跨学科融合视角下初中生物创新实验的开发与实践研究

摘要：跨学科教学作为教育界备受关注的热点，教育部门提出要加快教学变革，增设跨学科实践主题，通过把生物、物理、化学等进行整合、应用。本文首先阐述了跨学科下初中生物创新实验开发的意义，其次分别从初中生物学跨学科创新实验的开发设计、初中生物学创新实验跨学科教学措施等方面，探讨了跨学科下初中生物创新实验的实施路径。

关键词：跨学科；初中生物；创新实验

一、跨学科下初中生物创新实验开发的意义

在当今教育改革的背景下，跨学科创新实验的核心在于打破传统学科壁垒，通过整合生物、物理、化学、数学等多学科知识，帮助学生构建完整的知识体系。传统的生物实验多局限于单一学科知识，难以满足学生对综合性知识的需求。因此，跨学科实验开发显得尤为重要。通过将物理、化学、数学等学科与生物实验相结合，跨学科实验为学生提供了全新的学习视角。例如，在探索植物光合作用的实验中，引入光谱分析技术，学生不仅能够了解光合作用的生物机制，还能通过物理手段分析光质对光合作用效率的影响。这种跨学科的整合不仅完善了学生的知识网络，还促进了他们对生命现象的深入理解。同时，跨学科创新实验能够拓宽学生的思维空间，培养他们的系统思维和创新思维。在开发微生物燃料电池时，学生需要综合运用生物、物理和化学知识，这种跨学科的知识整合能够有效提升学生解决复杂问题的能力，为他们的未来发展奠定坚实的基础。

二、跨学科下初中生物创新实验的实施路径

（一）初中生物学跨学科创新实验的开发设计

跨学科创新实验的核心在于整合多学科知识，通过生物与物理、化学、数学等学科融合，针对性地提升学生的科学素养和实践能力。在跨学科创新实验中，生物与物理的融合为学生提供了全新的视角。例如，通过物理中的大气压强原理来解释肺内气体的交换机制，不仅加深了学生对呼吸原理的理解，还体现了跨学科整合的优势。可以去专门设计呼吸的动态模型，这样学生能够形象了解呼吸中气压变化的过程。

第一设计简易实验装置

在跨学科创新实验中，我们设计了简易的呼吸系统模拟装置，将生物知识与物理原理相结合，通过透明塑料瓶模拟胸腔、气球模拟肺，以及橡胶膜模拟横膈膜的运动，直观展示了呼吸过程中气压变化的物理机制。将透明的塑料瓶看作是胸腔，瓶口连接气球当做是肺。在瓶底设置可移动的橡胶膜，形象展示横膈膜的运动。在橡胶膜向下拉动，塑料瓶里面的体积会变大，气压随着会降低，外面的空气进到气球里面，看作是吸气；当橡胶膜向上推的过程，塑料瓶里面的体积会变小，气压随之升高，气球空气排出则看作是呼气。利用所设计的模型，学生能够清晰理解气压和呼吸之间的联系。

第二教师还需要把数学内容融合进来，去测定和算出气压的变化的数值，画出气压和体积之间的变化曲线，促进对波义耳定律的理解，即在一定温度下，气体压强和体积有着反比的关系。这一方面让学生更深刻了解物理知识，另一方面还训练了数据分析技能。

第三想要让学生更好了解吸烟对健康的害处，教师要通过模型帮助学生理解。比如在气球之中可以投入烟雾颗粒，模拟吸烟后肺部的变化状况。借助观看烟雾在气球的沉积，学生可以形象看到吸烟对肺部的害处。通过观察烟雾颗粒在气球内的沉积，学生可以直观地看到吸烟对肺部的损害。同时结合生物学知识，讲解吸烟如何导致肺癌、慢性阻塞性肺病等疾病。这种跨学科的整合不仅仅增强了学生的健康意识，还进一步体现了创新实验在解决实际问题中的重要性。

在教学近视及其预防时，可以引入凸透镜设计眼球成像模型，提供护眼方法，引导学生多角度思考。第二初中生物和化学也有诸多的融合点，融入其他学科知识能帮助深入理解生物概念。比如学习到生物学中的碳氧平衡，可以和化学中空气以及光合作用的知识进行融合，并且化学中的高锰酸钾的还原反应，还可以为创新实验提供必要的方法，一定程度上可以实现跨学科知识的综合运用。

（二）初中生物学创新实验跨学科教学措施

跨学科教学是整合不同学科知识来解决复杂问题的方式，这可以解决分科教学下的弊端。生物学和不同课程有着紧密联系，跨学科实验教学，要指引学生关注各种课程的关联，发展其核心素养，促进学生综合分析能力的提升。教师需要根据各学科特点，设计具有综合性和情境性的跨学科学习主题，同时运用学科知识层级结构和问题解决链条法，开展跨学科创新实验。以下是具体措施：

第一教师要利用不同学科知识联系生活来设计实验方式，让实验内容更多样化，更具综合性。比如在学习到植物的光合作用时，可以融合化学知识，让学生知道光合作用中物质和能量动态变化过程。创新实验方法有利于加强学生的探索能力、创新意识，比如在研究动物的呼吸运动时，教师要利用传感器技术，监测呼吸频率和气体交换，让学生对实验有形象、直观的感知。

第二，创新实验开展综合化活动，创建开放实验室，加强教师指导，能够实现跨学科知识的融合，提升其核心素养。比如在探索生态环境时，教师要带领学生开展野外勘察、样品收集等，利用化学、地理等学科来解决现实矛盾。提供开放实验室，可以创造学生独立探索和实践的契机。比如在研究植物生长条件时，教师去要求学生自主思考实验方案，针对性加强他们的思考和解决问题能力。教师指导能够为创新实验提供保证，教师要拥有跨学科的知识储备和丰富经验，这样可以指引学生发现问题、进行假设、设计方案并落实。教师还要了解学生的真实性格和优势特长，这样可以采取有效的措施实现学生的个性发展。

三、结语

通过跨学科创新实验，学生不仅掌握了生物知识，还通过整合物理、化学、数学等多学科内容，培养了综合科学思维和解决复杂问题的能力。这种跨学科的教学为学生提供了广阔的学习空间，激发了他们的学习热情。未来的研究可以进一步探索跨学科创新实验在其他学科中的应用，以及如何更好地结合现代技术手段（如人工智能、大数据等）提升教学效果。同时教师赢注重在教学实践中不断总结经验，优化跨学科实验的设计与实施，以更好地促进学生的全面发展。

参考文献

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