整體性在科學知識中的應用研究

潘亞杰　趙慧

摘 要 義務教育階段的科學教育由物理、化學、生物和地理等分支學科組成，各學科知識相互交叉融合，形成一個有機的整體。文章以“壓強”這一概念為例，試具體說明“科學”是各學科知識有機組成的。

關鍵詞 整體性 科學知識 壓強

把握事物的整體性有助于人們掌握系統的特性，全面、深入認識事物，掌握規律，提高分析解決問題的能力和工作效率。

1在科學教育中應該注重科學知識的整體性

跨學科研究是近年來科學方法討論的熱點之一。在科學教育領域，跨學科研究旨在運用跨學科交融，推進學生對科學課程的“整體性學習”，以期幫助學生探尋到科學知識的完整結構和面貌，解決現實復雜問題，并幫助學生形成創新思維。

《科學教育的原則和大概念》一書指出，在小學科學教育中，教師應該把學習組織為趨向于大概念的、連續的、有聯系的學習進程?？茖W教育不是給學生講授一些零碎的、不連貫的知識片段和堆積在一起的科學定律，而是需要圍繞涉及重要科學領域的有結構、有聯系的科學核心概念和模型來進行講授，即要求要對科學有一個整體性把握。

從課程的類別上講，義務教育階段的科學課程是一門廣域課程（broad field curriculum），它強調各學科領域知識的相互滲透和聯系整合?！犊茖W》課程的知識目標包括物理、化學、生物和地理等學科的知識，各學科知識間之間不是孤立的或機械的相加，而是相互聯系、相互作用，共同組成了一個有機的“科學”系統。

因此，科學教師應該注重《科學》課程的整體性，無論是課程結構的整體性還是科學知識的整體性?？茖W教師應當對“科學”內容有一個整體性的理解與把握，以幫助學生對科學概念和過程有一個基本的理解與認識，形成有組織、有結構的科學知識和模型，并且有能力解釋較大范圍內的一系列相關現象。

2以“壓強”為例，試具體說明“科學知識”是由各學科知識有機組成的一個整體

在當前多數人的理解中，物理、化學、生物及地理都是一個獨立的學科。當談到某一概念的時，人們比較容易聯想到它所對應的某一學科。例如，當談及“地球自轉”時，多數人會較易聯想到地理科學中“晝夜的形成”的相關內容，很少會聯想到物理科學中“同步衛星”的相關內容，這也正是長期分科教學所帶來的弊端。因此，新時代的科學教師應該具有整體性意識，這樣才能引導學生系統的學習并掌握《科學》課程的內容。下面以“壓強”為例，試具體說明“科學”是由各學科知識有機組成的一個整體。

2.1“壓強”在物理學中的體現：如流體力學

飛機為什么能夠飛上天？因為機翼受到向上的升力；升力是如何產生的？由于伯努利效應；何謂伯努利效應？在流體中，流速越大的位置，壓強越??；流速越小的位置，壓強越大。

飛機機翼下平上凸，當空氣流到機翼前緣時，會分成上、下兩股，分別沿機翼上、下表面流過，并同時到達機翼后緣，重新匯合向后流去。這樣機翼上部的氣流走過的路程就長于下部，因此上部氣流的速度就快于下部氣流。根據伯努利原理可以得出，機翼上部壓強小，下部壓強大，機翼的上下面產生了壓強差，這就使得飛機獲得了升力，從而飛上天。

2.2“壓強”在化學中的體現：如化學分反應原理

在化學反應中，反應物能不能發生化學反應以及反應的快慢，首先取決于反應物的性質。此外，化學反應速率還受反應進行時所處條件的影響，其中重要的是溫度、濃度、壓強和催化劑的影響。

根據勒夏特列原理，當改變體系反應時的壓強時：增大壓強，平衡向氣態物質體積減小的方向移動；減小壓強，平衡向氣態物質體積增大的方向移動。

2.3“壓強”在生命科學中的體現：如高山反應

大氣壓強不僅與天氣變化有關還與海拔高度有關，高度愈高，空氣愈稀薄，空氣的密度越小，大氣壓強就愈低。

在高山地帶，氣壓低，空氣稀薄，人體所賴以呼吸的氧氣壓力也會隨之降低。然而人體進行呼吸作用所需要的氧氣含量是保持不變的，為使血液中的含氧量達到人體所需的含氧量，就必須增加紅細胞（運載氧氣）的含量。研究表明，人體靠新陳代謝自動增加紅細胞的含量需要幾天的時間，所以在剛剛進入山區時，會因為海拔的突然增高，而人體卻來不及適應，產生體內供氧不足的情形，高度愈高，過渡時間愈短，產生的反應就愈劇烈。這種生理反應一般被稱為高山反應。

2.4“壓強 ”在地理科學中的體現：如大氣運動

大氣的受熱過程影響著大氣的熱狀況、溫度分布和變化，制約著大氣的運動狀態。實際上，由于海陸分布、地形起伏等因素的影響，大氣環流特別復雜。北半球的陸地面積比南半球的陸地面積大而且海陸相間分布，由于海陸熱力性質的差異，大陸增溫和冷卻的速度快于海洋。海陸冬夏季增溫和冷卻速度明顯不同，使呈帶狀分布的氣壓被分裂出一個個高、底氣壓中心。

隨著季節的變化，高低氣壓中心對世界各地的天氣和氣候有很大的影響。例如，冬季蒙古-西伯利亞高壓是冷空氣的源地之一，對我國冬季天氣影響顯著；夏季西太平洋副熱帶高氣壓是暖空氣的源地之一，對我國夏季天氣影響很大。

從以上“壓強”在不同學科中的存在形式，很容易說明“科學”是由各學科知識有機組成的一個整體?！犊茖W》課程的設置也正是基于這樣的目的：整合物理、化學、生物及地理等學科內容，以打破長期分科帶來的弊端，幫助學生對“科學”有一個整體性認識。當然，這里并沒有否認各學科所具有的獨特性。

3小結

科學家彭加萊曾經說過：科學是基于事實之上的，就好像房子是用磚石堆砌而成的一樣，但是，一些事實的堆積并不是科學，就像堆在一起的一堆磚石并不是房子一樣。教師需要對“科學”學科有一個整體性認識，這樣有助于對學生的整體性學習進行針對性指導，從而幫助學生搭建跨學科知識網絡。

參考文獻

[1] 趙媛.用跨學科交融推進“整體性學習”[J].江蘇教育，2016（59）：18-19.

[2] 韋鈺.以大概念的理念進行科學教育[J].人民教育，2016（01）：41-45.

[3] 靳玉樂.現代教育學[M].成都：四川教育出版社，2008.