《跨学科融合教学案例——以“生态系统的奥秘”为例》
教学主题
“生态系统的奥秘”——融合生物学、地理学与化学学科知识
教学目标
（一）知识与技能目标
- 学生能够理解生态系统的组成成分、结构以及物质循环和能量流动的基本过程（生物学科）。
- 掌握不同生态系统的类型及其分布特点，分析其与地理环境因素的关系（地理学科）。
- 了解生态系统中物质循环所涉及的化学原理，如碳循环、氮循环中的化学反应（化学学科）。
（二）过程与方法目标
- 通过实地考察、实验探究、资料分析等活动，培养学生观察、分析、归纳和总结的能力。
- 引导学生运用跨学科知识解决实际问题,提高综合运用知识的能力和创新思维。
（三）情感态度与价值观目标
- 增强学生对生态系统的保护意识,树立人与自然和谐共生的观念。
- 培养学生团队合作精神,提高学习兴趣和科学素养。
与过程
（一）导入阶段（地理学科视角）
- 展示不同生态系统的图片，如森林、草原、海洋、沙漠等,引导学生观察并思考这些生态系统的分布与哪些地理因素有关。
- 通过地图讲解不同生态系统在全球的分布规律，引出生态系统与地理环境的密切关系,从而导入本节课的主题。
| 生态系统类型 | 主要分布地区 | 地理环境特点 |
|---|---|---|
| 森林生态系统 | 湿润或较湿润地区 | 降水充沛、气温适宜、土壤肥沃 |
| 草原生态系统 | 半干旱地区 | 降水较少、气候干燥、植被以草本为主 |
| 海洋生态系统 | 海洋水域 | 广阔的水域、盐度较高、光照分层 |
| 沙漠生态系统 | 干旱地区 | 降水稀少、昼夜温差大、土壤贫瘠 |
（二）知识讲解与探究（生物、化学学科融合）
- 生态系统的组成成分（生物学科）
- 详细介绍生产者（主要是绿色植物）、消费者（动物等）、分解者（细菌、真菌等）在生态系统中的作用。
- 以校园内的小型生态系统为例，让学生分组讨论并识别其中的生产者、消费者和分解者,加深理解。
- 物质循环（化学与生物学科融合）
- 讲解碳循环：从二氧化碳被生产者通过光合作用固定，到在食物链中的传递，再到分解者的分解作用以及化石燃料燃烧释放二氧化碳等过程，涉及化学反应如光合作用方程式 (6CO{2} + 6H{2}O \xrightarrow[叶绿体]{光能} C{6}H{12}O{6} + 6O{2}) 以及呼吸作用方程式 (C{6}H{12}O{6} + 6O{2} \xrightarrow{酶} 6CO{2} + 6H{2}O + 能量) 等,让学生理解物质循环中的化学变化与生物过程的紧密联系。
- 同理，讲解氮循环，包括固氮作用、硝化作用、反硝化作用等涉及的化学知识,以及这些过程对生态系统的重要意义。
- 组织学生进行简单的模拟实验，如探究土壤中微生物对落叶的分解作用,观察物质循环的微观过程。
- 能量流动（生物学科）
- 讲解能量在生态系统中的流动过程，从生产者固定太阳能开始，逐级流向各级消费者，分析能量流动的特点（单向流动、逐级递减）及原因。
- 通过数学模型计算能量传递效率,让学生直观感受能量在食物链中的传递情况。
（三）案例分析与讨论（综合运用）
- 展示一个具体的生态系统案例,如一个湖泊生态系统受到污染的情况。
- 组织学生从生物、地理、化学三个学科角度分析问题产生的原因，如污染物排放对水体生物的影响（生物学科）、污染物的来源与周边人类活动及地理环境的关系（地理学科）、污染物在水体中的化学变化及对水质的影响（化学学科）。
- 让学生分组讨论并提出相应的治理措施，鼓励学生综合运用跨学科知识,提出创新性的解决方案。
（四）总结与拓展
- 总结本节课的重点知识,强调生态系统各要素之间以及不同学科知识之间的相互联系。
- 布置拓展性作业，如让学生调查家乡附近的生态系统现状，撰写一份关于如何保护当地生态系统的报告,要求报告中体现跨学科的分析与思考。
教学评价
- 知识测验：通过选择题、简答题等形式考查学生对生态系统相关知识的掌握情况，包括生态系统的组成、物质循环、能量流动以及与地理环境和化学原理的联系。
- 小组评价：对学生在小组讨论、实验探究活动中的表现进行评价，包括团队协作能力、问题分析能力、知识运用能力等。
- 作业评价：根据学生撰写的关于家乡生态系统报告的质量,评价学生对跨学科知识的综合运用能力以及对生态系统保护的关注程度。
问题与解答
问题：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,避免出现知识碎片化或学生理解困难的情况？
解答：教师要在备课阶段深入研究各学科教材内容，挖掘知识点之间的内在联系，精心设计教学流程，在教学过程中，可以采用以下方法：一是以实际问题或案例为切入点，将不同学科知识融入到问题的分析和解决中，让学生在解决实际问题的过程中自然而然地接触到多学科知识，例如在上述生态系统案例中，通过分析湖泊污染问题，将生物、地理、化学知识有机结合起来，二是运用类比、比喻等形象化的教学手段，帮助学生理解不同学科知识的相似性和关联性，将生态系统中的物质循环类比成人体的血液循环，让学生更容易理解物质在生态系统中的流动过程，三是加强知识回顾与总结，在每个教学环节结束后，及时引导学生回顾所学知识，梳理不同学科知识之间的关系，形成知识网络，使学生能够清晰地看到知识的全貌和相互联系，从而避免知识碎片化，更好地理解和掌握跨
