跨学科融合教学案例，打破学科壁垒，开启创新教育新模式

《跨学科融合教学案例：探索“生态系统的奥秘”》

教学背景

在当今教育领域，跨学科融合教学逐渐成为一种重要的教学趋势，它旨在打破传统学科之间的界限，整合不同学科的知识和方法，培养学生综合运用知识解决实际问题的能力、创新思维以及对事物全面认知的能力，以“生态系统的奥秘”为主题的跨学科融合教学案例，便是一次积极探索如何将生物学、地理学、化学等多学科知识有机结合,引导学生深入探究生态系统这一复杂而又迷人的自然现象的教学实践。

教学目标

1. 知识与技能目标
   • 学生能够理解生态系统的组成成分、结构以及能量流动、物质循环等基本概念，掌握相关学科（如生物、地理、化学）中涉及生态系统的关键知识和原理。
   • 学会运用地理知识分析生态系统的分布与环境因素的关系，通过化学知识理解物质在生态系统中的转化过程,并能从生物学角度解释生态系统中各种生物的现象和行为。
   • 具备收集、整理和分析资料的能力，能够制作简单的生态系统模型,撰写关于生态系统的小论文或报告。
2. 过程与方法目标
   • 通过实地考察、实验探究、小组讨论等活动，培养学生观察、记录、分析和解决问题的能力,提高学生的科学探究素养。
   • 引导学生经历跨学科思考和合作的过程，学会在不同学科知识之间建立联系,培养综合运用知识的能力以及团队协作精神。
3. 情感态度与价值观目标
   • 激发学生对大自然的好奇心和探索欲望，增强学生保护生态环境的意识,树立人与自然和谐共生的观念。
   • 在跨学科学习过程中，培养学生勇于创新、敢于质疑的科学精神,以及对不同学科知识的尊重和热爱。

与活动安排

（一）导入阶段：走进生态系统的世界

1. • 展示一段关于各种生态系统（如森林、草原、海洋、湿地等）的美丽视频,让学生直观感受生态系统的多样性和奇妙之处。
   • 提出问题：“同学们，看了这段视频，你们对生态系统有什么初步的印象？什么是生态系统呢？”引导学生结合自己的生活经验和所学知识进行思考和讨论。
2. 学科融合体现：通过视频这种直观的方式，激发学生的兴趣，同时引导学生从生物学、地理学等多学科角度去思考生态系统的概念,为后续深入学习奠定基础。

（二）知识探究阶段：剖析生态系统的组成与结构

1. 生物学科方面
   • ：讲解生态系统的组成成分，包括生产者、消费者、分解者和非生物的物质和能量，通过展示细胞结构图、光合作用示意图等，帮助学生理解生产者（主要是绿色植物）如何通过光合作用将无机物转化为有机物，并储存能量；消费者（如动物）如何通过摄取其他生物来获取能量；分解者（如细菌、真菌）如何分解动植物遗体残骸，将有机物转化为无机物,实现物质循环。
   • 示例：以一片森林生态系统为例，分析森林中的各种生物分别属于生态系统的哪种组成成分，树木是生产者，它们通过光合作用制造有机物；兔子、鹿等食草动物是初级消费者，它们以植物为食；狼、狐狸等食肉动物是次级消费者，它们以食草动物为食；而土壤中的细菌、真菌等则是分解者，它们分解动植物的尸体和落叶，将有机物分解为无机物，回归到土壤中,供生产者再次利用。
   • 学科融合体现：在讲解过程中，涉及到生物学中的细胞结构、光合作用、呼吸作用等知识，帮助学生从本质上理解生态系统中物质和能量的来源与转化,这是从生物学科角度探究生态系统的基础。
2. 地理学科方面
   • ：运用地图，引导学生分析不同生态系统的分布规律与环境因素（如气候、地形、土壤等）的关系，为什么森林生态系统主要分布在湿润的地区,而沙漠生态系统则出现在干旱少雨的地方？
   • 示例：展示世界气候类型分布图和生态系统分布图，让学生对比观察，发现森林生态系统多分布在热带雨林气候、亚热带季风气候等降水充沛、气温适宜的地区，因为这样的环境条件有利于树木的生长和繁殖；而沙漠生态系统由于缺水,只有少数耐旱的生物能够生存。
   • 学科融合体现：地理学科的知识帮助学生理解生态系统的分布是受到多种环境因素制约的，使学生从更宏观的角度认识生态系统，将生物的生存与环境紧密联系起来,实现了地理与生物学科的融合。
3. 化学学科方面
   • ：讲解生态系统中物质循环的化学原理，以碳循环为例，分析二氧化碳在大气、生物、土壤和海洋之间的转化过程，通过化学方程式，展示绿色植物如何通过光合作用将二氧化碳和水转化为葡萄糖和氧气，动物如何通过呼吸作用将葡萄糖氧化分解，产生二氧化碳和水,以及微生物在分解有机物过程中对碳循环的作用。
   • 示例：写出光合作用的化学方程式：$6CO{2} + 12H{2}O \xrightarrow[叶绿体]{光照} C{6}H{12}O{6} + 6O{2} + 6H{2}O$，呼吸作用的化学方程式：$C{6}H{12}O{6} + 6O{2} \rightarrow 6CO{2} + 12H_{2}O +$ 能量，让学生根据这些方程式，理解碳在生态系统中的流动路径，即二氧化碳被生产者固定，转化为有机物，然后沿着食物链传递给消费者，最后通过呼吸作用和分解者的分解作用，又以二氧化碳的形式回到大气中,完成一轮循环。
   • 学科融合体现：化学学科为理解生态系统中的物质循环提供了理论基础，使学生明白生态系统中的物质变化遵循化学规律，进一步加深了学生对生态系统物质循环本质的认识,体现了化学与生物学科在生态系统探究中的紧密结合。

（三）实践探究阶段：构建生态系统模型

1. • 将学生分成小组，每个小组给定一些材料，如塑料盒子、小石子、土壤、水、各种植物种子、小动物模型等,要求学生构建一个简单的生态系统模型。
   • 学生在构建模型的过程中，需要考虑生态系统的组成成分、各成分之间的关系以及环境因素对生态系统的影响，合理安排生产者、消费者和分解者的比例，设置合适的光照、温度、水分等条件。
   • 构建完成后，每个小组展示自己的生态系统模型,并介绍设计思路和模型中所体现的生态系统原理。
2. 学科融合体现：在这个实践活动中，学生需要综合运用生物、地理、化学等多学科知识，从生物学科角度，要考虑生物的种类和数量关系；从地理学科角度，要模拟合适的环境条件；从化学学科角度，要思考物质循环和能量流动在模型中的体现，通过实际操作，让学生将抽象的知识转化为具体的模型,加深了对跨学科知识的理解和应用能力。

（四）拓展延伸阶段：生态系统的保护与可持续发展

1. • 组织学生进行小组讨论，探讨当前生态系统面临的主要问题，如环境污染、生物多样性减少、生态平衡破坏等,以及这些问题对人类社会的影响。
   • 让学生查阅资料，了解国内外在生态保护方面的成功案例和采取的措施，如建立自然保护区、推广生态农业、发展清洁能源等。
   • 要求学生以小组为单位，制定一份关于保护当地生态系统的方案,并提出具体的建议和措施。
2. 学科融合体现：在讨论生态系统问题和保护措施的过程中，涉及到多学科的知识，从生物学科角度，关注生物多样性的保护；从地理学科角度，分析环境问题的成因和地域差异；从化学学科角度，考虑污染物的处理和资源的合理利用，通过制定保护方案，培养学生运用跨学科知识解决实际问题的能力,同时增强学生的环保意识和社会责任感。

教学评价

1. 过程性评价
   • 在各个教学活动中，观察学生的参与度、表现情况，包括小组讨论的积极性、实验操作的规范性、模型构建的创意性等,及时给予反馈和鼓励。
   • 通过学生的课堂提问、回答问题的情况，了解他们对知识的掌握程度和思维的发展情况，对学生的思考过程和答案进行点评,引导他们进一步深入思考。
2. 成果性评价
   • 对学生制作的生态系统模型进行评价，从模型的完整性、准确性、科学性以及展示效果等方面进行打分,同时关注学生在模型构建过程中所运用的知识和方法是否恰当。
   • 对学生撰写的关于生态系统的小论文或报告进行评价，主要看其内容的丰富性、逻辑性、对跨学科知识的综合运用能力以及观点的创新性等。
   • 对小组制定的保护当地生态系统的方案进行评价，考量方案的可行性、针对性以及是否充分考虑了多方面因素，如环境、经济、社会等。

相关问题与解答

问题1：在跨学科融合教学中，如何确保不同学科知识的衔接自然流畅？

解答：教师要在教学设计时深入研究各学科知识之间的内在联系，以主题为核心，将相关知识进行有机整合，例如在“生态系统的奥秘”教学中，围绕生态系统这一核心概念，把生物学科的组成成分、地理学科的环境因素、化学学科的物质循环等知识，通过具体的实例和情境串联起来，在教学过程中，运用过渡性的语言和问题引导学生在不同学科知识之间切换思维，比如在讲完生物学科的生产者后，通过提问“这些生产者在不同的环境条件下会如何分布呢？”自然地引入地理学科关于生态系统分布的知识，鼓励学生自己发现不同学科知识之间的关联，通过小组讨论、思维导图等方式进行知识梳理,加深对跨学科知识衔接的理解和记忆。

问题2：跨学科融合教学对教师有哪些新的要求？

解答：跨学科融合教学要求教师具备更广泛的知识储备，不仅要精通自己所教的学科，还要对相关学科的知识有较为深入的了解，以便在教学中准确引导学生进行跨学科思考，例如在上述案例中，教师需要掌握生物、地理、化学三门学科的相关知识，并能找到它们之间的融合点，教师要具备更强的教学设计能力，能够巧妙设计教学活动，将不同学科知识自然融入各个环节，避免简单拼凑，教师还要善于引导学生进行跨学科合作学习，培养学生的团队协作能力和跨学科思维能力，这需要教师掌握一定的小组管理技巧和引导策略，帮助学生在跨学科学习中充分发挥主观能动性,实现知识的有效融合与运用。

问题3：学生在跨学科融合学习中可能会遇到哪些困难？如何帮助学生克服？

解答：学生可能会遇到知识体系混乱的困难，由于涉及多学科知识，容易在头脑中形成模糊或混淆的概念，比如在理解生态系统的物质循环时，可能会分不清化学过程与生物过程的对应关系，为帮助学生克服这一困难，教师可以在教学初期通过制作知识框架图、思维导图等方式，帮助学生梳理各学科知识脉络，明确不同知识在整个体系中的位置和作用，学生可能在跨学科合作中出现沟通不畅、分工不合理等问题，教师可以提前对学生进行合作技巧的培训，在小组活动中密切关注各小组的进展情况，及时给予指导和协调，引导学生学会倾听他人意见、明确分工职责,逐步提高跨学科合作的能力。