化学视角下的细胞呼吸跨学科实践活动设计与开展

引言：

随着新课程标准的实施，初中教育逐渐趋向素质教育和跨学科整合。传统的学科教学常常将知识割裂，导致学生学习内容碎片化，缺乏系统性。跨学科教学通过打破学科壁垒，促进知识融合，激发学生的学习兴趣和创新能力。生物学和化学是紧密相连的学科，细胞呼吸作为生物学的重要概念，涉及的化学反应帮助学生理解能量转化和物质代谢。通过从化学视角审视细胞呼吸，学生能更好理解化学反应的原理，进而加强他们的实验操作和科学探究能力。本文通过设计化学视角下的生物细胞呼吸实践活动，探索如何通过跨学科教学提高学生对这一复杂过程的理解。

一、化学与生物学科的交叉点与学科融合的意义

化学与生物学在许多方面具有天然的联系，尤其在生命科学和生物技术领域，它们的交叉点尤为显著。生物细胞呼吸这一生物学概念，涉及的是能量的转化和物质的代谢过程，而这些过程的发生正是基于化学反应的规律。细胞呼吸过程包括糖酵解、柠檬酸循环和电子传递链等环节，每一环节都涉及到复杂的化学反应。例如，糖酵解过程中的葡萄糖分解、柠檬酸循环中的 ATP 生成以及电子传递链中的氧化还原反应，都是化学原理的直接应用。通过在生物教学中引入化学视角，学生不仅能够理解细胞如何获得能量，还能掌握反应物质的性质、反应条件及其变化规律，这对学生理解生命过程中的化学变化具有重要意义。跨学科教学的优势在于，它能够让学生从多个角度看待同一个问题，增强他们对知识的深度理解，提升他们的综合思维能力和解决问题的能力，帮助他们更好地应对日常生活中的复杂挑战。

二、化学视角下的细胞呼吸跨学科实践活动设计

在设计这一跨学科实践活动时，首先要明确活动的教学目标和具体任务。对于学生来说，活动的目标不仅是了解细胞呼吸的基本过程，还要通过实验操作和数据分析，理解化学反应在细胞呼吸中的作用。在活动设计中，教师可以从以下几个方面进行安排：首先，通过讲解细胞呼吸的基本概念和化学反应方程式，帮助学生理解细胞如何将葡萄糖分解并转化为 ATP 等能量分子。其次，设计相关的实验活动，学生可以通过实验探究糖酵解过程中的化学反应，如观察酶催化反应的效率、记录产物的变化等。通过实验，学生能够实际感受到化学反应如何在细胞呼吸过程中发生，进而理解能量转化和物质代谢的过程。此外，活动的设计还应注重学生的自主探究和创新思维的培养。例如，学生可以设计自己的实验方案，探讨不同条件下细胞呼吸的效率变化，分析实验数据并得出结论。通过这种方式，学生不仅能增强动手操作能力，还能提高问题解决的能力和团队合作精神。最后，活动结束后，教师可以通过课堂讨论、实验报告和自我评价等方式，帮助学生回顾实验过程，总结经验，深化对化学与生物学知识的理解，同时加强学生的批判性思维能力和创新能力的培养。此外，教师应鼓励学生在分析实验结果时，结合化学反应的理论进行深度思考，激发他们进一步探索生命科学中的其他相关现象的兴趣。

三、实践活动的实施与效果分析

在具体的实践活动中，以某初中学校的生物与化学学科联合开展的细胞呼吸实验为例，学生通过小组合作完成实验任务，探讨不同条件下细胞呼吸的变化。在实验中，学生通过比较不同温度、pH 值和酶浓度对细胞呼吸的影响，了解化学反应在细胞中的重要作用。实验结束后，学生需要提交实验报告，并在课堂上分享他们的观察结果和分析结论。通过这一实践活动，学生不仅理解了细胞呼吸的生物学过程，还加深了对相关化学反应的理解，能够从化学的角度分析生命活动的本质。此外，通过实验数据和结论的分享，学生还提升了合作与沟通能力，在小组讨论中相互启发，共同解决实验中遇到的问题。根据实践反馈，学生在跨学科实践活动中的学习积极性显著提高。首先，学生对生物学内容的兴趣增强，因为他们能够看到化学反应如何直接影响生命过程，这种具体的、可操作的学习体验使学生对学科知识产生更强的认同感。其次，学生的实验操作能力和科学探究能力得到了提升。通过实验，学生不仅学会了如何设计和实施实验，还能通过数据分析得出科学结论，提升了问题解决的能力。最后，跨学科的教学方式帮助学生建立了知识的内在联系，使他们能够更好地理解复杂的生物学现象，并学会从多个学科角度思考问题，增强了他们的跨学科应用能力和创新能力，促进了他们综合素养的全面发展。

四、教学反馈与问题探讨

尽管跨学科的教学活动在一定程度上取得了预期效果，但在实践过程中也暴露出一些问题。首先，教师的跨学科教学能力参差不齐，部分教师可能缺乏对化学与生物知识交叉点的深入理解，导致教学内容的传递不够流畅，甚至出现学科内容的割裂。其次，跨学科的教学活动需要较多的教学资源和时间支持，一些学校在资源配置和时间安排上存在一定的限制，影响了活动的顺利开展，尤其在课时安排上，难以保证充分的实验和讨论时间。教师在活动设计时需要克服这些困难，以确保教学的连贯性和深度。此外，学生在进行跨学科学习时，可能会遇到知识体系整合的困难，尤其是在初中阶段，学生的学科知识还不够成熟，部分学生在理解复杂知识时可能会遇到困难，需要更多的引导和支持。教师应通过逐步引导，帮助学生建立更为系统的知识框架，同时加强跨学科知识的衔接和过渡，确保学生能够从多个学科的视角综合思考，提升他们的综合分析能力。最后，学校应增加相关资源投入，提供跨学科活动所需的设备和平台，保证教学活动的顺利实施。

五、结论与展望

通过本次跨学科实践活动的设计与实施，学生对化学与生物学科的知识有了更深刻的理解，尤其在理解细胞呼吸过程中的化学反应和能量转化方面，学生的学习效果得到了显著提高。未来，随着教育理念的不断创新，跨学科的教学模式将得到更广泛的应用。在此基础上，教师需要不断提升自身的跨学科教学能力，学校也应加大对跨学科教学的支持力度，以促进学生全面发展和综合素质的提升。通过跨学科教学，学生不仅能更好地理解知识，还能提高解决实际问题的能力，为未来的学习和社会实践打下坚实基础。同时，随着教育资源和技术的不断优化，跨学科的教学将更加灵活和个性化，助力学生成为具有创新精神和实践能力的综合型人才。

参考文献：

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本文系课题 FJK24092《基于核心素养的初中化学跨学科实践活动设计与实施研究》的成果。