基于生物核心素养的跨学科学习设计

　　 生物组

　　生物是以实验为基础的一门学科，高中生物教学与实验联系密切。近几年，随着生物学科素养的提出，生物实验也越来越受到重视，高中生物实验教学也逐渐由传统知识的传授转向注重学生学科素养的培养，学生在实验过程中，更能发挥其主体地位。通过自己动手，合作探究，理性分析，理解教材中的基础知识，发现实验操作中的问题，分析解决各种疑问。这样的实验过程能更好的诠释生物学科核心素养中的生命观念，理性思维，科学探究能力及社会责任，尤其是理性思维，科学探究能力两个方面。新课程改革中，《普通高中生物学课程标准（2017年版）》也在强调，在培养学生生物学核心素养的前提下，要提高学科间的联系，重视学生对跨学科知识的学习和整合能力[1]。下面以高中生物实验《绿叶中色素的提取和分离》为例，阐述在实验过程中，学生通过反复思考，探究改进，将跨学科知识整理融合，从而落实核心素养的要求。

　　一、学科之间知识递进，构筑科学生命观念

　　生命观念是生物学核心素养的标志性方面，也是学生生物学核心素养是否达成了一个重要指标，是能够理解或解释相关事件和现象的品格和能力。发展学生的核心素养，并希望学生身心健康，学会学习，让学生通过实验真正掌握生物学概念，找到学习的窍门，并在实验的过程中构筑科学生命观念。

　　学生在初中化学中学过溶解度的概念，但始终是停留在概念和计算数据的层次上，在本次实验用层析液对各种色素进行层析时，利用的原理是“各种色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢。这样几分钟之后，滤液中的色素就会随着层析液在滤纸上的扩散而分离开。”通过层析的过程，学生可以在短短几分钟亲眼见证因溶解度大小差异而导致的实验现象，这样学生就能更深刻的理解化学学科的名词一一溶解度。学生的学习兴趣也会被激发，从而形成乐观向上的学习态度和学习行为，而我们的生命观念教育也容易获得成功。

　　二、先知后行，学科知识的交叉运用促进学生发展科学思维

　　严谨的科学思维是任何一个学科实验必须遵循的思路，也是学生综合能力培养的前提。学生通过主动思考和探索求知，最终会达到对所学知识的理解和掌握，运用科学的思维方法认识事物、解决实际问题。而这一过程的实施，往往需要多学科的渗透，通过学科之间的联系，解决跨学科的问题。因而，在高中生物实验教学中，教师应更好地培养学生积极求证、先知后行的科学精神，提升学生的理性思维能力。

　　在本实验提取绿叶中的色素的操作中，教材使用的方法是研磨法，加10ml无水乙醇，通过研磨，让色素溶解在无水乙醇中。因为新鲜叶片含水量比较高，会导致色素的相对浓度下降，同时，因为研磨过程中色的选材和操作者操作的差异，也会导致学生对色素的提取结果出现较大差异，而且点样时也容易印染，导致色素分离不明显。如图1所示。

　　针对以上情况，学生提出了两种改进意见。

　　方法一，先将鲜叶在烘箱中烘干，干燥之后用料理机粉碎，得到粉末，然后，配置成溶液作为提取液。这种方式在原实验的基础上，尤其是针对一个班进行实验的时候，大大缩短了实验时间，而且所获得的溶液色素含量更高，而且可以不局限于时间季节获取实验材料。

　　方法二，在原装置的基础上，将提取液在水浴环境中进行加热，在高温的作用下，能够让更多的色素溶解在提取液中。实验结果表明，水浴后提取液中色素含量的确大大提高，后期划线和色素扩散的情况也有了很大改善。如图2所示。

　　通过色素提取这一改进过程，学生能考虑到新鲜叶片水分含量高会影响色素浓度，从而想办法减少水分，能敏锐地选择烘干设备和粉碎设备，并应用于实验;也能通过化学的操作手段——水浴加热，来提高色素在无水乙醇中的溶解量。这两种不同途径的改进方式们首先来自于学生扎实的学科知识积累，更重要的是能从同一个实验现象的不同角度出发，来找到解决问题的途径，将跨学科知识的交叉应用发挥得淋漓尽致，多维度提升了学生的科学思维。

　　三、跨学科知识的运用促进学生深化科学探究

　　科学探究是学生学习的一种重要方式，尤其在实验操作过程中体现得更为突出。当实验现象真实地展现在学生面前，而且与学生的预期有比较大出入的時候，学生能够大胆质疑，在好奇心的驱使下，学生会形成积极的学习态度，在不够理想的实验结果面前，反思，讨论，运用其他学科的既成知识，大胆解决生物实验中的小问题。在事实分析和知识运用过程中，培养了学生的批判性思维，创造性思维。学生也会因为通过自己的智慧改进教材上的实验而获得极高的成就感，进一步激发他们的学习热情和积极性。

　　在完成本实验后，同学们期待用实验中的提取液，通过三棱镜直接分光来观察色素的吸收光谱，但在实际操作中发现，无论是自然光源还是LED光源，反反复复实验，都很难得到完整的吸收光谱图。通过学生查阅大量资料，发现主要原因是我们很难获取光谱成分齐全的平行光。我们尝试用物理学科的分光光谱仪来显示色素吸收光谱就相对容易，在使用UV-紫外可见光分光光度计，调节透光度为100%，95%乙醇作为溶剂的前提下，放入待测液就能得到相对完整的吸收光谱图。

　　四、跨学科知识的运用促进学生增强社会责任

　　社会责任是生物学核心素养的重要目标，它是指将生物学的基础知识融入社会的相关事务中去讨论，作出理性的解释和判断，并尝试解决生产生活中的生物学问题。高中生物课本中许多课程都与生活有着密切的联系。教师通过本实验，有针对性的引导学生讨论，并做出理性见解，这是培养社会责任的重要途径。这些涉及生物学知识的社会科学相关内容，也是进行跨学科教学的重要教学资源。

　　本实验在分组时，我们将学生分为两组，分别对黄叶和绿叶中的色素种类及含量进行对比实验，通过获得的实验结果进行对分析。学生能清晰地从色素带的分布上得出黄色叶片和绿色叶片中四种色素的含量情况，由此也可以得出叶片变黄的主要原因是哪些色素发生的改变。在面临一些相似的农业、作物、花卉等的黄叶情况，学生也能做出简单的判断。