新课程背景下高中生物跨学科主题教学设计研究

前言：

本文将以“新课程背景下高中生物跨学科主题教学设计研究”为题，展开系统性探讨，期望通过理论与实践的结合，为推动高中生物教学的范式转型提供一份有价值的参考，助力培养出更多能够洞悉生命奥秘、勇于探索未知、并能以智慧和责任感回应时代挑战的优秀学生。

一、跨学科主题教学的内在优势

（一）构建系统化的生命科学知识体系

认知心理学的“图式理论”提出人类的学习与记忆并不是对经验的盲目模仿，而是积极建构的过程。新知识能与头脑中已有知识结构即“图式”发生联系时才更易被理解和存储。跨学科主题教学的重要价值就是它主动地、有计划地在不同学科的“知识孤岛”之间搭建桥梁，让学生围绕一个中心主题，构建一个具有多个节点、多个层次和多维联系的立体化的认知网，让生物学教学不在孤立，而是成为连接化学、物理、数学、地理等学科的桥梁，提高知识的深度、广度和系统的程度[1]。

（二）深化“生命观念”核心素养的内涵

“生命观念”是生物学科核心素养首要素养，也是高于和丰富于知识本身的存在，是内在于认知的价值偏好和思维态度，包括结构与功能观、进化与适应观、稳态与调节观、物质与能量观等。以往的课堂教学多依赖对定义的理解和案例的解释来呈现这些观念，并使这些观念变得形式化和口号化，学生掌握了“结构与功能相适应”的表述，但却无法在复杂情境中把握这一观念对问题进行分析和判断。跨学科主题教学的独特价值在于创造了一系列来自现实世界、充斥着矛盾与困境和冲突的“鲜活情境”，促使生命观念嵌套在情境中进行“压力测试”。这些情境大多来自社会问题的呈现，生物学问题和经济社会学、伦理学、法学等不同学科的问题交织纠缠在一起，要求学生跳出生物学的限制进行多重价值取向下的价值判断与权衡，让生命观念从被“告诉”的知识变成亲身“感知”的智慧。

（三）激发解决真实世界问题的内驱力

“建构主义”学习理论的核心观点是，知识不是通过教师的灌输被动传递给学生的，而是学习者在与环境的交互中，基于原有认知结构，主动建构起来的。学习的动力源于认知冲突和解决问题的内在需求。跨学科主题教学通过设置一个源于现实生活、具有一定复杂性和挑战性的“驱动性问题”（Driving Question），能够有效地打破这种被动局面[2]。真实世界的问题本身就具有跨学科的属性，它无法用单一学科的知识完美解答，这就自然地制造了认知冲突，激发了学生的好奇心和探究欲。为了解决这个“大问题”，学生必须主动地、有目的地去学习和整合来自不同学科的知识与技能，学习过程从“要我学”转变为“我要学”，内驱力被极大激活。

二、跨学科主题教学的具体实施策略

（一）议题引领式教学法

议题引领式教学法正是 STSE 理念的直接体现，选取公众关注的、具有一定争议性或紧迫性的社会热点（如气候变化、公共卫生、食品安全等）作为教学的“总引擎”，能够自然而然地将散落在不同学科中的相关知识，整合到一个有意义的、学生感同身受的探究框架内，从而实现知识的有机融合与核心素养的同步培育[3]。

例如在教学人教版必修一《分子与细胞》第五章第四节“能量之源——光合作用”时，教师并不是一开始就切入到光合作用的化学层面，而是先向学生播放一段关于地球气候变化、我国领导人发表“中国力争 2030 年前达到碳排放峰值、2060 年前实现碳中和”愿景的讲话的视频；在关于温室效应的各种影像资料的冲击下，随后提出系列驱动性问题：“在这场关乎人类未来的'碳中和'战役中，我们最常见身边最不起眼的绿色植物到底承担了怎样的重要角色？作为未来公民的我们如何运用我们的科学知识去提升这些'绿色英雄'的'力挽狂澜'本领？”对于这样一个关乎地球命运的大问题和真实的问题，迅速把学生学习的目标由“掌握知识点”转向到“为解决全球性的问题贡献力量”上来。

基于议题，学生带着“植物是怎样固碳”的问题进入光合作用原理，将重点放在 CO2怎样通过光合作用的暗反应，经历“CO2 的固定”“C3 的还原”两个过程，转化为糖等有机物。叶绿体已不再是单纯的细胞器而是一个高效的“碳捕集”“碳转化”工厂。

教师引导学生理解了最基本的固碳过程之后，尝试给予学生更深层次的跨学科理解。化学途径的比较：再让学生了解C₃植物与 C₄植物（玉米、高粱等）在固碳途径上的差别以及“CO₂泵”的原理，进一步理解为什么C₄植物具有较高的光合效率，尤其是高温、强光和干旱等逆境下。这既是加深生物学知识的理解，也是化学生物学（Enzymology）的运用，也就是酶的不同对于反应速率的控制决定。地理空间的关联：让学生看“中国农业区划图”和“中国年均气温和降水图”，让他们小组探究：“为什么华北等气候相对干旱的北方地区盛产玉米、高粱等 C₄植物，而南北方降水充足且降水量大的地区基本是水稻（C₃植物）为主?”通过这种关联理解，学生将植物的微观生理机制与我国的宏观农业分布、我国气候与地理特征挂起钩来，形成了系统化的“人地协调”意识。

（二）项目式学习（PBL）整合法

PBL 与传统的“做项目”有本质区别，它不是学习完知识后的一个附属活动，而是“学习本身就发生在解决项目的过程中”。其核心特征包括：以一个“驱动性问题”为核心、持续的探究过程、真实性、学生的发言权与选择权、反思与修正、以及最终的公开展示。在跨学科教学中，PBL 提供了一个天然的“容器”，能够将不同学科的知识和技能无缝地整合到一个目标明确的完整任务中，让学生在“做中学”、“用中学”，深度建构知识并发

展高阶能力[4]。

比如，人教版选择性必修一《稳态与环境》中第三章“群落与生态系统”、第四章“生物多样性保护”。教师带领学生观察校园景观水池，用水样瓶取水，让学生直接目睹水体浑浊程度、臭味等问题。进而抛出项目的“驱动式问题”：“我们的校园水池正遭遇着富营养化的问题困扰，我们能否向大自然学习，设计并搭建一个微型人工湿地模型用来净化这些水体并用科学的检测数据来证明效果呢”？同时，再播放一些成功的人工湿地示范图片及视频，让学生产生兴趣并坚定信心。

项目一旦实施，学生感到自己的知识与技能有欠缺时，教师就需要“即时地”进行专门的“微课程”或学习资源包推送。生物学方面：以小组为单位探究“湿地生态系统自净机理”，如物理沉降、植物吸收、生物分解等；了解不同水生植物（如芦苇、香蒲、鸢尾）的植物的净水作用及植物的生长特性，并由此引出接下来的植物选择问题。化学方面：简单教学生一些水质检测的基本办法，如可自行购买简易的水质检测试剂盒，指导学生能够测出水体的“化学耗氧量 COD”“氨氮 NH3-N”“总磷 TP”等主要指标，且学生自己动手进行相关操作和学习理解其中每项检测指标的化学原理和意义。

学生以小组为单位开始设计并制作人工湿地模型，具有明显的工程设计难度。其中结构设计：要求学生利用塑料桶、PVC 管、水泵等用具设计完整的进水口、沉淀区、植物区和出水口的水流过程，包含水流速度、停留时间等因素；基质选择：学生进行讨论选择适合的基质（例如砂子、砾石、活性炭），了解不同基质的孔隙率、比表面积对于物理过滤和生化吸附的影响，这个过程中教师作为“指导老师”，只是进行咨询式答疑和建议，学生做出决策，有效培养学生的科学严谨态度和大数据分析能力。

（三）历史情境重现法

历史情境重现法，就是将学生带回到那些科学发展的关键历史节点，让他们“代入”到当时科学家的角色中，利用当时有限的线索和工具，去亲身经历和重演科学发现的思维过程[5]。这种方法能让冰冷的科学定律和概念变得有温度、有故事，更能让学生深刻理解科学的本质——它不是一堆静态的结论，而是一个动态的、充满人类智慧与精神的探索过程。

例如，讲授人教版必修二《遗传与进化》的第三章“基因的本质”时，教师把课堂教学环节稍加改动，还原出20 世纪 50 年代英国剑桥大学的卡文迪许实验室场景。引入：“欢迎来到 1953 年的剑桥。今天，我们不再是师生，而是一个国际合作的科学小组。我们将朝着一个世纪以来最重要的生命科学领域谜团——遗传物质DNA 的分子结构这个方向努力。”将学生分成四个组，分别扮演以下角色：志在必得的美国青年科学家“沃森”、冷静而高深的英国物理学家“克里克”、在伦敦国王学院独立研究的女物理化学家“富兰克林”和其同事“威尔金斯”。每个角色手中都会发到一张“人物卡”，里面介绍了这些人的性格、学术经历及掌握的信息。

接着，老师“化身历史目击者”，再依次向各小组“披露”当时已知的不同领域的重要线索。化学线索——查哥夫的“神奇比率”：公布生物化学家查哥夫的实验结果：无论在什么生物体的DNA 中，A 的数量总是跟 T 的数量相等，G 的数量总是跟 C 的数量相等。让学生们思考：“这看上去似乎是有些神奇的化学计量比例，DNA 分子的结构会给我们带来什么启示？”这一步揭示出“碱基互补配对”的这条根本规则。物理学线索——富兰克林的“51 号照片”：这是整个探案过程中最关键的环节。将那个名垂青史但有点“看图识字”的 DNA 的晶体 X 射线衍射照片展现给学生们。在没有受过物理学训练的学生那里，这张照片什么也看不清，这时候老师就得来一次“横转其他学科转”，要将图片告诉学生的物理学的内容转成结构信息：图中间的“X”就是螺旋结构(Helix)的典型衍射图。X 的分布与衍射之间的距离则可以算出螺旋的“螺距”（一圈的高度）、“直径”。

教师还可以为每个小组提供简易的 DNA 模型组件（可以用铁丝、橡皮泥、不同颜色的卡纸等）。要求他们在综合运用上述所有线索的基础上，动手搭建自己心目中的DNA 结构模型。这个过程会充满试错和争论：“碱基是在螺旋的内部还是外部？”“两条链是同向还是反向？”“如何才能既满足查哥夫法则，又符合照片51 号的尺寸限制？”学生在亲手搭建的过程中，体验了从零散证据到形成一个完整、自洽的理论模型的思维飞跃，有效将科学史教育与人文关怀和社会公正教育结合起来。

总结：

推行高中生物跨学科主题教学是一项系统工程，它对现有的教育生态提出了更高的要求，当越来越多的学生能够在高中阶段，通过这种整合、探究、富有挑战性的学习方式，去体验科学的整体之美、感受知识的应用之妙、并建立起对社会与未来的责任感时，我们所培养的，必将是能够从容应对 21 世纪复杂挑战、具备持续创新能力、并能以智慧和悲悯之心推动社会进步的栋梁之才。

参考文献：

[1]于飞飞.高中生物跨学科教学实践探究[J].知识文库,2025,(07):92-94.

[2] 郭迎 岚. 高中 生物 教学 中跨 学科 融合 的实 践与 探索 [J]. 基础 教育 论坛,2025,(S1):21-22.

[3]张得宗.高中生物跨学科实践教学模式探析[J].江西教育,2025,(16):10-12.

[4]杨玲.“双新”背景下高中生物跨学科项目化学习的设计与实施[J].现代教学,2025,(S1):63-64.

[5] 周新新. 高考导向下高中生物跨学科实践活动教学模式的研究[J]. 高考,2025,(07):127-130.