组织跨学科学习活动 设计蔬菜育苗和栽培温室

◇杨晓娟（北京：中国人民大学附属中学实验小学）

2022年版义务教育课程标准指出，要加强课程内容与学生经验、社会生活的联系，强化学科内知识整合，统筹设计综合课程和跨学科主题学习。现代教学技术教育部重点实验室主任胡卫平教授在课标解读论坛上的发言指出，本次国家的课程改革主打综合性和实践性相结合的发展方向，在以往的改革中实际上已经倡导进行研究性学习和综合实践活动，且这两种活动已经有了一些跨学科的性质，但是它并没有突出跨学科学习中解决真实情境中的问题这一点。胡教授的话给我们带来了很多启发与思考。

一、基于真实问题的跨学科学习的概述

艾伦·雷普克在《如何进行跨学科研究》一书中指出，跨学科研究是回答问题、解决问题、处理问题的进程，这些问题太宽泛、太复杂，靠单门学科不足以解决；它以学科为依托，以整合见解、构建更全面的认识为目的。

二、基于真实问题的跨学科学习的特征

（一）需有一个真实的跨学科目的作为前提

解决一个真实问题、创造一件作品、建构一种解释、满足一种需要，都是真实的跨学科目的，成为跨学科项目式学习设计的来源。例如：在解决环境污染问题时，设计低碳房屋、设计绿色交通系统、设计低碳校园等。又如：在解决保护鸟类这个现实问题中，设计鸟类栖息地、制定保护鸟类的相关法规、制作辅助生存工具、设计鸟类救护装置等。这些都是源于现实世界中真实问题而组织的跨学科学习活动，有着真实的跨学科目的。

（二）明确所跨学科之间的内在联系及逻辑

跨学科领域实践的本质，不是对某一刻板的主题进行整合，也并非没有逻辑地对学科知识进行堆积，而是在真实的问题情境中，分析人的需求，将学科大概念及跨学科概念、作品或产品联系在一起，由此引导学生对正在学习的项目产生新的、更深入的、更整合性的理解。例如：在考察北京持续根治河道顽疾，黑臭“牛奶河”还清为“生态河”的治理情况时，只要求学生写一份考察报告，而对考察报告的结构、内容没有明确要求和阐述，这就不是跨学科所应采取的立场。

（三）在学科深度学习的基础上进行整合

跨学科立场更核心的是，基于这些学科学习和研究，在不同的学科视角寻找联系、冲突，形成创新性的观点或者见解。基于真实问题跨学科项目式学习，需要在项目进程中让学生感受到这种学科间的知识、视角的补充、碰撞与张力。通过问题解决的项目逻辑实现创造性转化，将各学科知识重新按照议题、问题整合成不同于单一学科的新知识。

三、基于真实问题的跨学科学习活动的设计逻辑

教师在基于真实问题设计跨学科学习活动的时候，要遵循跨学科立场和学科立场，并基于五个关键问题梳理跨学科案例设计的思路（见图1）：解决现实世界的什么“真”问题？解决成功的标准是什么？限制条件是什么？为解决问题需整合应用哪些学科的哪些知识或原理？是验证原理解释世界还是应用原理改造世界？学生解决问题需要运用哪些过程或者方法？这些过程方法是不是通用的方法？培养哪些核心素养或跨学科概念？落实在哪些学习活动中？如何评估？学生进行了哪些意义建构？生成了哪些能力？可以迁移吗？

图1 基于真实问题的跨学科“五问”设计逻辑

四、基于真实问题的跨学科学习活动的实施过程

基于真实问题开展跨学科学习的实施过程，问题始终是组织跨学科学习的缘由、依据和核心。因此，我把实施路径依次梳理为解构核心问题为分学科子问题、构建分学科子问题系统、探索和整理相关信息和资料、依据不同学科知识表征子问题、解决子问题、跨学科界限解决核心问题几个过程（见图2）。下面我就以设计蔬菜育苗、栽培温室为例，进行四步分析。

图2 基于真实问题的跨学科学习实施过程

（一）解构核心问题，构建子问题系统

首先将核心问题“现代农业生产中如何进行蔬菜的反季节育苗和栽培？”解构为三个主题问题：1.温室在植物生长发育的过程中发挥的主要作用是什么？2.如何实现温室的保温性、透光性、结构稳定性以及成本最优？3.为增加温室产品产量，提高劳动生产率，温室综合环境控制系统该如何设计？接下来，将主问题进一步解构为多个相关联的分学科子问题。将主问题1分解为三个子问题，分别为子问题1：温室分为哪几种类型？分别应用于什么生活场景？子问题2：温室的结构分为哪几部分？分别发挥什么作用？子问题3：温室最基本的评价标准或指标是什么？将主问题2分解为4个子问题，分别为：温室保温性受哪些因素的影响？温室的透光性受哪些因素的影响？温室的结构稳定性受哪些因素影响？如何在限定成本范围内为番茄种植户和生菜种植户设计温室？最后将主问题3进一步分解为：如何设计智能温室的采集系统？如何设计智能温室的控制系统？如何设计智能温室的执行系统？（见图3）

图3 “设计蔬菜育苗、栽培温室”问题系统

（二）探索整理资料信息，不同学科知识表征子问题

接下来，我们需要依据子问题系统搜索相关资料信息，用不同的学科知识表征子问题。例如：我们可以调取物质科学相关知识与技能支持温室覆盖材料的透光性、保温性研究；用生命科学相关知识与技能支持番茄、生菜生长条件分析研究；用地球科学相关知识与技能支持番茄、生菜栽培综合环境条件，研究土壤湿度、透气性、有机质含量等；用信息科技相关知识与技能支持温室的类型及应用场景资料调查、智能温室采集、控制、执行系统的设计；用数学学科相关知识与技能解决温室结构稳定性影响因素的研究，研究结构重心的高低、结构与地面接触所形成的支撑面的大小以及温室模型的设计；用艺术学科相关知识与技能支持温室模型设计，作为社会环境中的生产建筑物要综合考虑实用性与美观性。温室本身是农业生产劳动过程的产物，因此问题解决的全过程渗透了劳动教育的思想。

在真实问题的解构过程中，不同学科之间通过问题、概念、成果联系在一起，使学生能够对正在学习的主题产生新的、更深入的、更有说服力或更细致的理解。因此，基于对不同学科概念的理解进一步确定跨学科概念，将促进学生在学习活动中将学科知识与技能和真实问题产生联系，促进问题解决过程中对学科概念的运用。学生由此对跨学科问题产生全面而理性的认知。从物质与能量这个跨学科概念来看，本案例需要学生理解并应用的是生命的过程，就是生命体与外界进行物质与能量交换的过程；从结构与功能维度来看，本案例主要体现在技术工程领域，通常系统的功能是先根据需求明确下来，然后通过设计制造特定的结构来实现这一功能；从系统与模型维度来看，在技术工程领域，系统是人们所关注的对象，温室可以是一个系统。有时由于系统庞大，还可以根据功能分为若干子系统，如：温室的结构、采光、智能控制等子系统。为了对系统进行直观展示或深入研究，我们根据其性质或特征，构造了简化的模型。稳定与变化：温室综合环境控制系统的设计就是根据蔬菜生长数据的变化进行反馈控制，从而使蔬菜处于一个相对稳定的、适宜生长的环境中。

（三）设计学习活动，解决子问题

确定分学科知识及跨学科概念后，我们依据子问题系统对应的素养目标进行学习活动的设计，以解决子问题。以如何实现温室的保温性、透光性、成本最优化这个子问题系统为例：通过控制变量实验等活动，探究不同覆盖材料对温室保温性能、透光性能的影响；通过单因素实验等活动，探究影响温室结构稳定性的主要因素；通过为生菜种植户和番茄种植户“设计温室”的挑战活动，完成在限制条件下进行设计的工程实践。

（四）解决核心问题，提升学习价值

逐一解决子问题后，我们需要通过学习活动的设计，引导学生解决跨学科主题的核心问题，提升学习价值。以本案例为例：首先引导学生梳理子问题解决过程，以小组为单位完成解决核心问题的学习报告。学习报告可以基于四个问题展开：1.我们要解决现实世界的什么“真”问题？2.为解决问题，我们整合应用了哪些学科的哪些知识或原理？3.为解决问题，我们经历了哪些研究过程？采用了哪些研究方法？4.我们获得了哪些解决问题的能力？这些能力是否还可以帮我们解决生活中的其他问题？其次，我们还可以请学生以小组为单位，展示温室模型设计及建造成果，进行自评、互评、教师评价，借助更加直观的工程作品将学习报告中的实践经验进一步内化。

五、总结与反思

基于现实问题的跨学科学习，因其问题的复杂性和不确定性，无论对教师还是学生来说都是全新的挑战。因此打破学科壁垒，构建教师教学研究共同体，构建师生学习共同体就显得十分重要。今后通过不断地实践，我将继续对跨学科共同体的构建进行更深入研究。