵活运用跨学科思维的能力。通过实际操作中的跨学科方法应用，学生得以体验不同学科的交叉点，拓宽了对实验问题的认知，为其跨学科思考的发展提供了有力的支持。这种全面而深入的实验方法应用不仅促使学生更加综合地理解生物实验，也为其未来在跨学科领域的学术和职业发展打下了坚实基础。

四、 高中生物学实验教学中培养跨学科思维与方法的策略

（一）课程设计与教学资源的跨学科整合

1. 课程设计中的学科融合策略

在高中生物学实验教学中，培养跨学科思维的关键在于采用有效的学科融合策略，这需要在课程设计中进行精心安排。该策略的目标是打破传统学科之间的隔阂，将生物学与其他学科有机地融合，使学生在实验中能够涉足多个学科领域。通过有机整合不同学科的知识和技能，学生能够更全面地理解实验的背景和目的。

例如，在学习“光合作用的原理”时，通过巧妙设计实验，教师可以引导学生从多个学科角度来分析光合作用这一复杂过程。首先，在生物学的视角下，实验可以包含植物的解剖学和生理学方面的内容。学生可以学习植物组织的结构，了解叶片中叶绿素的位置和分布，从而理解光合作用发生的细胞层面的过程。其次，从化学的角度，实验可以涉及光合作用中的化学反应。学生可以深入研究叶绿素在光合作用中的作用，以及二氧化碳和水在光合作用中的转化过程。这样的设计可以使学生将化学的知识应用到生物学实验中，形成更全面的认识。通过这样的综合设计，学生将在实验中综合运用生物学、化学等多学科知识，从而培养跨学科思维。

2. 创新教学资源的开发与应用

在高中生物学实验教学中，创新教学资源的开发与应用是促进跨学科思维培养的重要一环。这一策略的目标是通过整合各学科的案例、实验数据、模型等资源，为学生提供丰富多彩的学科背景，从而支持他们更全面地理解实验的内涵。教师可以利用新媒体和在线平台，呈现多学科的精彩资源，使学生在实验中不仅仅局限于生物领域，而是能够深度融合其他学科的知识。

以教学“地层中陈列的证据——化石”为例，首先，通过地质学的角度，教师可以积极开发丰富的案例资源，展示地层中陈列的各类化石，并介绍这些化石对地质历史的重要性。通过案例分析，学生可以深入了解不同地质时期的生物演化过程，从而理解化石在地质学中的应用。其次，从生物学的角度，教师可以提供有关不同化石的生物学特征和进化关系的信息。这有助于学生理解化石如何成为生物演化的重要证据，以及如何通过化石研究重建古代生态系统。

3. 实践中的问题解决与经验分享

在高中生物学实验教学中，实际中的问题解决与经验分享具有重要意义。教师在实践中应迅速解决跨学科实验中出现的问题，确保实验的顺利进行。通过这一实践过程，学生不仅能亲身体验跨学科思维的应用，还能培养在实际情境中解决问题的能力。通过教师的经验分享，学生得以深入了解解决问题的方法和思路，展示跨学科思维的实际运用。这种经验分享不仅有助于学生更全面地理解学科知识的实际运用，也为他们提供了解决类似问题的参考经验。这一过程不仅激发了学生对知识的实际兴趣，也培养了他们主动解决实际问题的能力。

（二）学生参与与互动的促进

1. 学生团队合作与跨学科项目设计

学生团队合作与跨学科项目设计在高中生物学实验教学中扮演着关键角色。通过组织学生参与团队合作，一同设计跨学科项目，鼓励他们在协同互动中深入探讨和解决实际问题。在这个过程中，学生不仅能学习生物学知识，还能在团队中将多学科知识融合，体验到协同合作所带来的卓越效果。

例如，在深入学习“细胞中的无机盐”这一主题时，通过组织学生进行团队合作，一同设计跨学科项目，有助于他们更全面地探讨这一生物学概念，并将化学等相关学科知识融入实验中。首先，学生可以从生物学的角度深入研究无机盐在细胞中的功能和影响。团队成员可以分工合作，深入研究不同类型的细胞，探讨无机盐在这些细胞中的作用，以及对生物体的重要性。其次，从化学的角度，团队可以研究无机盐的组成和性质，以及在细胞中的化学反应过程。通过实验设计，学生可以验证无机盐在细胞代谢中的具体作用，理解其中的化学机制。这样的设计将生物学与化学有机地结合在一起，有助于学生更全面地理解细胞中无机盐的角色。

2. 创设跨学科学习环境的课堂管理

在高中生物学实验教学中，教师在课堂管理方面应致力于创造一种积极的氛围，鼓励学生自由地提出各学科的观点。这样的环境有助于学生在课堂中更加自由地涉足不同学科领域，共同思考实验中的问题。以“酶的特性”为例，在这一主题的学习中，教师在课堂中应建立一种鼓励学生自由提出各学科观点的氛围，以促进跨学科对话的展开。首先，学生可以从生物学的角度出发，深入研究酶的高效性、专一性，以及与其他生物分子的相互作用，这有助于学生深度理解酶的生物学特性。其次，从化学的角度，学生可以研究酶的催化机制，深入了解酶与底物之间的化学反应。通过实验设计，学生可以验证不同因素对酶活性的影响，并结合化学知识解释实验现象。这样的跨学科设计使学生不仅关注酶的生物学特性，还将其放置在更广泛的化学背景下进行思考。

3. 学生参与评估与反馈机制的建立

在高中生物学实验教学中，教师应鼓励学生积极参与对实验过程和结果的评估，使他们成为学习过程的主体。通过学生参与评估，教师不仅可以了解学生对实验内容的理解和掌握程度，还能够发现潜在的学科交叉点。此外，建立反馈机制可以使得学生及时获得关于他们在跨学科思维和方法应用方面的表现的信息。学生参与评估与反馈的过程不仅有助于促使他们更深入地思考实验问题，也培养了他们对自身学科综合能力的认知。这种互动式的评估机制不仅提高了学生的学科参与度，还为他们提供了更多实践中应用多学科知识的机会，从而全面促进跨学科思维的培养。