创新素养培养视角下的初中生物跨学科探究活动设计与实践

摘要：《义务教育生物学课程标准（2022年版）》新增了跨学科主题学习内容，强调综合化学习，旨在提升学生的综合素养。基于此，分析了创新素养培养对初中生发展的意义，并进一步探讨了初中生物学与语文、数学、化学、物理、地理、道德与法治等学科的结合路径。研究表明，创新素养培养视角下的初中生物跨学科探究活动能培养学生的科学素养，提升其语言表达能力、逻辑思维能力、实验操作能力、团队协作能力以及社会责任感，为培养具有创新精神和实践能力的人才奠定坚实基础。关键词：创新素养；初中生物；跨学科探究活动；实践能力在当今社会，创新已成为推动国家发展和提升国际竞争力的核心要素。初中生作为未来社会的建设者和接班人，其创新素养的培养尤为重要。创新素养不仅关乎个体的思维能力和问题解决能力，也是其综合素质的重要体现。一、创新素养培养对初中生发展的意义（一）对初中生思维能力的提升作用创新素养在初中阶段具有举足轻重的地位，它不仅是学生未来学习和工作的核心竞争力，更是推动社会进步与发展的重要基石。对于初中生而言，创新素养的价值首先体现在对思维能力的显著提升上。相较于侧重知识灌输与记忆的传统教育模式，指向创新素养培养的教学鼓励学生主动探索、勇于质疑，注重学生思维的活跃性与批判性［1］，鼓励学生在解决问题时采用创造性方法。例如，在“利用生物技术改善校园环境”的探究活动中，学生需要观察校园内存在的环境问题，如垃圾处理不当、绿化不足等，并运用所学知识设计和落实解决方案。在这一过程中，学生能够发挥想象力，将理论知识转化为实际操作，从而提升实践能力与创新思维。（二）对初中生综合素质的培养作用创新素养的培养不仅限于思维层面的提升，对初中生的综合素质也具有深远影响。在跨学科探究活动中，学生需要自主查阅资料、设计实验、分析数据，这一过程促使学生从被动接受知识转变为主动探索，能够培养他们的学习主动性和独立性。创新素养的培养有助于提升学生的团队协作能力。跨学科探究活动通常需要小组合作完成，学生在团队中扮演不同角色，如项目负责人、数据记录员、报告撰写人等。通过分工合作，沟通交流，共同解决问题，学生不仅能够锻炼组织协调能力，还能培养团队精神与合作意识。创新素养的培养还有助于学生社会责任感的形成。例如，在“生物多样性保护”主题的探究活动中，学生在了解生物多样性的现状和重要性后，往往会更加关注环境保护问题，积极参与到实际的保护行动中。在这一过程中，学生将深刻认识到个人行为对社会的影响，进而增强社会责任感与使命感。二、初中生物跨学科探究活动与创新素养培养的结合路径（一）与语文学科结合：提升表达与创新能力1.提升描述与解读生物实验的能力实验探究是学习生物学的重要途径。准确、生动地描述和解读实验过程与结果，是学生需要掌握的技能，而语文学科中的叙述、描写、议论等表达方式，能为这一技能的提升提供有力支持。例如，在“观察草履虫的结构和运动”实验中，教师可以引导学生运用语文中的细节描写技巧，生动地描绘草履虫的形态特征、运动方式，以及实验中的关键步骤；还可以鼓励学生使用比喻、拟人等修辞手法，使实验报告更加生动有趣。通过结合语文知识撰写实验反思或实验报告，学生能够进一步锻炼逻辑思维能力和批判性思维，学会用准确、严谨的语言表达科学观点。2.融合语文元素创新生物学习材料传统的生物学习材料多侧重于科学知识的传授，往往忽略了语言的魅力与文化内涵。将语文元素融入生物学习材料，能使学生在掌握科学知识的同时，感受语言的韵律之美和文化的深厚底蕴。例如，教师可以选取与生物相关的古诗词或成语，如“春种一粒粟，秋收万颗子”（描述生物繁殖过程）、“螳螂捕蝉，黄雀在后”（反映生物间的食物链关系）等，作为生物课堂的引入或讨论话题。这些诗文不仅能激发学生的学习兴趣，还能帮助其从文化的角度理解生物现象，拓宽视野。此外，教师还可以鼓励学生创作与生物相关的科普文章、诗歌、剧本等文学作品。例如，以“生物多样性保护”为主题，学生可以撰写一篇科普文章，介绍生物多样性的重要性及保护措施；或者创作一首诗歌，歌颂大自然的美丽与生命的奇迹；甚至编写剧本，用角色扮演的方式模拟生物间的相互作用，展现生态平衡的重要性。（二）与数学学科结合：培养逻辑思维与探究精神1.利用数学工具深化生物学问题分析生物学研究涉及大量数据，而数学正是处理数据，揭示其背后规律的有力工具。在数学工具的辅助下，学生可以更加深入地理解生物现象，提升问题分析的准确性和深度［2］。例如，在学习种群生态学时，学生可以利用数学中的指数增长模型和逻辑斯蒂增长模型来描述种群数量的变化，基于实际数据，绘制种群增长曲线，计算增长率、环境容纳量等关键参数。这不仅有助于学生加深对种群增长规律的理解，还能锻炼他们的数据处理能力和数学建模能力。又如，在学习遗传学时，学生可以利用概率论和统计学知识，分析基因型、表现型的分布规律，计算杂交后代的基因型和表现型比例，评估遗传病的发病风险，从而直观地理解基因遗传规律，提高对遗传学原理的掌握程度。2.借助数学思维提升生物实验的严谨性数学思维强调逻辑严密、推理严谨，这与生物实验的要求高度契合。在生物实验中，运用数学思维有助于学生更加科学地设计实验方案、控制实验条件、分析实验结果，提升实验的严谨性和可靠性。例如，在“光合作用中光反应与暗反应的关系”实验中，学生可以借鉴控制变量的思想，通过改变光照强度、二氧化碳浓度等单一变量，观察并记录光合作用速率的变化。这样，学生不仅能够准确探讨各变量对光合作用的影响，还能培养实验设计能力与数据分析能力。（三）与化学学科结合：促进知识转化与创新应用1.融合生物化学知识以加深理解将生物化学知识融入生物教学中，有利于学生更全面地理解生命现象，促进其对化学原理的深入掌握。例如，在讲解蛋白质的结构与功能时，教师可以引导学生回顾化学中的氨基酸、肽键等概念，解释蛋白质是如何由氨基酸的脱水缩合形成的，以及蛋白质的一级、二级、三级和四级结构如何决定其生物功能，以化学原理在生物学中的具体应用加深学生对蛋白质结构的理解。又如，在探讨糖类的代谢时，教师可以结合化学中的氧化还原反应和酶催化作用，阐述葡萄糖如何经过一系列化学反应在细胞内释放能量，并生成二氧化碳和水。在这一过程中，学生不仅能够理解糖类的代谢途径，还能掌握化学反应在生物体内的调控机制。2.在生物学探究中应用化学实验方法化学实验方法是科学研究的重要工具，其在生物学探究中的应用同样具有不可替代的作用。以化学实验的精确性和可控性为导向，学生能够更加科学地探索生命现象，验证生物学原理。例如，在进行“DNA的粗提取与鉴定”实验时，教师可以引导学生运用化学中的“溶解与沉淀”原理，选择合适的溶剂和沉淀剂，从生物材料中提取DNA，或是利用电泳技术等化学实验技术，观察DNA的迁移情况，验证其存在和纯度。（四）与物理学科结合：探究原理与拓宽视野1.应用物理学原理解释生物现象作为自然科学的基础，物理学在解释生物现象时同样展现出强大的力量。应用物理学原理解释生物现象，可以帮助学生更深入地理解生命活动的本质与规律。例如，在解释“植物向光性”这一现象时，教师可以引入物理学中的光学原理。植物叶片中的光合作用色素能够吸收光能并将其转化为化学能，而光线的方向性使植物能够感知光源的位置。基于光的直线传播、光的反射等物理学原理，学生可以理解植物如何通过调整生长方向来最大化地接收光照，以满足光合作用的需求［3］，进而理解植物向光性的生物学意义，深刻体会到物理学原理在生物学中的应用价值。2.在生物物理学科交叉领域中拓宽视野在生物物理学交叉领域的学习中，学生能够接触到前沿的科学研究，培养跨学科的创新思维和实践能力。例如，在生物力学的学习中，学生可以探索生物体在力学作用下的行为与响应。通过研究骨骼的力学特性、肌肉的收缩机制以及生物材料的力学性能等，学生能够了解生物体如何适应和应对力学环境的变化，以及这些原理是如何应用于生物医学工程、康复医学等领域的。这不仅能拓宽学生的知识视野，还能为他们未来的科学研究与技术创新提供思路和方向。又如，在生物光学的研究中，学生可以探究生物体与光的相互作用。通过研究生物发光现象、生物组织对光的吸收和散射特性、光学成像技术在生物医学中的应用等，学生可以深入了解生物光学的基本原理和前沿进展，认识生物光学成像、光疗等领域。这不仅能提升学生的科学素养和创新能力，还能为其未来的职业发展提供更多的可能。（五）与地理学科结合：增强社会责任感与环境保护意识地理知识，特别是关于气候、地形、水文等自然要素的知识，对于理解生物生态系统的结构和功能至关重要。在生物生态系统的分析中融入地理知识，有助于学生深入领会生态系统的复杂性，为环境保护和管理提供科学依据［4］。例如，在分析亚马逊雨林的生态系统时，教师可以让学生考虑亚马逊雨林所处的地理位置（赤道附近、热带雨林气候区）、地形特征（平坦广阔、河流纵横）以及水文条件（降水丰富、河流众多）对生物多样性的影响，通过引导学生探讨人类活动（如森林砍伐、农业扩张）是如何改变这些地理要素，对生态系统造成破坏的，激发学生对生态保护的思考。生物与地理的结合为学生分析生态系统提供了工具，是培养学生生态保护意识的重要途径。通过学习生物地理学，学生可以深刻认识到人类与自然环境的紧密联系，以及保护生态环境对人类可持续发展的重要性。教师可以组织学生开展生物多样性调查活动，实地考察不同地理区域（如山地、湿地、城市绿地）的生物多样性，直观感受生态系统的丰富性和脆弱性。在调查过程中，教师应引导学生思考生物多样性在维持生态系统稳定、促进物质循环与能量流动中的重要作用，以及人类活动对生物多样性的威胁。这样的跨学科实践活动能提高学生的实践能力，让他们在实践中深刻体会生态保护的重要性。（六）与道德与法治学科结合：培养人文素养与正确价值观生命伦理教育是生物教学的重要组成部分，关乎学生对生命价值的认知、对科研道德的把握以及对社会责任的担当。将道德与法治学科知识融入生命伦理教育，有助于学生深刻理解生命伦理的内涵，形成正确的生命观和科研观。例如，在讲授基因编辑技术时，教师可以探讨基因编辑技术的伦理边界和社会影响。教师可以进行案例分析，引导学生思考基因编辑技术的合理使用与滥用之间的界限，以及科学家在科研活动中应承担的道德责任，从而增强学生的伦理意识，使他们认识到科技发展与伦理规范之间的紧密关系。生物学和道德与法治学科的融合，不仅限于生命伦理教育，还要贯穿于生物教学的全过程［5］。这一融合教学可以让学生更全面地理解生命科学的真谛，提升人文素养，树立正确的价值观。教师可以介绍生物学史上的重大发现或科学家的故事，激发学生的科学精神和创新精神。例如，介绍孟德尔的豌豆实验，达尔文的进化论等科