技术支持下的高中地理与生物学融合教学探究

教育部在《关于全面深化课程改革落实立德树人根本任务的意见》中强调，要“开展跨学科主题教育教学活动，将相关学科的教育内容有机整合，提高学生综合分析问题、解决问题的能力”。《普通高中地理课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称“高中地理课标”）提出，要注重地理学科与其他学科的交融，做好地理课程的顶层设计[1]。《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”）也指出，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，从而建立科学的生命观，逐步形成正确的世界观，发展生物学学科核心素养[2]。本文课例“植被”通过一系列活动任务和问题链，帮助学生打破学科界限、整合知识、减少知识碎片化，为高中地理教师提供一个地理与生物学跨学科融合教学的案例。一、高中地理与生物学跨学科教学的背景分析“植被”是人教版高中地理必修一第五章第一节的教学内容，主要是让学生通过校园树木调查活动研究植被与环境的关系。教学目标是通过识别植被的主要类型及特征，学生能够综合分析植被与环境的关系，形成尊重自然规律、保护自然的意识，树立正确的人地协调观。高中生物学选择性必修二“生物与环境”包括种群和群落、生态系统、环境保护等内容，其教学目标是“提高对生命系统与环境关系的认识，并为学生树立人与自然和谐发展的观念，形成生态意识、环保意识和践行绿色低碳生活方式奠定基础”[3]。显然，“植被”章节与高中生物学必修二的部分内容在教学内容和目标上高度相关，这为跨学科教学的探索奠定了坚实的基础。此外，笔者所在的学校校园内植物种类繁多，为“植被”的教学提供了丰富的实践资源。基于以上考虑，笔者融合了高中地理与生物学的教学内容，设计了一项信息技术支持下的跨学科教学计划。该计划采用翻转课堂的模式，分为课前实践和课堂教学两个环节，旨在帮助学生深入了解主要植被类型及其特征，并综合分析植被与环境的关系。在课前实践活动中，教师利用植物识别App，指导学生调查校园植物。为了增强师生互动，课堂教学环节将依托教育云平台，对学生的调查结果进行分析和讨论（如图1）。二、高中地理与生物学跨学科教学设计为了更好地将地理与生物学两个学科的教学目标融合，笔者安排了2个课时开展学科教学。第1课时开展户外实践活动，第2课时进行探究分析与总结评价。（一）课标分析高中地理课标对本节内容设定的要求是：学生应能通过野外观察或运用视频、图像资料，识别主要植被，说明其与自然环境的关系。这一要求旨在引导学生探究植被与气候、地形、水文、土壤等因素的相互作用。“通过野外观察或运用视频、图像”不仅是对教学方法的要求，提示教师采用情境化和案例化的教学手段，以避免枯燥的理论讲解，还强调了学生在学习过程中应主动构建知识，将理论与实践相结合，体现了地理学科素养中的实践能力。“说明”则是对学生学习成果的具体要求，学生需要理解并应用自然环境与植被关系的相关知识，以体现区域认知和综合思维的核心素养。高中生物学课标与本节内容紧密相关的标准要求是：分析不同群落中的生物具有与该群落环境相适应的形态结构、生理特征和分布特点。这与高中地理课标中说明植被与自然环境的关系的要求高度契合。高中生物学课标不仅要求学生记住生物群落类型和生物特征，还强调让学生通过比较分析，归纳出生物群落中生物适应环境的特征，理解群落形成是物种间相互作用以及物种与环境相互作用的结果，以此培养学生科学思维、科学探究等生物学核心素养，并形成进化与适应、稳态与平衡、系统等生命观念。（二）教材分析教材中本节内容包含一系列校园树木调查活动，旨在帮助学生探究植被与环境之间的复杂关系。理解植被如何与气候、地形、水文、土壤等环境要素相互作用，构成了本节课的教学核心。植被和土壤不仅是自然环境的重要组成部分，也是自然环境演化的产物，更是人类生存不可或缺的自然条件。因此，学习植被知识对于学生深入理解自然环境的形成和变化至关重要，并为后续学习土壤相关知识打下坚实基础。从跨学科的角度来看，本节内容与高中生物学选择性必修二的部分内容紧密相连。人教版高中生物学教材从更宏观的视角出发，详细阐述了陆地生物群落，包括森林、草原、荒漠和苔原的主要特征。这不仅是对前述知识点的深入拓展，也为后续学习生态系统及其稳定性等相关章节做了铺垫。通过这种跨学科的学习，学生能够更全面地理解生物与环境之间的复杂互动，培养综合分析问题的能力。（三）学情分析在日常生活中，植物是学生生活环境中的常见元素，他们对某些植物的名称和生态特征已有初步认识。在知识基础上，学生在初中地理课程中已学习过全球气候类型的分布和特点，因此在探讨影响生物群落分布的因素时，他们能够较容易地识别水分和温度是关键因素，进而学习全球主要植被类型的分布和特征。尽管学生具备一定的直观认识和基础知识，但当需要从理论角度深入分析时，他们在理解生物如何通过特定的生理结构和形态特征适应其群落环境方面，仍需提高综合思维和科学分析的能力。（四）教学目标1.能够利用植物的视频、图片或通过野外观察来识别主要植被及其特征，并通过参与校园树木调查活动，识别周边的植物种类。2.能够结合图文资料，综合分析植被与环境之间的相互作用。3.能够根据区域图或类型图，描述不同地区植被的种类和特点，并建立起群落多样性的认识。4.通过学习不同森林群落中植物对环境的适应，树立生物既适应环境又影响环境的科学观念，培养尊重自然规律和保护自然的意识。5.通过分析具体案例，理解生物群落内生物对环境的适应过程，形成正确的进化与适应观念。（五）教学重难点教学重点：识别主要植被类型；说明植被与自然环境的关系；掌握不同群落中的生物具有与环境相适应的形态、结构和生理特征。教学难点：植被生态特征的环境适应性；亚热带常绿阔叶林、温带落叶阔叶林落叶季节差异及原因分析；群落中生物的适应性。（六）设计思路为了提升跨学科教学的效果，笔者设计了一套融合信息技术的教学流程（如图2）。在课前准备阶段，学生利用手机上的植物识别App识别校园内的植被，并研究其生长习性。在课堂讲授阶段，教师利用教育云平台来开展教学活动，将课堂互动数字化，以此增强教学的精准度和针对性。三、高中地理与生物学跨学科教学实践（一）课前翻转，在实践中学习为了确保教学效果，教师在课前深入研读课程标准、教材内容，并基于对学情的了解，确立了教学目标和学习目标，进行了详细的教学设计。同时，教师为学生准备了自主预习的任务清单和校园植被调查的活动方案（如图3），引导学生进行翻转学习。在教师的指导下，学生完成以下任务。1.访问weather2visit网站，收集本市的气候数据（包括气温和降水等信息）。2.以小组合作形式，使用卫星地图软件绘制校园平面图，通过实地考察确定校园内主要植被的空间分布，并据此完成校园植被平面分布图的绘制。3.在生物学教师的指导下采用植被样地调查方法对校园植物进行研究，对校园植物样地编号，并在校园植被平面分布图上标注样地位置。4.各小组准备必要的调查工具，包括桩、卷尺、绳子、塑料袋、校园平面图、调查表、笔、手机以及植物识别App等。5.按照教师提供的调查方案进行实地调查，使用表1记录数据，并利用表2进行后续的统计分析。（二）课堂上开展探究活动，互动学习探究一：植被与环境结合课前自主学习任务单，学生小组合作深入探究以下问题。1.对各小组收集的调查数据进行汇总统计分析，探讨校园内樟树数量居多的可能原因。2.根据中国的气候特征，推测上海和昆明是否适宜香樟树生长，并解释原因。请求教师协助使用植物识别App进行现场验证（如图4），并基于此分析樟树在中国的分布区域。3.针对植物识别App上网友关于河南平顶山为何不可能有天然樟树分布的提问，进行解答分析。设计意图：本环节旨在明确樟树作为亚热带季风气候区的地带性植被，体现了植被与地理环境之间的密切关系，培养学生综合思维与区域认知等地理学科核心素养。学生将认识到植物对环境的适应性是相互关联的，从而树立正确的生命观念。探究二：常绿阔叶林和落叶阔叶林特征差异及原因结合校园植物调查结果，小组在教师的引导下合作探究以下问题。1.使用手机植物识别App查询乌桕、糖槭和樟树的生长习性，并比较它们之间的差异。2.描述并分析图5中乌桕、糖槭与樟树在景观上的差异，探讨造成这些差异的可能原因。3.结合中国气候数据，预测乌桕和糖槭在中国的优势分布区域，并提供相应的解释。设计意图：通过对比不同植被景观图，学生在教师引导下分析小范围的地理问题，并进一步探讨大范围的空间分布问题，以此提升综合思维能力。通过比较不同生物的主要生态特征，学生将能够阐述生物如何通过形态、结构和生理特征适应环境，从而培养科学思维、科学探究等核心素养。探究三：校园内樟树主要在春季落叶的原因分析教师要求学生结合校园植被调查活动中的样地植物景观图（如图5）与不同树种的年凋落物变化曲线图（如图6），思考以下问题。1.判断图中乌桕、糖槭、樟树与甲、乙树种的对应关系。2.探究樟树虽为常绿树种，是否真的终年不落叶，并分析其落叶最多的季节。设计意图：此活动旨在深化学生对常绿阔叶林生态特征的理解，并挑战他们的定势思维，激发认知冲突，鼓励学生从日常生活中寻找答案。通过分析不同植物类型，学生可以理解不同生物群落中生物对环境的适应过程，从而培养科学思维和探究能力。探究四：全球主要植被类型特征及分布学生观察并调查样地中的乔木、草地、灌木等植物景观，学习教师提供的雨林、荒漠、冰原等植被类型资料，结合校园植物调查的实践经验，将上述植被类型填写在图7所示的“理想大陆”地图上，并分析各自的分布原因。设计意图：本活动旨在引导学生从校园环境出发，逐步扩展到全国乃至全球范围，以掌握全球主要植被类型的特征及其分布规律。这一过程可以加强对学生地理核心素养中综合思维和区域认知的培养。通过归纳和概括不同生物群落的生态特征，学生也能深入理解生物的适应性，并学会运用正向和逆向思维进行分析和推理，从而提升学科表达能力，强化科学思维能力，并培养科学素养。探究五：为校园樟树做“诊断”在该环节，学生首先观察两处样地中樟树的景观图，并对比它们的差异。接着，学生通过网络视频采访学校花工张师傅以获取更多相关信息。结合张师傅提供的信息和所学知识，学生分析两处同时栽种的樟树在六年后外观上出现显著差异的原因（如图8）。最后，通过网络视频连线生物学教师，学生寻求专业帮助以验证他们的分析推测是否准确。设计意图：香樟树的“黄化病”是一个涉及土壤学和生物学知识的复杂问题，需要学生综合运用地理和生物学的知识进行分析。教师通过引导学生探究“黄化病”，不仅培养了学生的综合思维，还提升了学生解决实际问题的能力，并为下一节土壤的学习奠定了基础。四、技术助力高中地理与生物学跨学科教学的思考本课例的教学创新主要体现在利用信息技术实施跨学科教学。信息技术的应用不仅能够促进学科知识的深度融合，引发深度学习，还能推动教学方式的变革，显著提高课堂教学效率，实现教学质量的提升。在课前阶段，学生利用植物识别App对校园植物进行调查，使用卫星地图软件绘制校园平面图，并通过访问weather2visit网站获取本市的气候数据。在课堂阶段，为了提高师生互动的效率和水平，教师依托教育云平台对校园植物调查的结果进行讨论分析。教育云平台中的“随机挑人”“弹幕”“计时器”“广播”“作业推送”“作业统计”等功能，大幅提升了教学的精准性和针对性，实现了精准“滴灌”教学。网络视频连线校园花工和生物学学科教师的环节设置，不仅拓展了课堂的时空范围，提升了地理知识的实践性，还培育了学生的地理实践力，这是地理学科核心素养的重要组成部分。在进行地理学科的跨学科教学时，我们应深入研究地理及相关学科的教学内容和课标要求，以整合性思维选择跨学科课程的主题和内容。地理学科具有多学科交叉和综合性的特点，涉及自然科学和人文社会科学，非常适合开展跨学科教学。例如，本课例中的“植被”与生物学的联系紧密，植物类型识别和生长状况分析需要用到生物学知识，这为学生深刻理解土壤与植被的相互关系提供了理论支撑。在跨学