目前，尽管一线中学每年用于购置理化生实验装备的经费不断增加，但学生参与分组实验的机会却很少，尤其是独立进行实验操作的机会更少。高考以及各类学业水平测试结果，都暴露出学生的实验探究能力和素养较为欠缺。产生这一现象的原因是多方面的，包括实验室等场地建设不健全、实验设备硬件配备不到位、学校生源数较大导致理化生分组实验教学课程编排不到位和“三新”背景下理化生三科的分组实验数量显著增加等。
笔者认为，要想保证学生在正常学习节奏中完成理化生各科的分组实验，就必须探索出新的实验教学路径，采取整合实验课程、实验资源，以及优化实验教学等策略，以便让学生真正参与实验操作，达成真做实验、做真实验的目标。
1 设计高中理化生实验跨学科课程
1.1 实施主题式课程设计
教师可围绕理化生实验内容确定跨学科实验主题，围绕同一主题融合并开展理化生实验教学。以“环境与生命科学中的化学和物理现象”主题为例，在研究水体污染对生物的影响时，应引导学生从物理视角分析污染物的扩散现象（如水流速度、温度对污染物扩散的影响等），从化学视角分析污染物的成分和化学反应（如重金属离子与水中物质的反应等），从生物学视角观察生物在受污染水体中的生存状况（如细胞结构的变化、生理机能的改变等）。设计主题式课程，便于学生在综合实验情境中理解不同学科知识之间的联系，提高综合应用知识分析解决问题的能力以及跨学科整合思维能力。
1.2 实施问题式课程设计
教师应聚焦跨学科实验教学的热点问题，如“如何利用物理和化学原理设计一种高效的生物培养装置”，借此引导学生从理化生学科的视角去思考解决方案。在实验探究过程中，引导学生综合运用物理的能量转换、化学的物质反应，以及生物的生长环境需求等学科知识，引导学生设计实验并深入探究，挖掘不同学科知识之间的内在联系，更好地综合运用科学知识解决问题
［1］。例如，在设计生物培养装置时，考虑物理因素（光照强度控制、温度的调节等）、化学因素（培养液的成分、pH的调节等）对生物生长的影响，并以分组实验方式不断优化设计方案，探究多元化学科实验问题的解决思路和方法，从而提高学生解决实际问题的能力和跨学科实验操作的技能。
1.3 实施专题式课程设计
人教版高中生物学必修一第四章第三节“物质跨膜运输的方式——自由扩散”在其内容中提到：“除了水、氧、二氧化碳外，甘油、乙醇、苯等物质也可以通过自由扩散进出细胞”，简而言之就是“脂溶性小分子物质”可以通过自由扩散方式通过生物膜。在教学中，可以基于这一类素材设计实验探究专题，如引导学生围绕“物质跨膜运输的方式——自由扩散”这一实验专题进行实验探究。具体为：物理学科层面，学习和研究“扩散现象”产生的条件；化学学科层面，学习和研究“相似相溶原理”；生物学科层面，学习和研究“脂溶性分子通过生物膜现象”
［2］。又如，在引导学生联系“磷脂双分子层构成生物膜的骨架”这一知识点以及化学中的相似相溶原理时，可从理化生3个角度进行实验探究，最终得出结论：生物膜的基本骨架是磷脂双分子层，其表面是磷脂分子的亲水端，内部是磷脂分子疏水的脂肪酸链。根据化学相似相容原理（非极性溶质一般能溶于非极性溶剂，极性溶质一般能溶于极性溶剂）可知，膜两侧的水溶性物质不能自由通过，而脂溶性物质与生物膜相溶，容易通过，所以脂溶性小分子是通过自由扩散方式进出细胞膜的。
2 组建高中理化生实验专任教师团队
2.1 聘任高中实验专任教师组建团队
理化生实验教学因学科专业不同完全独立分开，且理化生实验员大多由学科教师兼任。这种师资配备方式的优点是专科专任，便于实施学科教学；弊端是理化生实验专任教师因专业不同而不能跨学科实践和融合教学。再者，一些师资相对短缺的学校，其专任实验教师不能配备到位，通常只配备一名实验管理员，难以正常开展实验教学工作。笔者建议：学校聘任理化生实验专任教师组成跨学科实验教学团队，定期组织这些教师展开交流研讨，共同制订教学计划，设计分组实验教学方案，整合高中理化生实验课程，统一编排实验课程，正常开展分组实验。
例如，在开展“探究光合作用中的理化生现象”专题实验教学时，物理教师可从光的传播、能量转换等层面提供专业知识，化学教师可以讲解与光合作用相关的化学物质（如水、二氧化碳、葡萄糖等）的性质和反应，生物学教师则可以从植物细胞结构、生理功能等角度进行实验设计和指导
［3］。3个学科实验专任教师之间的协同协作，有助于整合应用学科知识和实验硬软件资源，能够为学生提供全面的实验学习指导和实验操作探究契机。
2.2 提升高中理化生实验专任教师业务水平
定期组织实验专任教师参加跨学科教学培训，有助于提升教师自身的跨学科知识和能力素养。培训内容可以涉及跨学科教育理论、跨学科实验教学方法等。教师通过学习能够更好地理解其他学科的教学内容和实验要求，从而在教学过程中主动引导学生进行跨学科实验探究。例如，化学教师参加物理学科关于光学仪器使用的培训后，就能在涉及光化学实验中更好地指导学生使用相关光学仪器进行准确的测量和观察实验现象。
3 高中理化生实验资源整合策略
3.1 实验设备整合共享
整合学校的理化生实验室资源，可以实现学科实验设备共享，发挥实验资源的最大效能。例如，物理实验室中的光学显微镜、电学仪器等可以用于生物学和化学实验中的微观观察和电学的测量，化学实验室中的精密仪器如分光光度计等仪器可以用于生物学、化学实验中的物质含量测定等。整合共享实验仪器设备，不仅能够提高实验仪器设备的利用率，还能为学生提供多元化的实验工具和探究路径，不断提升学生的实验操作技能。
3.2 实验材料整合利用
建议学校建立理化生实验综合材料库，将理化生实验器材、药品进行集中管理、整合和使用。例如，在探究生物酶的活性实验中，既需要生物学科的生物酶样本、生物组织等材料，也需要化学学科的缓冲溶液、底物等化学试剂。将这些材料进行集中管理、整合和使用，既方便师生调取和使用，又能确保分组实验的顺利、高效进行。同时，在材料整合和使用过程中，引导学生认识和了解不同学科材料在同一实验系统中的作用及相互关系，能够提高学生对跨学科知识的应用水平并加深理解。
3.3 实验仪器融合创新
随着实验技术的创新和发展，先进的教学仪器不断出现，如虚拟现实技术（VR）等实验设备的出现，为理化生实验的融合教学带来了新契机。以高中物理实验为例，数字化信息系统实验室的功能是利用传感器得到热、光、电、压强、位移等信息，再将这些信息转换成电信号并传输至计算机，由其记录和处理信息。目前，大部分中学已配置数字化信息系统实验室，并用其进行理化生实验，如化学学科的“原电池实验”“压强对平衡移动的影响”等。虚拟现实技术（VR）的传感器设备是三维交互设备，其应用技术系仿真技术与计算机图形学、人机接口技术、多媒体技术、传感技术、网络技术等多种技术的集合。虚拟现实技术主要包括模拟环境、感知、自然技能和传感设备等方面。模拟环境是由计算机生成的、实时动态的三维立体图像。除计算机图形技术所生成的视觉感知外，还有听觉、触觉、力觉、运动等感知，甚至包括嗅觉和味觉等，也称为多感知。自然技能是指人的头部转动，眼睛、手势或其他人体行为动作，由计算机处理与参与者动作相适应的数据，对用户的输入作出实时响应，并分别反馈到用户的五官。将虚拟现实技术用于理化生实验，可以打破时空约束和界限，使课堂分组实验更加直观。
以生物学科“种子的发芽”为例，其选种、播种、浇水、光照、发芽、育苗等过程均可利用VR实验在有限的课堂时间内完成，解决了现实中植物生长不便于一次性完成的实验问题。又如，在利用VR进行物理学科“伏安法测电阻”实验时，戴上VR头盔操控手中的传感器，即可实现对实验器材的选取、电路的连接，在虚拟闭合电键的瞬间，电压、电流、电阻的数据立即计入表格并呈现在大屏幕上，学生只需要摘下头盔并对记录的实验数据进行分析，即可得出理想的实验结论。数字化信息系统实验室（DIS）及传感器的广泛应用，使得实验测量和数据记录的方式发生巨变。在电学实验中，应用传感器已经可以实现对电压、电流的精密测量，如在高中物理“探究电容器的充放电”实验中，利用传感器可记录电容器充放电过程实时变化的微弱电流，形成电流随时间变化图象，方便进一步计算电荷量。又如，生物学科“神经的传导机制”实验经常用电流表检测生物电信号，若能够用微电流传感器进行检测，就比传统电流表的实验效果好得多。另外，建议学校建立多元化网络实验课程资源融合实验教学，如国家虚拟仿真实验教学课程服务平台（
https：//www.ilab-x.com），能够提供海量的基础、综合、研究层面的仿真实验室课程及实验中心供学习者使用。一线教师也可以利用仿真实验软件（如NOBOOK）随时进行学科型、综合型的实验教学设计，为学生带来更加直观的实验演示效果
［4］。
4 高中理化生实验融合教学的实践
4.1 开展跨学科实验教学项目
首先，确定理化生综合实验项目主题，如“探究绿色植物在不同环境下的生长与理化因素的关系”。其次，分配实验探究任务，将学生分成若干实验小组，每个小组由具有不同学科特长的学生组成。然后，师生共同制订实验计划，包括实验目的、实验步骤、预期结果等。再次，组织学生按任务进行实验，在实验过程中学生分别从物理（如光照强度、温度等环境因素的测量和控制）、化学（如土壤和培养液的化学性质分析）、生物学（如植物生长指标的观察和测定）等方面进行实验操作和采集数据。最后，分析并总结实验结果，撰写实验报告，综合论证实验结果。例如，在实验过程中发现，光照强度和土壤酸碱度对植物的生长有着显著的交互影响，这一结果需要从理化生多个学科的角度进行解释和分析，以便学生深刻体会跨学科知识融合的重要性。
4.2 组织跨学科竞赛活动
在教学过程中，教师应定期组织理化生跨学科实验竞赛活动。竞赛主题可围绕具有挑战性的跨学科实验问题展开，如“设计一个利用物理和化学原理改善生态环境的生物栖息地模型”。为此，可组织学生以小组形式参赛，在规定时间内完成设计方案、模型制作和成果展示等任务。在竞赛过程中，学生须充分发挥学科综合知识和实验技能，以团队协作方式完成任务。竞赛评委由理化生实验教师组成，从实验的科学性、创新性、可行性等方面进行评价。系列化竞赛活动能激发学生对跨学科实验探究的兴趣和热情，提高其跨学科实践能力和创新能力。
4.3 建立跨学科学习社区
建立线上或线下的跨学科实验探究学习社区或者网络交流平台，供师生交流、研讨和互动。在学习社区中，学生可以分享自己在跨学科实验中的经验、困惑及心得等；教师也可以借助交流平台发布跨学科实验的学习资源，帮助学生解答遇到的疑问等。例如，当学生完成“探究食品保鲜的理化生原理”实验专题研究后，可以在社区分享物理的保鲜包装设计、化学的防腐剂作用机制、生物学的微生物生长抑制等方面的体会，供其他学生学习和借鉴。教师还可对学生的分享内容进行点评和补充，引导学生进一步深入探究和思考，借此激发其他学生参与探究的兴趣和欲望。此外，学习社区还可以组织学生开展线上跨学科实验研讨活动，或邀请专家开设专题讲座、对学习活动进行线上点评和指导等，以此拓宽师生的跨学科实验探究视野。
践行中学理化生实验融合教学是一项漫长而又艰巨的任务，既要突破实验教学技术创新的瓶颈，又要克服实验硬件资源短缺的困难，还要为多元化的实验融合教学提供安全保障。故而，教师要积极探索理化生实验融合教学的路径和策略，以期为学生提供更多参与实验操作的机会，并不断提升他们的实验探究能力和综合素养。
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