跨学科知识在高中生物学探究性实践活动中的应用
摘要：将跨学科知识融入生物学探究性实践活动，有助于落实学科核心素养，引导学生感悟生命科学本质。在教学实践中，教师应遵循科学性、启发性和适度性原则，精心研读教材并筛选跨学科知识，组织学生开展跨学科探究性实践活动。以人教版生物学教材为例，开展跨学科实践活动可采用挖掘教材“学科交叉”旁栏中的跨学科知识、拓展教材“探究·实践”栏目中的跨学科知识、归纳教材“思考·讨论”栏目中的跨学科知识这三种做法。
关键词：跨学科知识；探究性实践活动；高中生物学
教学过程重实践是《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称“《高中生物学课标》”）提出的基本理念，即强调让学生通过探究性实践活动加深对生物学概念的理解和应用，能够用科学的观点、知识和方法探讨或解决生物学问题。同时，《高中生物学课标》还在“教学与评价建议”中指出：“加强学科间的横向联系，有利于学生理解科学的本质、科学的思想方法和跨学科的科学概念和过程，这将有利于学生建立科学的生命观，逐步形成正确的世界观，发展生物学学科核心素养。”生物学是自然科学中不可或缺的一门基础学科，其思想方法、基本原理和研究内容，与物理、化学和数学等学科有着密切的联系。因此，打破学科之间的界限，引导学生利用跨学科知识和方法多角度分析生物学现象，对突破教学难点、培养学生综合解决生物学问题的能力、提升学生生物学学科核心素养等具有重要意义。下面，笔者结合具体教学案例，详细阐述如何将跨学科知识应用于生物学探究性实践活动中。
一、跨学科知识在生物学探究性实践活动中的应用价值
将跨学科知识融入生物学探究性实践活动具有两方面价值：一方面可引导学生从不同学科的角度思考、探究生命的物质结构和生命活动的规律，形成生命观念；另一方面可拓宽学生看问题的视野，使其积极解决生物学问题，发展学习能力，感悟生命科学本质。简而言之，就是落实学科核心素养和感悟生命科学本质。
（一）落实学科核心素养
开展以探究为特点的教学活动是落实生物学学科核心素养的关键，这不仅是生物学课程的基本理念，还是生物学课程实施的基本要求。而跨学科知识能够为生物学探究性实践活动提供相关的方法和原理，有助于学生生物学学科核心素养的落实。
引入物理学科相关知识，有助于学生区分探究实践的科学方法，提升科学探究能力。以人教版普通高中教科书《生物学》（以下简称“人教版教材”）必修1《分子与细胞》第3章第2节《细胞器之间的分工合作》中的“科学方法·同位素标记法”为例。同位素分为放射性同位素和稳定性同位素两类，学习同位素标记法旨在引导学生概括分析这两类同位素的异同点，以培育科学探究和科学思维素养。放射性是14C、3H等同位素的特殊物理性质，可用专门的仪器检测，用于追踪所标记的物质在细胞中的转移过程。利用该物理知识，学生就能够理解：探究胰腺细胞中分泌蛋白的合成和运输过程就是利用亮氨酸中3H产生放射性进行追踪的。但是，像15N、14N、18O等同位素属于稳定同位素，不具有放射性，教师可引导学生通过元素的相对原子质量对其进行区分。
化学学科相关知识的引入，有助于学生理解生命物质的化学结构及其特性，形成结构决定其性质的意识，进而形成生命观念中的“结构与功能观”，并以此指导实际问题的解决。比如，叶绿素分子含有叶绿醇，叶绿醇是亲脂的脂肪族链。根据化学学科中的“相近相融”原理，叶绿醇的存在决定了叶绿素属于脂溶性物质，所以在人教版教材必修1《分子与细胞》第5章第4节《光合作用与能量转化》“绿叶中色素的提取和分离·探究实践”中，绿叶中的叶绿素能用乙醇、丙酮、乙醚等有机溶剂提取。
（二）感悟生命科学本质
一般来说，探究性实践活动在高中生物学教学目标的达成方面还存在以下价值：帮助学生建构概念，领悟科学方法，发展科学思维，提高运用所学知识和方法分析、解决问题的能力，理解科学本质等［1］。而将跨学科知识融入生物学探究性实践活动，更有助于学生领悟科学方法、感受知识获取过程，建构生物学概念，感悟生命科学本质。
以人教版教材必修1《分子与细胞》第1章第2节《细胞的多样性和统一性》中“使用高倍显微镜观察几种细胞”的探究性实践活动为例。该活动旨在利用光学显微镜观察多种多样的细胞，通过描述这些细胞形态结构特点并比较区别，归纳出各种细胞结构的共同点，引导学生主动建构“真核细胞”概念。在教学该部分内容时，引入“光学成像”物理学科知识，可以帮助学生理解光学显微镜放大的原理，进而使其在清晰的显微视野中快速找到恰当的细胞，提升使用显微镜观察细胞的能力。具体思路如下。
在使用显微镜观察物体时，需要移动镜筒并进行调焦后才能看到清晰的物像，且通过显微镜的目镜看到的是物体的虚像，虚像的位置与实物的实际位置相反。根据这一“光学成像”原理，学生能够明白：把低倍镜换成高倍镜观察物体时