技術(shù)支持下的高中地理與生物學融合教學探究

教育部在《關(guān)于全面深化課程改革落實立德樹人根本任務(wù)的意見》中強調(diào)，要“開展跨學科主題教育教學活動，將相關(guān)學科的教育內(nèi)容有機整合，提高學生綜合分析問題、解決問題的能力”?！镀胀ǜ咧械乩碚n程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱“高中地理課標”）提出，要注重地理學科與其他學科的交融，做好地理課程的頂層設(shè)計[1]?！镀胀ǜ咧猩飳W課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱“高中生物學課標”）也指出，加強學科間的橫向聯(lián)系，有利于學生理解科學的本質(zhì)、科學的思想方法和跨學科的科學概念和過程，從而建立科學的生命觀，逐步形成正確的世界觀，發(fā)展生物學學科核心素養(yǎng)[2]。本文課例“植被”通過一系列活動任務(wù)和問題鏈，幫助學生打破學科界限、整合知識、減少知識碎片化，為高中地理教師提供一個地理與生物學跨學科融合教學的案例。一、高中地理與生物學跨學科教學的背景分析“植被”是人教版高中地理必修一第五章第一節(jié)的教學內(nèi)容，主要是讓學生通過校園樹木調(diào)查活動研究植被與環(huán)境的關(guān)系。教學目標是通過識別植被的主要類型及特征，學生能夠綜合分析植被與環(huán)境的關(guān)系，形成尊重自然規(guī)律、保護自然的意識，樹立正確的人地協(xié)調(diào)觀。高中生物學選擇性必修二“生物與環(huán)境”包括種群和群落、生態(tài)系統(tǒng)、環(huán)境保護等內(nèi)容，其教學目標是“提高對生命系統(tǒng)與環(huán)境關(guān)系的認識，并為學生樹立人與自然和諧發(fā)展的觀念，形成生態(tài)意識、環(huán)保意識和踐行綠色低碳生活方式奠定基礎(chǔ)”[3]。顯然，“植被”章節(jié)與高中生物學必修二的部分內(nèi)容在教學內(nèi)容和目標上高度相關(guān)，這為跨學科教學的探索奠定了堅實的基礎(chǔ)。此外，筆者所在的學校校園內(nèi)植物種類繁多，為“植被”的教學提供了豐富的實踐資源。基于以上考慮，筆者融合了高中地理與生物學的教學內(nèi)容，設(shè)計了一項信息技術(shù)支持下的跨學科教學計劃。該計劃采用翻轉(zhuǎn)課堂的模式，分為課前實踐和課堂教學兩個環(huán)節(jié)，旨在幫助學生深入了解主要植被類型及其特征，并綜合分析植被與環(huán)境的關(guān)系。在課前實踐活動中，教師利用植物識別App，指導學生調(diào)查校園植物。為了增強師生互動，課堂教學環(huán)節(jié)將依托教育云平臺，對學生的調(diào)查結(jié)果進行分析和討論（如圖1）。二、高中地理與生物學跨學科教學設(shè)計為了更好地將地理與生物學兩個學科的教學目標融合，筆者安排了2個課時開展學科教學。第1課時開展戶外實踐活動，第2課時進行探究分析與總結(jié)評價。（一）課標分析高中地理課標對本節(jié)內(nèi)容設(shè)定的要求是：學生應(yīng)能通過野外觀察或運用視頻、圖像資料，識別主要植被，說明其與自然環(huán)境的關(guān)系。這一要求旨在引導學生探究植被與氣候、地形、水文、土壤等因素的相互作用。“通過野外觀察或運用視頻、圖像”不僅是對教學方法的要求，提示教師采用情境化和案例化的教學手段，以避免枯燥的理論講解，還強調(diào)了學生在學習過程中應(yīng)主動構(gòu)建知識，將理論與實踐相結(jié)合，體現(xiàn)了地理學科素養(yǎng)中的實踐能力?！罢f明”則是對學生學習成果的具體要求，學生需要理解并應(yīng)用自然環(huán)境與植被關(guān)系的相關(guān)知識，以體現(xiàn)區(qū)域認知和綜合思維的核心素養(yǎng)。高中生物學課標與本節(jié)內(nèi)容緊密相關(guān)的標準要求是：分析不同群落中的生物具有與該群落環(huán)境相適應(yīng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理特征和分布特點。這與高中地理課標中說明植被與自然環(huán)境的關(guān)系的要求高度契合。高中生物學課標不僅要求學生記住生物群落類型和生物特征，還強調(diào)讓學生通過比較分析，歸納出生物群落中生物適應(yīng)環(huán)境的特征，理解群落形成是物種間相互作用以及物種與環(huán)境相互作用的結(jié)果，以此培養(yǎng)學生科學思維、科學探究等生物學核心素養(yǎng)，并形成進化與適應(yīng)、穩(wěn)態(tài)與平衡、系統(tǒng)等生命觀念。（二）教材分析教材中本節(jié)內(nèi)容包含一系列校園樹木調(diào)查活動，旨在幫助學生探究植被與環(huán)境之間的復雜關(guān)系。理解植被如何與氣候、地形、水文、土壤等環(huán)境要素相互作用，構(gòu)成了本節(jié)課的教學核心。植被和土壤不僅是自然環(huán)境的重要組成部分，也是自然環(huán)境演化的產(chǎn)物，更是人類生存不可或缺的自然條件。因此，學習植被知識對于學生深入理解自然環(huán)境的形成和變化至關(guān)重要，并為后續(xù)學習土壤相關(guān)知識打下堅實基礎(chǔ)。從跨學科的角度來看，本節(jié)內(nèi)容與高中生物學選擇性必修二的部分內(nèi)容緊密相連。人教版高中生物學教材從更宏觀的視角出發(fā)，詳細闡述了陸地生物群落，包括森林、草原、荒漠和苔原的主要特征。這不僅是對前述知識點的深入拓展，也為后續(xù)學習生態(tài)系統(tǒng)及其穩(wěn)定性等相關(guān)章節(jié)做了鋪墊。通過這種跨學科的學習，學生能夠更全面地理解生物與環(huán)境之間的復雜互動，培養(yǎng)綜合分析問題的能力。（三）學情分析在日常生活中，植物是學生生活環(huán)境中的常見元素，他們對某些植物的名稱和生態(tài)特征已有初步認識。在知識基礎(chǔ)上，學生在初中地理課程中已學習過全球氣候類型的分布和特點，因此在探討影響生物群落分布的因素時，他們能夠較容易地識別水分和溫度是關(guān)鍵因素，進而學習全球主要植被類型的分布和特征。盡管學生具備一定的直觀認識和基礎(chǔ)知識，但當需要從理論角度深入分析時，他們在理解生物如何通過特定的生理結(jié)構(gòu)和形態(tài)特征適應(yīng)其群落環(huán)境方面，仍需提高綜合思維和科學分析的能力。（四）教學目標1.能夠利用植物的視頻、圖片或通過野外觀察來識別主要植被及其特征，并通過參與校園樹木調(diào)查活動，識別周邊的植物種類。2.能夠結(jié)合圖文資料，綜合分析植被與環(huán)境之間的相互作用。3.能夠根據(jù)區(qū)域圖或類型圖，描述不同地區(qū)植被的種類和特點，并建立起群落多樣性的認識。4.通過學習不同森林群落中植物對環(huán)境的適應(yīng)，樹立生物既適應(yīng)環(huán)境又影響環(huán)境的科學觀念，培養(yǎng)尊重自然規(guī)律和保護自然的意識。5.通過分析具體案例，理解生物群落內(nèi)生物對環(huán)境的適應(yīng)過程，形成正確的進化與適應(yīng)觀念。（五）教學重難點教學重點：識別主要植被類型；說明植被與自然環(huán)境的關(guān)系；掌握不同群落中的生物具有與環(huán)境相適應(yīng)的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生理特征。教學難點：植被生態(tài)特征的環(huán)境適應(yīng)性；亞熱帶常綠闊葉林、溫帶落葉闊葉林落葉季節(jié)差異及原因分析；群落中生物的適應(yīng)性。（六）設(shè)計思路為了提升跨學科教學的效果，筆者設(shè)計了一套融合信息技術(shù)的教學流程（如圖2）。在課前準備階段，學生利用手機上的植物識別App識別校園內(nèi)的植被，并研究其生長習性。在課堂講授階段，教師利用教育云平臺來開展教學活動，將課堂互動數(shù)字化，以此增強教學的精準度和針對性。三、高中地理與生物學跨學科教學實踐（一）課前翻轉(zhuǎn)，在實踐中學習為了確保教學效果，教師在課前深入研讀課程標準、教材內(nèi)容，并基于對學情的了解，確立了教學目標和學習目標，進行了詳細的教學設(shè)計。同時，教師為學生準備了自主預習的任務(wù)清單和校園植被調(diào)查的活動方案（如圖3），引導學生進行翻轉(zhuǎn)學習。在教師的指導下，學生完成以下任務(wù)。1.訪問weather2visit網(wǎng)站，收集本市的氣候數(shù)據(jù)（包括氣溫和降水等信息）。2.以小組合作形式，使用衛(wèi)星地圖軟件繪制校園平面圖，通過實地考察確定校園內(nèi)主要植被的空間分布，并據(jù)此完成校園植被平面分布圖的繪制。3.在生物學教師的指導下采用植被樣地調(diào)查方法對校園植物進行研究，對校園植物樣地編號，并在校園植被平面分布圖上標注樣地位置。4.各小組準備必要的調(diào)查工具，包括樁、卷尺、繩子、塑料袋、校園平面圖、調(diào)查表、筆、手機以及植物識別App等。5.按照教師提供的調(diào)查方案進行實地調(diào)查，使用表1記錄數(shù)據(jù)，并利用表2進行后續(xù)的統(tǒng)計分析。（二）課堂上開展探究活動，互動學習探究一：植被與環(huán)境結(jié)合課前自主學習任務(wù)單，學生小組合作深入探究以下問題。1.對各小組收集的調(diào)查數(shù)據(jù)進行匯總統(tǒng)計分析，探討校園內(nèi)樟樹數(shù)量居多的可能原因。2.根據(jù)中國的氣候特征，推測上海和昆明是否適宜香樟樹生長，并解釋原因。請求教師協(xié)助使用植物識別App進行現(xiàn)場驗證（如圖4），并基于此分析樟樹在中國的分布區(qū)域。3.針對植物識別App上網(wǎng)友關(guān)于河南平頂山為何不可能有天然樟樹分布的提問，進行解答分析。設(shè)計意圖：本環(huán)節(jié)旨在明確樟樹作為亞熱帶季風氣候區(qū)的地帶性植被，體現(xiàn)了植被與地理環(huán)境之間的密切關(guān)系，培養(yǎng)學生綜合思維與區(qū)域認知等地理學科核心素養(yǎng)。學生將認識到植物對環(huán)境的適應(yīng)性是相互關(guān)聯(lián)的，從而樹立正確的生命觀念。探究二：常綠闊葉林和落葉闊葉林特征差異及原因結(jié)合校園植物調(diào)查結(jié)果，小組在教師的引導下合作探究以下問題。1.使用手機植物識別App查詢?yōu)蹊?、糖槭和樟樹的生長習性，并比較它們之間的差異。2.描述并分析圖5中烏桕、糖槭與樟樹在景觀上的差異，探討造成這些差異的可能原因。3.結(jié)合中國氣候數(shù)據(jù)，預測烏桕和糖槭在中國的優(yōu)勢分布區(qū)域，并提供相應(yīng)的解釋。設(shè)計意圖：通過對比不同植被景觀圖，學生在教師引導下分析小范圍的地理問題，并進一步探討大范圍的空間分布問題，以此提升綜合思維能力。通過比較不同生物的主要生態(tài)特征，學生將能夠闡述生物如何通過形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生理特征適應(yīng)環(huán)境，從而培養(yǎng)科學思維、科學探究等核心素養(yǎng)。探究三：校園內(nèi)樟樹主要在春季落葉的原因分析教師要求學生結(jié)合校園植被調(diào)查活動中的樣地植物景觀圖（如圖5）與不同樹種的年凋落物變化曲線圖（如圖6），思考以下問題。1.判斷圖中烏桕、糖槭、樟樹與甲、乙樹種的對應(yīng)關(guān)系。2.探究樟樹雖為常綠樹種，是否真的終年不落葉，并分析其落葉最多的季節(jié)。設(shè)計意圖：此活動旨在深化學生對常綠闊葉林生態(tài)特征的理解，并挑戰(zhàn)他們的定勢思維，激發(fā)認知沖突，鼓勵學生從日常生活中尋找答案。通過分析不同植物類型，學生可以理解不同生物群落中生物對環(huán)境的適應(yīng)過程，從而培養(yǎng)科學思維和探究能力。探究四：全球主要植被類型特征及分布學生觀察并調(diào)查樣地中的喬木、草地、灌木等植物景觀，學習教師提供的雨林、荒漠、冰原等植被類型資料，結(jié)合校園植物調(diào)查的實踐經(jīng)驗，將上述植被類型填寫在圖7所示的“理想大陸”地圖上，并分析各自的分布原因。設(shè)計意圖：本活動旨在引導學生從校園環(huán)境出發(fā)，逐步擴展到全國乃至全球范圍，以掌握全球主要植被類型的特征及其分布規(guī)律。這一過程可以加強對學生地理核心素養(yǎng)中綜合思維和區(qū)域認知的培養(yǎng)。通過歸納和概括不同生物群落的生態(tài)特征，學生也能深入理解生物的適應(yīng)性，并學會運用正向和逆向思維進行分析和推理，從而提升學科表達能力，強化科學思維能力，并培養(yǎng)科學素養(yǎng)。探究五：為校園樟樹做“診斷”在該環(huán)節(jié)，學生首先觀察兩處樣地中樟樹的景觀圖，并對比它們的差異。接著，學生通過網(wǎng)絡(luò)視頻采訪學校花工張師傅以獲取更多相關(guān)信息。結(jié)合張師傅提供的信息和所學知識，學生分析兩處同時栽種的樟樹在六年后外觀上出現(xiàn)顯著差異的原因（如圖8）。最后，通過網(wǎng)絡(luò)視頻連線生物學教師，學生尋求專業(yè)幫助以驗證他們的分析推測是否準確。設(shè)計意圖：香樟樹的“黃化病”是一個涉及土壤學和生物學知識的復雜問題，需要學生綜合運用地理和生物學的知識進行分析。教師通過引導學生探究“黃化病”，不僅培養(yǎng)了學生的綜合思維，還提升了學生解決實際問題的能力，并為下一節(jié)土壤的學習奠定了基礎(chǔ)。四、技術(shù)助力高中地理與生物學跨學科教學的思考本課例的教學創(chuàng)新主要體現(xiàn)在利用信息技術(shù)實施跨學科教學。信息技術(shù)的應(yīng)用不僅能夠促進學科知識的深度融合，引發(fā)深度學習，還能推動教學方式的變革，顯著提高課堂教學效率，實現(xiàn)教學質(zhì)量的提升。在課前階段，學生利用植物識別App對校園植物進行調(diào)查，使用衛(wèi)星地圖軟件繪制校園平面圖，并通過訪問weather2visit網(wǎng)站獲取本市的氣候數(shù)據(jù)。在課堂階段，為了提高師生互動的效率和水平，教師依托教育云平臺對校園植物調(diào)查的結(jié)果進行討論分析。教育云平臺中的“隨機挑人”“彈幕”“計時器”“廣播”“作業(yè)推送”“作業(yè)統(tǒng)計”等功能，大幅提升了教學的精準性和針對性，實現(xiàn)了精準“滴灌”教學。網(wǎng)絡(luò)視頻連線校園花工和生物學學科教師的環(huán)節(jié)設(shè)置，不僅拓展了課堂的時空范圍，提升了地理知識的實踐性，還培育了學生的地理實踐力，這是地理學科核心素養(yǎng)的重要組成部分。在進行地理學科的跨學科教學時，我們應(yīng)深入研究地理及相關(guān)學科的教學內(nèi)容和課標要求，以整合性思維選擇跨學科課程的主題和內(nèi)容。地理學科具有多學科交叉和綜合性的特點，涉及自然科學和人文社會科學，非常適合開展跨學科教學。例如，本課例中的“植被”與生物學的聯(lián)系緊密，植物類型識別和生長狀況分析需要用到生物學知識，這為學生深刻理解土壤與植被的相互關(guān)系提供了理論支撐。在跨學