王文娟 孫美麗
【摘要】將物理知識(shí)與初中生物實(shí)驗(yàn)結(jié)合,進(jìn)行跨學(xué)科設(shè)計(jì)改進(jìn)后應(yīng)用于生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,能夠?yàn)閷W(xué)生在自然科學(xué)方面的學(xué)習(xí)提供整體思路,使初中理科知識(shí)融會(huì)貫通,培養(yǎng)學(xué)生發(fā)展跨學(xué)科的思維能力和多角度思考問(wèn)題的能力。
【關(guān)鍵詞】生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué);學(xué)科滲透;整合
我國(guó)初中教學(xué)主要采用的是分科教學(xué),學(xué)科界限明顯,各學(xué)科在各自的領(lǐng)域內(nèi)深入研究,形成獨(dú)立的知識(shí)體系。長(zhǎng)期以來(lái),忽略學(xué)科之間的聯(lián)系,也忽視了學(xué)生認(rèn)識(shí)世界的多角度、綜合性、全面性的特點(diǎn),影響學(xué)生發(fā)散性思維和創(chuàng)新思維的發(fā)展。然而現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)越來(lái)越傾向于學(xué)科綜合化的特點(diǎn),這一發(fā)展趨勢(shì),向初中學(xué)科教學(xué)提出了綜合化、多元化、交叉等特點(diǎn)的要求。跨學(xué)科教學(xué),著眼于學(xué)生的全面發(fā)展,以達(dá)到培養(yǎng)綜合型人才的目標(biāo),也為學(xué)科教學(xué)提供新思路。本文以蘇科版初中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例,闡述跨學(xué)科融合創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)在初中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用。
1.概念界定
本文中的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是指在物理、生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中,教師使用一定的實(shí)驗(yàn)器材,通過(guò)控制某些實(shí)驗(yàn)條件,引起實(shí)驗(yàn)結(jié)果的某些變化,通過(guò)觀察這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果的變化獲取新知識(shí)或發(fā)現(xiàn)新規(guī)律的教學(xué)方法??鐚W(xué)科融合創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn),本課題是指在一個(gè)學(xué)習(xí)主題中或者一個(gè)項(xiàng)目中,融合物理、生物學(xué)實(shí)驗(yàn)解決實(shí)際問(wèn)題,為學(xué)生在自然科學(xué)方面的學(xué)習(xí)提供整體思路,培養(yǎng)學(xué)生發(fā)展跨學(xué)科的思維能力和探究能力。
2.研究的理論基礎(chǔ)
STEAM理念:STEAM代表科學(xué)(Science)、技術(shù)(Technology)、工程(Engineering)、藝術(shù)(Arts)、數(shù)學(xué)(Mathematics)。STEAM教育就是集科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)多學(xué)科融合的綜合教育。STEAM教育理念并不是科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)教育的簡(jiǎn)單疊加,而是將其組合成一個(gè)有機(jī)的整體,使學(xué)生具有跨越學(xué)科的思維方式。
3.跨學(xué)科融合創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)案例分析
3.1人體的呼吸運(yùn)動(dòng)
《人體的呼吸》是蘇科版初中生物學(xué)七年級(jí)上冊(cè)第七章第二節(jié)內(nèi)容,其中“人體的呼吸運(yùn)動(dòng)”雖然容易體驗(yàn)形成感受,但是身體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)狀態(tài)很難直觀的看到。書上的示意圖只能展示結(jié)構(gòu)不能展示過(guò)程,文字雖然能夠描述呼吸運(yùn)動(dòng)的過(guò)程,但是比較抽象,學(xué)生的理解只能停留在呼吸運(yùn)動(dòng)的感受上。若要進(jìn)一步理解呼吸肌收縮、舒張引起胸廓容積變化,引起壓強(qiáng)變化,從而引起氣體進(jìn)出肺,則需要借助物理模型講清這個(gè)道理。
【教學(xué)目標(biāo)】嘗試運(yùn)用模型說(shuō)明呼吸運(yùn)動(dòng)的原理,體驗(yàn)對(duì)模擬實(shí)驗(yàn)。
【材料準(zhǔn)備】飲料瓶、氣球、吸管、橡皮泥等材料。
【教學(xué)過(guò)程】
師:請(qǐng)同學(xué)們深呼吸,把手放胸部下側(cè),感受呼吸時(shí)胸廓、肋骨的位置有什么變化?
生:我感受到吸氣時(shí),肋骨上升,胸廓向外擴(kuò)張,呼氣時(shí),肋骨下降,胸廓向內(nèi)收縮。
師:請(qǐng)各小組閱讀課本,制作模擬人體呼吸運(yùn)動(dòng)的模型,解釋人吸氣時(shí),外界氣體是如何進(jìn)入肺的?呼氣時(shí),肺內(nèi)氣體又是如何排出體外的?
學(xué)生用飲料瓶、氣球、吸管、橡皮泥等材料制作的物理模型,利用模型解釋呼吸運(yùn)動(dòng)的原理。
生:用飲料瓶模擬胸廓,小氣球模擬肺,氣球膜模擬膈,吸管模擬氣管和支氣管。向下拉氣球膜,模擬當(dāng)膈肌收縮時(shí),膈頂下降,胸廓容積變大,肺容積擴(kuò)大,肺內(nèi)氣壓小于外界大氣壓,氣體進(jìn)肺,引起吸氣。向上頂氣球膜,模擬當(dāng)膈肌舒張時(shí),膈頂上升,胸廓容積變小,肺容積縮小,肺內(nèi)氣壓大于外界大氣壓,氣體出肺,引起呼氣。
【評(píng)價(jià)總結(jié)】
初中學(xué)生的抽象邏輯思維還未發(fā)展完全,仍然以具體形象思維為主,僅僅靠書上的文字和圖片描述,并不能對(duì)“呼吸運(yùn)動(dòng)”的現(xiàn)象、原理形成直觀和系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。而初中實(shí)驗(yàn)室條件有限,器材不全,通過(guò)利用身邊易得的材料制作物理模型結(jié)合物理知識(shí)研究分析,能夠有效地解決以上問(wèn)題。學(xué)生利用物理模型就不難理解由于呼吸肌的收縮和舒張供動(dòng)力,牽扯肋骨和膈肌狀態(tài)發(fā)生改變,引起胸廓容積的變化,胸廓內(nèi)氣體壓強(qiáng)的變化,進(jìn)一步引起肺容積的變化,肺內(nèi)氣體壓強(qiáng)的變化,引起氣體進(jìn)、出肺,最終引發(fā)呼吸運(yùn)動(dòng)。
3.2植物的蒸騰作用
【教材分析】本節(jié)是蘇科版八年級(jí)上冊(cè)第18章第1節(jié)內(nèi)容,七年級(jí)上冊(cè)介紹過(guò)植物通過(guò)根吸收水分,導(dǎo)管運(yùn)輸水分,本節(jié)將從水分大部分去哪兒了,從什么結(jié)構(gòu)散發(fā)出去,對(duì)于植物自身和生物圈有什么意義等問(wèn)題展開探究活動(dòng)。但是水分的吸收和在植物體內(nèi)的運(yùn)輸比較抽象,以水蒸氣的形式,更是看不見摸不著,學(xué)生難以理解,這就需要借助物理知識(shí),將抽象的現(xiàn)象具體化,利于學(xué)生的觀察蒸騰作用的過(guò)程,進(jìn)一步思考、理解蒸騰作用的意義。
【教學(xué)目標(biāo)】
小組合作實(shí)施實(shí)驗(yàn),描述綠色植物的蒸騰作用的現(xiàn)象和過(guò)程,理解蒸騰作用對(duì)于植物自身和生物圈的意義。
【材料準(zhǔn)備】
桂花樹枝條、帶根的綠蘿、盆栽植物、透明塑料袋、水、食用油、量筒、酒精、氯化鈷試紙(檢測(cè)水)等。
【教學(xué)過(guò)程】
師:請(qǐng)同學(xué)們自學(xué)課本,利用老師給大家的材料設(shè)計(jì)時(shí)間,測(cè)定植物的蒸騰作用?其中氯化鈷試紙遇到水會(huì)從藍(lán)色變成粉色,可以用來(lái)檢測(cè)水。
學(xué)生小組討論設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),實(shí)施實(shí)驗(yàn),描述現(xiàn)象,得出結(jié)論:
第1組代表:我們小組用帶根的綠蘿做實(shí)驗(yàn)。觀察到多葉組量筒中水位下降明顯,氯化鈷試紙變成粉色說(shuō)明產(chǎn)生了水;少葉組量筒中水位下降稍明顯,氯化鈷試紙部分變成粉色說(shuō)明產(chǎn)生了少量的水;無(wú)葉組量筒中水位沒(méi)有下降,氯化鈷試紙沒(méi)有變成粉色說(shuō)明產(chǎn)生沒(méi)有產(chǎn)生水或產(chǎn)生的水很少。
第2組代表:我們小組用菊花盆栽做實(shí)驗(yàn)。觀察到多葉+菊花組氯化鈷試紙變成粉色說(shuō)明帶內(nèi)產(chǎn)生了水;菊花組氯化鈷試紙部分變成粉色說(shuō)明產(chǎn)生了少量的水;無(wú)葉無(wú)花:量筒袋內(nèi)壁水珠極少。氯化鈷試紙沒(méi)有變成粉色說(shuō)明產(chǎn)生沒(méi)有產(chǎn)生水或產(chǎn)生的水很少。
第3組代表:我們小組用桂花枝條做實(shí)驗(yàn)。將三枝桂花樹枝條,一枝葉片全部剪去,一枝剪去一半的葉片,還有一枝不作處理。過(guò)一段時(shí)間,觀察到多葉組量筒中水位下降明顯,袋內(nèi)壁有很多小水珠;少葉組量筒中水位下降稍明顯,袋內(nèi)壁水珠較少;無(wú)葉組量筒中水位未下降,袋內(nèi)壁無(wú)水珠。
師:根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,能夠得出什么結(jié)論?
生:植物蒸騰作用的散發(fā)水分,進(jìn)行蒸騰作用的主要器官是葉,花、莖等其他器官也能進(jìn)行微弱的蒸騰作用。
師:植物蒸騰作用將體內(nèi)的水以水蒸氣的形式釋放出來(lái),物理上我們稱之為汽化。對(duì)植物自身有什么作用能?現(xiàn)在請(qǐng)同學(xué)們,用酒精棉球擦一下手背,體會(huì)一下什么感覺?
生:手背涼涼的。
師:這也是汽化現(xiàn)象,想一想,植物蒸騰作用將體內(nèi)的水以水蒸氣的形式釋放出來(lái),對(duì)植物自身有什么意義?
生:降低葉表面的溫度,防止植物在炎炎烈日下被灼傷。
【評(píng)價(jià)總結(jié)】
本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)合物理實(shí)驗(yàn),對(duì)書上的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn),用量筒代替錐形瓶,學(xué)生可以進(jìn)行量的測(cè)定,準(zhǔn)確記錄、分析數(shù)據(jù),定量表述實(shí)驗(yàn)結(jié)果。氯化鈷試紙的巧妙運(yùn)用,學(xué)生在課堂上就能檢測(cè)到蒸騰作用產(chǎn)生的水,及時(shí)、直觀,大大縮減實(shí)驗(yàn)時(shí)間、提高課堂效率。用酒精擦在手背上讓學(xué)生直觀感受,汽化能夠吸熱從而降低溫度,感同身受的理解蒸騰作用對(duì)于植物自身的意義。生物實(shí)驗(yàn)中融合物理實(shí)驗(yàn)知識(shí),打破知識(shí)界限,為解決問(wèn)題提供新的思路,更符合學(xué)生學(xué)習(xí)自然科學(xué)的方式,利于學(xué)生發(fā)散性思維和科學(xué)思維的形成。
4.討論
學(xué)生課堂上所學(xué)的知識(shí),將來(lái)要應(yīng)用于社會(huì)實(shí)踐中,來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題,而解決實(shí)際問(wèn)題往往運(yùn)用到多門學(xué)科的知識(shí)。因此在初中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,應(yīng)有意識(shí)的引導(dǎo)學(xué)生借助物理實(shí)驗(yàn)知識(shí)一起解決問(wèn)題。當(dāng)然跨學(xué)科融合,并不是將物理、生物等知識(shí)簡(jiǎn)單的相加,而是以具體實(shí)驗(yàn)、問(wèn)題、項(xiàng)目為導(dǎo)向,結(jié)合學(xué)生自身的已有知識(shí)和生活經(jīng)驗(yàn),找到不同學(xué)科用于問(wèn)題處理的知識(shí)契合點(diǎn),運(yùn)用物理、生物學(xué)實(shí)驗(yàn)知識(shí)和技能,在實(shí)踐中創(chuàng)新設(shè)計(jì),解決實(shí)際問(wèn)題。為學(xué)生在自然科學(xué)方面的學(xué)習(xí)提供整體思路,培養(yǎng)學(xué)生發(fā)展跨學(xué)科的思維能力和實(shí)踐能力。
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