环境知识与初中自然科学课程融入的研究

陈刚

摘 要：环境教育作为跨学科主题，适用于义务教育阶段所有自然科学课程，涉及生物学、化学和物理等学科。基于2022年版义务教育生物学、化学和物理课程标准，研究环境知识在初中自然科学课程中的融入情况，发现相较于化学和物理，生物学对环境知识的融入程度更高。通过对课程内容的比较分析，可以得到提升内容的深度和广度、丰厚教师的专业储备、促进教与学方法的创新等建议。同时，有如下应用展望：学习目标体现整体性和进阶性，学习内容注重系统性和综合性，学习过程强调融合性和跨界性，学习评价突出全面性和增值性。

关键词：环境教育；环境知识；自然科学课程；跨学科教学

一、 研究缘起

自然环境是人类生存和发展的关键。由于全球变暖、空气污染、水污染和土地退化等问题，环境教育已成为全球教育的关切点。2022年，党的二十大报告指出：推动绿色发展，促进人与自然和谐共生。［1］近年来，国家先后颁布《關于在中小学落实习近平生态文明思想、增强生态环境意识的通知》《绿色低碳发展国民教育体系建设实施方案》等重要文件，要求在基础教育阶段政治、生物学、地理、物理、化学等学科课程教材教学中普及碳达峰、碳中和的基本理念和知识。除了提高学生对环境的认识、态度、技能外，提供环境知识是实施环境教育的客观组成部分之一。本文基于2022年版义务教育生物学、化学和物理课程标准，研究环境知识在初中自然科学课程中的融入情况，并据此提出应用展望。

二、 研究内容

（一） 环境知识

一般来说，环境知识是指对人与自然的关系、人与人之间的关系的科学认识，以及围绕有效保护自然环境的途径和手段的知识体系。它涉及自然资源的保护、生态保护及气候变化等多个方面，是一个多学科交叉的知识体系，具有典型的“综合性”特点。

初中是一个关键的学习阶段，学生需要对自然科学有基本的了解和掌握，提供环境知识对他们的成长和发展具有重要意义。环境知识不仅可以提高学生的科学素养，帮助他们了解自然环境，认识人类与自然环境之间的相互作用关系；还能帮助他们增强环境保护的意识和行动能力，更好地理解和运用自然科学的概念、原理解决实际问题，保护和改造自然环境，促进可持续发展。

（二） 初中自然科学课程中的环境知识

跨学科方法是以观察、测量和实验等方式将内容和技能融入现有的课程中，在不损害课程本身完整性的情况下，将不同学科领域的知识和技能整合起来解决问题、探究现象和理解世界的方法。自然科学课程便是通过这种方法融入较多环境知识的学科课程。自然科学课程的内容本身和环境之间存在着相互依赖关系，这种关系可以从2022年版义务教育生物学、化学和物理课程标准的课程目标和课程内容中看出来。三个学科课程标准共通的目标要求有：（1） 获取科学和技术知识，并将其与自然现象和日常经验联系起来；（2） 了解科学发展、技术领域及自然管理相关的科学知识；（3） 认识到人与自然的相互关系对全球人类生命延续的重要性；（4） 树立人与自然和谐共生的科学自然观和绿色发展观。

三、 研究方法

本文采用文献分析法进行研究，所使用的文献为2022年版义务教育生物学、化学和物理课程标准，以及依据亨格福德的环境教育理论所设计的环境知识清单［2］。该清单以生态基础和人类作为生态因素，以环境科学和环境健康作为主题，采用内容核对的方法，考察各学科的课程内容是否融合了环境知识的教与学。该清单的具体条目如下：

1. 生态学是什么？生态学家做什么？

2. 生态学中的个体、种群和组织水平。

3. 生态系统概念发展。

4. 能源与生态系统。

5. 生态演替。

6. 种群及其动态。

7. 人类作为一个生态因素。

8. 土壤及相关问题。

9. 水及相关问题。

10. 粮食生产与饥饿。

11. 森林资源。

12. 动植物资源。

13. 空气污染。

14. 水污染。

15. 噪音污染。

16. 固体废物处置。

17. 危险废物。

18. 人口增长与控制。

四、 研究发现

（一） 融入情况

2022年版义务教育生物学、化学和物理课程内容融入环境知识的情况如下［35］：

1. 生态学是什么？生态学家做什么？

生物学课标中相关内容有：生物与环境相互依赖、相互影响，形成多种多样的生态系统；了解科学家对光合作用的探究历程；体验科学家探索微观世界的历程。

化学课标中相关内容有：能举例说明化学变化在自然界和生产生活中的重要应用价值，以及化学家利用化学反应造福人类的创造性贡献。

物理课标中没有相关内容。

2. 生态学中的个体、种群和组织水平

生物学课标中相关内容有：生物体具有一定的结构层次，能够完成各项生命活动；生物可以分为不同的类群，保护生物的多样性具有重要意义。

化学课标中相关内容有：以自然界中的氧循环和碳循环为例，认识物质在自然界中可以相互转化及其对维持人类生活与生态平衡的意义。

物理课标中没有相关内容。

3. 生态系统概念发展

生物学课标中相关内容有：运用示意图或模型等方式，展示和说明结构功能及其相互关系；生物圈是包含多种类型生态系统的最大生态系统。

化学和物理课标中都没有相关内容。

4. 能源与生态系统

生物学课标中相关内容有：生态系统中的生物与非生物环境相互作用，实现了物质循环和能量流动。

化学课标中相关内容有：知道资源开发、能源利用和材料使用可能会对环境产生影响，树立环保意识。

物理课标中相关内容有：从能源开发与利用的角度体会可持续发展的重要性；讨论能源利用对环境的影响。

5. 生态演替

生物学课标中相关内容有：生态因素能够影响生物的生活和分布，生物能够适应和影响环境；生态系统的自我调节能力有一定限度；多种多样的生物是经过自然选择长期进化的结果。

化学和物理课标中都没有相关内容。

6. 种群及其动态

生物学课标中相关内容有：对给定的一组生物进行分类；观察不同类群的动植物，认识其主要特征；培养并观察细菌的菌落；动植物类群可能对人类生活产生积极的或负面的影响。

化学和物理课标中都没有相关内容。

7. 人类作为一个生态因素

生物学课标中相关内容有：人类活动可能对生态环境产生影响，可以通过防止环境污染、合理利用自然资源等措施保障生态安全。

化學课标中相关内容有：知道现代科学技术的开发和应用可能会引起与生态环境、伦理道德、经济发展等相关的问题。

物理课标中相关内容有：尝试对环境温度问题发表自己的见解。

8. 土壤及相关问题

生物学和物理课标中都没有相关内容。

化学课标中相关内容有：小组协作完成当地土壤酸碱性测定的实验；探究土壤酸碱性对植物生长的影响。

9. 水及相关问题

生物学课标中相关内容有：植物通过吸收、运输和蒸腾作用等生理活动，获取养分，进行物质运输，参与生物圈中的水循环。

化学课标中相关内容有：认识水的组成，知道水是一种重要的溶剂；（通过项目式学习活动）制订水循环利用方案；模拟从海水中获取淡水的实验；海洋资源的综合利用与制盐。

物理课标中相关内容有：能运用物态变化知识，说明自然界中的水循环现象；了解我国和当地的水资源状况，有节约用水和保护环境的意识。

10. 粮食生产与饥饿

生物学课标中相关内容有：杂交育种、转基因等技术促进了农业发展。

化学课标中相关内容有：（情境素材）农作物生长必需的化学元素。

物理课标中没有相关内容。

11. 森林资源

生物学课标中相关内容有：讨论植物光合作用对碳中和的重要贡献，认同植树造林的重要意义。

化学课标中相关内容有：（跨学科实践活动）调查家用燃料的变迁与合理使用。

物理课标中没有相关内容。

12. 动植物资源

生物学课标中相关内容有：我国拥有丰富的动植物资源，保护生物的多样性是每个人应有的责任。

化学课标中相关内容有：提出土壤改良的建议或适宜的种植方案。

物理课标中没有相关内容。

13. 空气污染

生物学课标中相关内容有：讨论植物光合作用对碳中和的重要贡献。

化学课标中相关内容有：应用数字化实验等手段探究不同环境中的空气质量，调查并分析当地近年来空气质量变化的原因；基于碳中和理念设计低碳行动方案。

物理课标中相关内容有：了解热机对社会发展所起的作用和对环境的影响；了解当地空气质量状况，并调查相关原因；践行低碳生活。

14. 水污染

生物学课标中相关内容有：水资源保护；确定生物资源生产和应用过程中的关键因素。

化学课标中相关内容有：了解吸附、沉降、过滤和蒸馏是净化水的常用方法；（跨学科实践活动）水质检测及自制净水器；模拟酸雨对植物、建筑等的影响；（情境素材）对酸性和碱性废水的处理。

物理课标中相关内容有：有节约用水和保护环境的意识。

15. 噪音污染

生物学和化学课标中都没有相关内容。

物理课标中相关内容有：知道噪声的危害及控制方法。

16. 固体废物处置

生物学和物理课标中都没有相关内容。

化学课标中相关内容有：参观并讨论当地“三废”（废水、废气、固体废弃物）的处理设施；（跨学科实践活动）垃圾的分类与回收利用。

17. 危险废物

生物学课标中相关内容有：收集当地外来物种入侵造成生态破坏的实例，讨论生化武器对人类的危害。

化学课标中没有相关内容。

物理课标中相关内容有：了解处理核废料的常用方法。

18. 人口增长与控制

生物学课标中相关内容有：生物资源的开发与利用对于缓解生态压力、提高人类生活质量具有重要作用。

化学课标中相关内容有：（情境素材）人体必需的微量元素和常量元素。

物理课标中没有相关内容。

（二） 情况分析

通过比较，发现课程内容融入环境知识最为广泛的是生物学。几乎所有的环境知识主题都通过该学科得到了应用。义务教育生物学课程内容的前两个学习主题“生物体的结构层次”和“生物的多样性”，旨在从微观和宏观两个尺度提高学生对生物多样性和统一性及其相互依存性之间关系的认识，激发他们保护环境的意识。而“生物与环境”和“植物的生活”这两个学习主题，则从生态系统的自我调节和人类活动的作用上建构了环境知识。最后三个学习主题“人体生理与健康”“遗传与进化”和“生物学与社会·跨学科实践”，所应用的环境知识范围包括个体健康生活、种群进化与适应、粮食生产与生态安全、社会发展与人口动态等各个方面。

在义务教育化学课程内容的五个学习主题中，“物质的性质与应用”“物质的组成与结构”“物质的化学变化”和“化学与社会·跨学科实践”这四个学习主题较好地融入了环境知识。其中，融入程度较为显著的知识与“污染与净化”有关。比如，废弃金属对环境的影响及金属回收再利用，氧循环和碳循环对维持人类生活与生态平衡的意义，淡水危机和水的净化方法，垃圾的分类与回收利用，等等。这类知识有助于学生较为系统地认识污染的成因和危害，深入理解其中的基本概念和原理，掌握各种净化方法的原理、基本步骤、工艺技术和应用，发展科学思维和提升实验技能。除了污染问题，其他诸如能源和生态系统、人类对资源消耗的历史、粮食生产和饥饿以及人类人口增长和控制等环境知识，也被较好地融入课程内容之中。

物理是课程内容融入环境知识最少的自然科学学科。事实上，在义务教育物理课程标准中有些一级主题（对应生物学、化学的学习主题），如“实验探究”，几乎没有融入任何环境知识。一级主题“物质”只在二级主题“物质的形态和变化”中有“温室效应与环境保护”和“水资源的利用和保护”两处环境知识。“运动和相互作用”整个一级主题也仅仅涉及“噪声的危害及控制方法”一处环境知识。而在“能量”和“跨学科实践”这两个一级主题中，环境知识的融入才有了一些体现，如了解热机对社会发展所起的作用和对环境的影响、了解处理核废料的常用方法、讨论能源利用带来的环境影响、城市空气污染和汽车尾气排放调查等。显然，环境知识在初中物理课程中融入较少，但仍然非常重要。环境知识不仅丰富了物理课程内容，提高了学生的科学观念和实践能力，还能唤起学生的社会责任感，引导学生掌握和运用物理知识来思考、解释和解决真实问题。

分析结果也表明：“噪音污染”和“固体废物处理”环境知识在自然科学课程中的融入程度最低。这个情况有些出乎意料，因为噪音污染和固体废物处理一直是我国着力解决的重点问题。近年来，随着社会经济发展的加快，噪音污染和固体废弃物污染问题越来越严峻。工业活动产生的污染威胁着周围空气和水的质量；交通及建筑施工产生的噪音污染严重影响人的身心健康；固体废物对环境和社会的危害日益突出。目前，我国正在加大全国环境保护工作力度，以控制和降低噪音污染、固体废物处理等环境问题。例如，2021年，《中华人民共和国噪声污染防治法》发布，提出了针对工业噪声、建筑施工噪声、交通运输噪声、社会生活噪声的防治规定；2020年，《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》修订出台，要求加强固体废物的主动收集和合理利用，推行节约资源、循环经济的应对措施。

五、 建议与展望

（一） 建议

通过对课程内容的比较分析，我们可以初步了解自然科学课程中环境知识融入情况的差距和潜力，其分析结果可以被自然科学学科教师用作指南。

1. 提升内容的深度和广度

考虑到当前社会环境问题的重要性和紧迫性，目前自然科学课程所提供的环境知识仍然不够深入。为了加强学生对环境问题的认识和理解，并培养其较高的环保素养，建议教师和课程开发人员在课程内容中融入更多有深度、系统化的环境知识，比如环境污染原理、环境质量监测、环境保护政策等，并采用各种策略确保课程的有效性，让学生能够正确应对环境污染、保护自然与环境。

2. 丰厚教师的专业储备

自然科学学科教师有责任、有义务将更多的环境知识传授给学生，并与学生讨论当前学科课程中缺失的其他环境问题。为了做到这一点，教师必须参考相关法律法规和环境研究成果，全面理解各种环境知识，并运用参观体验、外出研习、实验活动等跨学科方法帮助学生认识环境保护的重要性，让学生在学习环境知识的同时体会生态之美、自然之美。

事实上，通过跨学科方法掌握学科以外的知识和技能并不容易。学校有必要为相关教师提供与该研究相配套的内容、技能和方法的培训，让教师不仅能掌握其核心学科的教学内容知识，而且能掌握综合课程的教学内容知识，并通过考核，确保教师的培训效果和教学质量。

3. 促进教与学方法的创新

此外，师生可以灵活运用多种方法和现代化教育资源。比如，通过数字模拟、虚拟实验等方式来模拟真实的环境问题，呈现环境问题的现实性和复杂性，并通过师生的沟通交流，不断改进和创新教与学的方法，提高环保理念的普及率和实际行动效果。

（二） 展望

深度融入环境知识已成为自然科学课程改革的重要方向之一。随着课程建设的稳步推进，自然科学课程必将愈发贴近现实、愈发强调应用和实践，从而更好地帮助学生理解环境问题、认识全球环境挑战，并帮助他们不断提升创新能力、环保意識和解决现实问题的能力。

1. 学习目标要体现整体性和进阶性

自然科学课程致力于让学生全面理解自然科学的内容并将其应用到实际生活和环境问题中。其学习目标将始终聚焦于培养学生在真实情境中解决复杂问题的能力，也就是将知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观有机融合形成整体，培养学生可普遍迁移的正确价值观、必备品格和关键能力。同时，学习目标呈现出复杂的螺旋式上升的发展特点，在程度上逐渐加深，在范围上不断扩大，以帮助学生从基础知识出发，系统地深化、拓展和应用，提升思维水平和实践能力，促进对自然科学与环境相互作用的不断理解，形成对生态系统、资源利用和气候变化等方面的综合认识。

2. 学习内容要注重系统性和综合性

自然科学课程不仅强调知识体系的整体认识，强调科学方法和实践，还会更多地关注人类与社会、环境与可持续发展、生命伦理与社会道德等各个方面的内容，以便学生能够了解和研究环境问题的方方面面。同时，学习内容会从整体角度探索自然界的各个层面，如生态系统、地球的物质循环、气候变化等，并强调环境的综合性和复杂性，将人文、社会、艺术等多个学科领域的知识融入其中，破除学科壁垒，帮助学生全面而正确地认识人与自然之间的关系，为未来的科技与环境的可持续发展作出贡献。

3. 学习过程要强调融合性和跨界性

为适应未来世界的多元化发展，自然科学课程将更关注学科之间的联系和融合，更重视知识的综合应用，强调从多个学科的视角探索环境保护、健康发展、工程科技等社会问题。学生不仅会学习单一的学科知识，还将跨越不同学科领域进行跨学科主题学习和跨学科主题实践，如能源转换与利用、气候变化机制、生态系统和生物多样性的保护等。通过跨学科学习和实践，提升学生的创新思维和多元思考能力，让他们能更准确地理解和解决环境问题，更全面地认识世界的本质规律。

4. 学习评价要突出全面性和增值性

随着未来社会对人才综合素质要求的不断提高，自然科学课程将更加注重学生综合能力的评价，包括学科知识、跨学科实践能力、创新思维等各方面的评价。采用大纲式考试、实验考核、项目评估、成果展示等多样化的评价方式，综合评估学生对环境问题的理解和应用能力，全面考查学生的学科知识、跨学科应用和信息技术应用等能力水平。自然科学课程也将从学生个人成长和发展的角度出发，推进学习过程的量化分析，关注学生的进步和成长，为学生提供有针对性的反馈和指导，促使学生思考并改善解决环境问题的策略，帮助他们在愈加完善和复杂的社会环境中正确地认识问题、从容地解决问题。

参考文献：

［1］ 习近平.高举中国特色社会主义伟大旗帜 为全面建设社会主义现代化国家而团结奋斗——在中国共产党第二十次全国代表大会上的报告［R］.北京：人民出版社，2022：49.

［2］ H.R.亨格福德，等.中学环境教育课程模式［M］.翟立原，等译.北京：中国环境科学出版社，1991：141148.

［3］ 中华人民共和国教育部.义务教育生物学课程标准（2022年版）［S］.北京：北京师范大学出版社，2022：738.

［4］ 中华人民共和国教育部.义务教育化学课程标准（2022年版）［S］.北京：北京师范大学出版社，2022：1036.

［5］ 中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准（2022年版）［S］.北京：北京师范大学出版社，2022：832.