物理知識與初中生物學實驗教學融合的研究

王文娟 孫美麗

【摘要】將物理知識與初中生物實驗結(jié)合，進行跨學科設(shè)計改進后應(yīng)用于生物學實驗教學中，能夠為學生在自然科學方面的學習提供整體思路，使初中理科知識融會貫通，培養(yǎng)學生發(fā)展跨學科的思維能力和多角度思考問題的能力。

【關(guān)鍵詞】生物學實驗教學;學科滲透;整合

我國初中教學主要采用的是分科教學，學科界限明顯，各學科在各自的領(lǐng)域內(nèi)深入研究，形成獨立的知識體系。長期以來，忽略學科之間的聯(lián)系，也忽視了學生認識世界的多角度、綜合性、全面性的特點，影響學生發(fā)散性思維和創(chuàng)新思維的發(fā)展。然而現(xiàn)代科學技術(shù)越來越傾向于學科綜合化的特點，這一發(fā)展趨勢，向初中學科教學提出了綜合化、多元化、交叉等特點的要求?？鐚W科教學，著眼于學生的全面發(fā)展，以達到培養(yǎng)綜合型人才的目標，也為學科教學提供新思路。本文以蘇科版初中生物實驗教學為例，闡述跨學科融合創(chuàng)新性實驗在初中生物學實驗中的應(yīng)用。

1.概念界定

本文中的實驗教學是指在物理、生物學實驗教學過程中，教師使用一定的實驗器材，通過控制某些實驗條件，引起實驗結(jié)果的某些變化，通過觀察這些實驗結(jié)果的變化獲取新知識或發(fā)現(xiàn)新規(guī)律的教學方法?？鐚W科融合創(chuàng)新性實驗，本課題是指在一個學習主題中或者一個項目中，融合物理、生物學實驗解決實際問題，為學生在自然科學方面的學習提供整體思路，培養(yǎng)學生發(fā)展跨學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（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、藝術(shù)（Arts）、數(shù)學（Mathematics）。STEAM教育就是集科學、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學多學科融合的綜合教育。STEAM教育理念并不是科學、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學教育的簡單疊加，而是將其組合成一個有機的整體，使學生具有跨越學科的思維方式。

3.跨學科融合創(chuàng)新性實驗案例分析

3.1人體的呼吸運動

《人體的呼吸》是蘇科版初中生物學七年級上冊第七章第二節(jié)內(nèi)容，其中“人體的呼吸運動”雖然容易體驗形成感受，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)不能展示過程，文字雖然能夠描述呼吸運動的過程，但是比較抽象，學生的理解只能停留在呼吸運動的感受上。若要進一步理解呼吸肌收縮、舒張引起胸廓容積變化，引起壓強變化，從而引起氣體進出肺，則需要借助物理模型講清這個道理。

【教學目標】嘗試運用模型說明呼吸運動的原理，體驗對模擬實驗。

【材料準備】飲料瓶、氣球、吸管、橡皮泥等材料。

【教學過程】

師：請同學們深呼吸，把手放胸部下側(cè)，感受呼吸時胸廓、肋骨的位置有什么變化？

生：我感受到吸氣時，肋骨上升，胸廓向外擴張，呼氣時，肋骨下降，胸廓向內(nèi)收縮。

師：請各小組閱讀課本，制作模擬人體呼吸運動的模型，解釋人吸氣時，外界氣體是如何進入肺的？呼氣時，肺內(nèi)氣體又是如何排出體外的？

學生用飲料瓶、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動的原理。

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，模擬當膈肌收縮時，膈頂下降，胸廓容積變大，肺容積擴大，肺內(nèi)氣壓小于外界大氣壓，氣體進肺，引起吸氣。向上頂氣球膜，模擬當膈肌舒張時，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。

【評價總結(jié)】

初中學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“呼吸運動”的現(xiàn)象、原理形成直觀和系統(tǒng)的認識。而初中實驗室條件有限，器材不全，通過利用身邊易得的材料制作物理模型結(jié)合物理知識研究分析，能夠有效地解決以上問題。學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)氣體壓強的變化，進一步引起肺容積的變化，肺內(nèi)氣體壓強的變化，引起氣體進、出肺，最終引發(fā)呼吸運動。

3.2植物的蒸騰作用

【教材分析】本節(jié)是蘇科版八年級上冊第18章第1節(jié)內(nèi)容，七年級上冊介紹過植物通過根吸收水分，導管運輸水分，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，對于植物自身和生物圈有什么意義等問題展開探究活動。但是水分的吸收和在植物體內(nèi)的運輸比較抽象，以水蒸氣的形式，更是看不見摸不著，學生難以理解，這就需要借助物理知識，將抽象的現(xiàn)象具體化，利于學生的觀察蒸騰作用的過程，進一步思考、理解蒸騰作用的意義。

【教學目標】

小組合作實施實驗，描述綠色植物的蒸騰作用的現(xiàn)象和過程，理解蒸騰作用對于植物自身和生物圈的意義。

【材料準備】

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（檢測水）等。

【教學過程】

師：請同學們自學課本，利用老師給大家的材料設(shè)計時間，測定植物的蒸騰作用？其中氯化鈷試紙遇到水會從藍色變成粉色，可以用來檢測水。

學生小組討論設(shè)計實驗，實施實驗，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驗。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明產(chǎn)生了少量的水;無葉組量筒中水位沒有下降，氯化鈷試紙沒有變成粉色說明產(chǎn)生沒有產(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驗。觀察到多葉+菊花組氯化鈷試紙變成粉色說明帶內(nèi)產(chǎn)生了水;菊花組氯化鈷試紙部分變成粉色說明產(chǎn)生了少量的水;無葉無花：量筒袋內(nèi)壁水珠極少。氯化鈷試紙沒有變成粉色說明產(chǎn)生沒有產(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驗。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。過一段時間，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;無葉組量筒中水位未下降，袋內(nèi)壁無水珠。

師：根據(jù)實驗現(xiàn)象，能夠得出什么結(jié)論？

生：植物蒸騰作用的散發(fā)水分，進行蒸騰作用的主要器官是葉，花、莖等其他器官也能進行微弱的蒸騰作用。

師：植物蒸騰作用將體內(nèi)的水以水蒸氣的形式釋放出來，物理上我們稱之為汽化。對植物自身有什么作用能？現(xiàn)在請同學們，用酒精棉球擦一下手背，體會一下什么感覺？

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，對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。

【評價總結(jié)】

本實驗設(shè)計結(jié)合物理實驗，對書上的實驗進行改進，用量筒代替錐形瓶，學生可以進行量的測定，準確記錄、分析數(shù)據(jù)，定量表述實驗結(jié)果。氯化鈷試紙的巧妙運用，學生在課堂上就能檢測到蒸騰作用產(chǎn)生的水，及時、直觀，大大縮減實驗時間、提高課堂效率。用酒精擦在手背上讓學生直觀感受，汽化能夠吸熱從而降低溫度，感同身受的理解蒸騰作用對于植物自身的意義。生物實驗中融合物理實驗知識，打破知識界限，為解決問題提供新的思路，更符合學生學習自然科學的方式，利于學生發(fā)散性思維和科學思維的形成。

4.討論

學生課堂上所學的知識，將來要應(yīng)用于社會實踐中，來解決實際問題，而解決實際問題往往運用到多門學科的知識。因此在初中生物實驗教學中，應(yīng)有意識的引導學生借助物理實驗知識一起解決問題。當然跨學科融合，并不是將物理、生物等知識簡單的相加，而是以具體實驗、問題、項目為導向，結(jié)合學生自身的已有知識和生活經(jīng)驗，找到不同學科用于問題處理的知識契合點，運用物理、生物學實驗知識和技能，在實踐中創(chuàng)新設(shè)計，解決實際問題。為學生在自然科學方面的學習提供整體思路，培養(yǎng)學生發(fā)展跨學科的思維能力和實踐能力。

參考文獻：

[1]陳富.甘肅省初中物理、化學和生物實驗教學現(xiàn)狀的調(diào)查與研究[D].西北師范大學.

[2]沈杰. STEM教育理念與跨學科實驗教學整合模式[J].文化創(chuàng)新比較研究，2019，003（010）：135-136.

[3]龔文軍.初中物理與化學生物地理交叉內(nèi)容的初步研究及其教學探索[D].華中師范大學.