艺术与生物学的跨学科融合路径研究

摘"要：文章探讨了生物学与艺术的跨学科融合，强调基于真实情境的跨学科学习对于学生知识体系的构建具有重要作用。文章主要探讨了三条跨学科融合路径：一是设计艺术与生物学融合的跨学科作业，二是有效应用生物学教材图示，三是在生活实践中促进艺术与生物学的跨学科融合。通过设计“未来生物”作业，鼓励学生结合生物学知识与艺术设计，提升创新能力和综合素养；通过巧用教材图示，帮助学生突破生物学知识难点，增强对复杂生理过程的理解；通过将艺术创作融入生物教学，培养学生的审美能力和综合素质。文章旨在通过这些实践探索艺术与生物学的深度融合，促进学生科学思维与艺术素养的共同发展。关键词：跨学科融合；未来生物设计；美育；教材图示《中国教育现代化2035》指出，“全面加强和改进学校美育，坚持以美育人，以文化人，开齐开足美育课，提高学生审美和人文素养。”尽管艺术创造是美育的重要途径之一，但社会上常将艺术与“特长”或“天赋”联系在一起，形成了艺术的“高架”观念。实际上，艺术与生活密不可分，生命本身就是一件令人叹服的艺术品。在生物教学中，艺术无处不在。在信息快速更新和技能迭代的时代，传统的单一生物学科碎片化教学已无法满足学生的知识能力需求，青少年需要培养基于真实情境的问题解决能力。跨学科实践有真实、综合的特点。研究表示，跨学科教学可促进学生学习，培养创造力、批判性思维、协作和沟通能力。文章尝试探索艺术与生物学的跨学科融合路径。一、设计艺术与生物学融合的跨学科作业艺术与生物学融合的跨学科作业设计应遵循以下步骤：确定作业主题—整合学科资源—确定跨学科的教学目标—确定跨学科作业的评价方式—学生完成作业—作业成果展示—作业反馈及评价。以“未来生物”作业设计为例。1.作业布置：“欢迎来到2050！（1）恭喜你获得‘免费定制一个细胞’的机会，请画下你要定制的细胞，简要描述它的形态/功能/设计理念，并介绍可能用到的材料用具、技术等。（2）‘未来多样性创造协会’邀请你为生物（动物、植物、微生物等）设计未来蓝图。请画出它们的模样，并作简要介绍。”2.设计目的：通过对细胞工程、基因工程等前沿生物技术知识的学习，学生对未来生物有了新的视角。教师通过将学生带入2050年的未来情境，激发他们的想象力。学生需要调动新旧知识、查询资料，谱写“未来生物狂想曲”，培养他们的学习与创新能力，提升信息素养，感受艺术设计与科学融合的魅力。3.成果展示：教师对学生的作品做出点评，并对设计思路新颖的作品做重点分享。学生的思路主要围绕以下几个方面：（1）借鉴“马铃薯—番茄”杂种植株的培育，畅想“万果树”、希望小王子的“玫瑰花”能长番薯等。（2）借鉴“单克隆抗体”的生产，设计“超级抗毒细胞”、植入人类细胞的叶子、“美人鱼”“鱿鱼与蝎子”等。（3）使人类具备“超能力”，如“超强记忆细胞”“篮球细胞”、使人们全身放松的细胞、护眼的“杯眼细胞”、与纳米技术结合的细胞等。（4）一些对未来人类生活的思考，如有“爱心”的幸福小人（图1）；未来的鱼；戴上仿生翅膀，飞往凝固的云朵上看夕阳（图2）；戴防毒面具的人类等。（5）科技服务于生活，如“帮帮机器人”，既可以当小型交通工具，又能实时监测健康，还可以帮老人做家务。4.作品评价：学生在作品中展现了丰富的想象力，也表达了深切的人文思考。从“与纳米技术结合的细胞”一图可以看出陈同学的科技素养，他描述道：“这是一个单细胞，细胞内含有许多线粒体，极强的细胞流动性能够使细胞主动向带有辐射的物质靠近并吞噬；尖形头部使其具有强大的撕破力和减少阻力，将所吞噬的物质转化为能量，进行自我修复；另外，细胞进化出一个尾巴和两个推进器，以增加细胞的灵活性。”图1则传递了其相信人类终将用爱心战胜新冠疫情的美好信念，也表达了“希望每个小伙伴都在爱与诚里长大”的美好祝福。“未来生物设计”就像一次生物科学与艺术的盛宴，引领学生在科学思维的指导下畅想未来世界，树立生命观念，思考人类命运共同体，增强社会责任感。画图这种形象化的方式可以让学生更好地培养结构与功能观，从而提高对生物学知识的理解和运用能力，提升学生的科学素养和实践能力。二、有效应用生物学教材图示生物科学图画融合了理论美、自然美和艺术美，教材的每幅图都经过精心挑选，严谨而生动。教师可以通过图示引导学生建构知识，将抽象的理论具体化，特别是对于如细胞呼吸、光合作用、减数分裂、特异性免疫等重要生理活动，这些活动通常具有抽象、步骤繁多和知识点琐碎的特点。除了借助视频教学和分步骤讲解外，教师可以灵活应用教材图示，通过“临摹式”绘图、“默写式”绘图以及将题型融入图示等方式，加深学生对生理过程的理解，并提升艺术素养。“临摹式”绘图要求学生临摹课本中的生理活动图示，引导学生关注细胞的“结构特点”和“关键事件”。例如，在绘制“体液免疫”图示时，学生绘制病毒与B细胞结合的过程时，会联想到病毒表面的“刺突”与B细胞表面的“受体”结合的细节，从而加深对细胞膜屏障功能及信息交流功能的理解。通过模仿课本绘图，学生也会注意到一些细节，例如在绘制“有氧呼吸”图示时，第一阶段产生的丙酮酸需进入线粒体基质中完成第二阶段的反应。“默写式”绘图则是将课本合上，凭记忆绘制生理活动的关键步骤，从而检索和巩固关键知识。除了直接参照教材图示，教师还可以对课本中的图示进行改动，将题型融入其中。例如，在讲解必修二第2章第2节“基因在染色体”后，教师可以对“减数分裂和受精作用”中的“减数分裂示意图”（教材P22）进行改动，引导学生在图示中标注基因型，帮助学生理解“互换”对生殖细胞多样性的影响（如图3所示）。“减数分裂的示意图”展示了减数分裂过程中“互换”现象对生殖细胞的影响。首先，赋予该精原细胞基因型，如AaBb，并在图示中标出，引导学生在教材上标注该图其他时期的基因型。在绘图过程中，学生理解了“基因在染色体上”的含义，认识到“互换”对生殖细胞多样性的意义。类似地，在讲解“自由组合定律”的实质时，教师可以对“哺乳动物精子的形成过程示意图”（教材P19，必修二第2章第1节）中的精原细胞标注基因型，让学生为后期各细胞阶段标注基因型。通过绘图，学生可以理解：在减数分裂的过程中，“等位基因会随同源染色体的分开而分离，分别进入两个配子中”“同源染色体上的等位基因彼此分离的同时，非同源染色体上的非等位基因自由组合”。学生很快理解了“自由组合定律”的实质，学会在减数分裂情境中推断生殖细胞的基因型。在绘图过程中，教师还可以借助学生常见错误，如“减数第一次分裂末期同源染色体未分离”的情况，介绍染色体数目异常的常见情形。三、在生活实践中促进艺术与生物学的跨学科融合艺术与生物学的跨学科融合可以立足于生活化的艺术资源，让学生在生活实践中提升跨学科融合的学习体验，发展综合素养。教师通过引入生物摄影作品、视频和模具等艺术素材，能够有效提升学生的艺术素养。教师可以展示每年的“尼康微世界”摄影大赛获奖作品，并鼓励学生参赛。此外，还可以将彩豆画、压花、艺术插花、盆景设计等以生物为素材的艺术活动融入生物教学，为学生提供感受自然美的机会。例如，在教授选择性必修二第4章第3节“生态工程”时，教师可以要求学生结合生态工程原理设计盆景。