◆陳靜芳

高中生物教學(xué)中滲透物理知識的實(shí)踐與思考

◆陳靜芳

利用遷移的學(xué)習(xí)方法，將已學(xué)的物理知識靈活運(yùn)用并滲透到生物學(xué)科的新知識學(xué)習(xí)中，從而突破生物學(xué)知識的教學(xué)難點(diǎn)，提高教學(xué)的有效性。

學(xué)科滲透；高中生物；物理

10.3969/j.issn.1671-489X.2016.13.091

生物科學(xué)是一門古老而又青春煥發(fā)的自然科學(xué)，是以觀察和實(shí)驗(yàn)作為基本方法，來研究生命現(xiàn)象及其活動規(guī)律的科學(xué)。生物學(xué)是一門茁壯成長著的學(xué)科，它的成就應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)生活中的每一個角落，悄然改變著現(xiàn)代社會人們的生產(chǎn)生活。

1　學(xué)科間相互滲透的積極作用

現(xiàn)今是一個知識爆炸的信息時(shí)代，將物理、化學(xué)、生物等自然科學(xué)劃清界限，各成一體，已經(jīng)表現(xiàn)出許多弊端。對學(xué)生來講，各學(xué)科之間的聯(lián)系割斷，違背了對事物之間相互聯(lián)系、相互滲透等自然規(guī)律的正確理解，造成學(xué)生知識面的單一，系統(tǒng)性的薄弱，不能用聯(lián)系的觀點(diǎn)來解決實(shí)際生活中遇到的問題，與現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)生活相脫節(jié)，綜合素質(zhì)提高的效果微弱等問題。因此，學(xué)科之間尤其是物理、化學(xué)、生物等自然科學(xué)間的相互滲透，也成了一種必然。

隨著科學(xué)的不斷進(jìn)步，不同學(xué)科除了縱向發(fā)展深度以外，其橫向廣度也不斷發(fā)展。生物學(xué)與物理學(xué)、化學(xué)、數(shù)學(xué)乃至地理學(xué)、歷史等其他學(xué)科之間在不斷地相互滲透、相互啟發(fā)、相互應(yīng)用，從而在理論研究和實(shí)踐技術(shù)上得到了騰飛，同時(shí)推動著其他科學(xué)與技術(shù)的飛躍。如生物物理學(xué)、生物化學(xué)、生物統(tǒng)計(jì)學(xué)等學(xué)科的誕生與發(fā)展，無不彰顯著生物與其他學(xué)科間關(guān)系的交融性。

因此，在高中生物教學(xué)中重視生物與物理、化學(xué)等學(xué)科間相互滲透的關(guān)系，能使學(xué)生感受自然科學(xué)內(nèi)分支學(xué)科間的密切關(guān)系，及關(guān)系存在的必然性、重要性和奧妙之處，對于提高學(xué)生學(xué)科間綜合能力、學(xué)習(xí)的遷移能力有著非常重要的作用。只要有學(xué)習(xí)，就有遷移。善于思考的人遷移能力就相對較強(qiáng)，獨(dú)立解決問題的能力也相對較強(qiáng)。學(xué)習(xí)都會受到學(xué)習(xí)主體已有知識的影響。遷移是學(xué)習(xí)新知識的繼續(xù)，桑代克和武德沃斯早年曾做過相關(guān)實(shí)驗(yàn)，認(rèn)為遷移的效果在一定程度上決定于知識之間的共同點(diǎn)。

本文將把物理學(xué)知識遷移到動作電位的產(chǎn)生與傳導(dǎo)的生物學(xué)知識的學(xué)習(xí)上，通過增強(qiáng)學(xué)科間相互融合的方法，突破本部分內(nèi)容學(xué)習(xí)的難點(diǎn)。

2　生物教學(xué)中滲透物理知識的案例分析

物理電表測量記錄神經(jīng)細(xì)胞膜的電位變化

1）相關(guān)物理概念如表1所示。

2）檢流計(jì)記錄神經(jīng)纖維細(xì)胞膜的電位變化。如圖2所示，檢流計(jì)的電極連接在神經(jīng)細(xì)胞膜外，用于檢測神經(jīng)纖維上的電位變化。

表1　

圖1　電表

圖2.1：未受刺激時(shí)，電表未發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說明A處的膜外電位與B處的膜外電位相同。

圖2.2：A處左側(cè)的神經(jīng)纖維受到適宜刺激時(shí)，產(chǎn)生興奮，電表未偏轉(zhuǎn)，說明A處的膜外電位仍與B處的膜外電位相同。

圖2.3：興奮傳至A處時(shí)，電表向左偏轉(zhuǎn)，說明A處膜外為負(fù)電位，B處膜外為正電位。

圖2.4：興奮離開A處時(shí)，電表指針恢復(fù)到中間，說明A、B膜外電位回復(fù)原狀，為正值。

圖2.5：興奮傳至B處時(shí)，電表指針向右偏轉(zhuǎn)，說明A處膜外為正，B處膜外為負(fù)。

圖2.6：興奮離開B處時(shí)，電表指針恢復(fù)到中間，說明A、B膜外電位又回復(fù)原狀，為正值。

動作電位在神經(jīng)纖維上的產(chǎn)生和傳導(dǎo)過程，可借助物理儀器“檢流計(jì)”測量和記錄。除了上文中提到的兩電極連接在細(xì)胞膜外，也可換成其他方式（如一個電極接膜內(nèi)，一個電極接膜外），在此不做贅述。由此說明物理學(xué)與生物學(xué)之間的關(guān)系非常密切，一門學(xué)科的進(jìn)步能應(yīng)用于另一門學(xué)科的發(fā)展與進(jìn)步上，體現(xiàn)了學(xué)科間的相互滲透，展示了物理、生物的交融教學(xué)。

圖2　

表2　

表3　

利用物理知識加深理解動作電位在神經(jīng)纖維上的產(chǎn)生和傳導(dǎo)過程對浙科版高中生物必修3第22頁圖2-7“動作電位傳導(dǎo)的示意圖”，學(xué)生在學(xué)習(xí)、做題時(shí)常與“動作電位的產(chǎn)生示意圖”發(fā)生混淆，造成解題錯誤和不必要的失分。這兩種圖像雖然形似，但其本質(zhì)不完全相同，各段曲線甚至有著相反的生物學(xué)意義，如表2所示。

為幫助學(xué)生理解和區(qū)別動作電位的產(chǎn)生圖像和傳導(dǎo)圖像，可以利用學(xué)生已經(jīng)學(xué)過的物理知識，做到把舊知識遷移到學(xué)習(xí)新知識的過程中。表3是“質(zhì)點(diǎn)的振動圖像”和“機(jī)械波的波動圖像”，將之與動作電位的產(chǎn)生圖像和動作電位的傳導(dǎo)圖像進(jìn)行比較，會發(fā)現(xiàn)許多相似的地方。

3　關(guān)于學(xué)科間滲透教學(xué)的反思

上文中提到的兩個案例是物理儀器和物理學(xué)知識在高中生物教學(xué)中的應(yīng)用，在增強(qiáng)教學(xué)效果上的作用非常明顯，幫助了學(xué)生的理解，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)遷移能力。物理與生物學(xué)科間的相互滲透除了上述例子以外，還有許多的融合點(diǎn)。比如：細(xì)胞分裂過程、孟德爾定律、細(xì)胞膜的流動鑲嵌模型、種群密度的調(diào)查等物理模型的制作摻入了物理學(xué)知識和思維；生物學(xué)的基本儀器——光學(xué)顯微鏡，其原理就是凸透鏡的成像原理，顯然也是物理學(xué)知識推動生物技術(shù)手段的進(jìn)步。

同樣，生物學(xué)與其他學(xué)科之間也存在相互滲透的現(xiàn)象，如生物與化學(xué)實(shí)驗(yàn)在儀器上有許多是通用的。再如在學(xué)習(xí)高中生物伊始，涉及化學(xué)元素、化學(xué)鍵以及有機(jī)化學(xué)等相關(guān)內(nèi)容，高中生物開篇便是以此為基礎(chǔ)展開的學(xué)習(xí)。隨著新高考政策的頒布，應(yīng)7選3政策的要求，高一年級也開設(shè)了生物學(xué)科，但是高一學(xué)生還未接觸過有機(jī)化學(xué)，所以學(xué)生在學(xué)習(xí)有機(jī)生物大分子尤其是蛋白質(zhì)一節(jié)的時(shí)候，顯得非常吃力，理解起來相對困難。若學(xué)生在此之前已經(jīng)學(xué)過有機(jī)化學(xué)，那么在學(xué)習(xí)新知識時(shí)就更容易接受。所以，認(rèn)知必須要有層次性和連貫性，學(xué)科之間的知識輔助、知識滲透顯得非常重要。

另外，生物與數(shù)學(xué)學(xué)科之間的滲透也相當(dāng)明顯。數(shù)學(xué)作為各門自然科學(xué)的工具，在生物學(xué)中的地位舉足輕重。無論是遺傳概率的計(jì)算，還是種群“J”型和“S”型增長曲線的數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建，均是數(shù)學(xué)思維廣度在生物學(xué)科上的覆蓋。

由此可見，生物學(xué)科與物理、化學(xué)、數(shù)學(xué)甚至地理等學(xué)科間的知識滲透、技術(shù)滲透，是生物教師要研究和認(rèn)真思考的，是學(xué)生要努力學(xué)習(xí)和提高的一種能力。

［1］楊忠生.論學(xué)科間相互滲透［J］.考試周刊，2012（56）.

［2］李能國.神經(jīng)纖維膜電位變化及相關(guān)試題分析［J］.生物學(xué)教學(xué)，2010，35（12）.

［3］盧東生.識別振動圖像和波動圖像［J］.學(xué)習(xí)方法報(bào)：理化生教研周刊，2011（21）

G633.91

B

1671-489X（2016）13-0091-03

作者：陳靜芳，浙江省天臺平橋中學(xué)（317203）。