新加坡小学科学教材中跨学科概念的建构与启示*

摘要 通过对新加坡小学科学教材STAR SCIENCE进行分析，发现该教材在跨学科概念方面具有以跨学科概念为中心架构课程内容、将跨学科概念转化为问题驱动学生认知参与、丰富的活动为跨学科概念建构提供直接经验、“图文并茂”的知识结构图将概念联系显性化等特点，并从内容组织、概念传递、栏目设置等方面为我国科学教材的编写提出了建议。

关  键  词 跨学科概念；科学教材；新加坡；科学课程；多样性

引用格式 孙慧芳.新加坡小学科学教材中跨学科概念的建构与启示[J].教学与管理，2024（17）：73-76.

小学科学是一门综合性学科，涵盖物理、化学、生物、地理、技术与工程等不同学科范畴，而跨学科概念超越了学科边界，在各个领域都普遍适用，能够为学生提供一个组织框架，将不同学科的知识连接到一起，从而系统、整体地认识科学[1]。因此，跨学科概念成为科学教育领域关注的核心命题。

《义务教育科学课程标准（2022年版）》首次提出了跨学科概念，要求学生通过学习13个学科核心概念，理解“物质与能量、结构与功能、系统与模型、稳定与变化”这4个跨学科概念[2]。虽然课标对跨学科概念提出了要求，但并没有给出对应跨学科概念的具体学习内容以及学习要求，教材中跨学科概念的编写缺少相应依据，科学教师在课堂教学中落实跨学科概念存在极大挑战。而新加坡科学课程中的跨学科概念较为成熟，对其主流教材STAR SCIENCE进行分析研究能为我国小学科学教材的编写及研究提供参考和借鉴。

一、以跨学科概念为中心架构课程内容

新加坡小学科学教材STAR SCIENCE以“多样性、循环、系统、能量、相互作用”五大跨学科概念（原文为theme，为与我国语境一致，翻译为跨学科概念）架构课程内容（见表1）[3]。这些跨学科概念包括生命和物质领域的核心概念，能够帮助学生看到科学学科不同领域（如生命科学、物质科学）内部以及跨学科的概念之间的联系；同时提供了一个框架，使不同年级的学生在科学理解方面的进阶可见[4]。

表1呈现了新加坡小学科学课程中的跨学科概念在不同年级中的主题，确保学生从小学三年级到六年级期间所学概念的连贯，并有助于为学生的未来学习奠定基础。以跨学科概念“系统”为例，系统是一个由各部分组成的整体，它们中有一些是自然系统，也有一些是人造系统。自然系统的例子是消化系统和呼吸系统；人造系统的例子是电气系统。要了解这些系统，就要知道它们是如何运作的，以及各组分是如何相互影响、相互作用，以发挥其功能的。虽然课程内容分为五个跨学科概念，但每个跨学科概念下的主题并不是划分的知识块。这些跨学科概念之间没有明确的界限，不同的跨学科概念可能有共同的主题，例如，系统和循环两个跨学科概念都包含了植物主题，通过主题可以将不同的跨学科概念联系起来。

该教材中跨学科概念架构的特点是螺旋式上升。在不同的年级中深入地重温概念和技能，能够使得跨学科概念的学习符合学生的认知发展。同时，新的学习建立在学生对跨学科概念的现有理解上，可以实现新旧知识的连接以及概念学习的逐步深入。

以跨学科概念系统中的人体系统的学习为例，四年级主要学习身体系统、消化系统，五年级聚焦循环系统和呼吸系统。四年级学习的系统单元包括两课：“什么是系统”和“身体系统”。由于第一次提出系统的概念，教材以铅笔为例，介绍了什么是系统，分析了组成系统的各个组分及其所执行的功能。如果系统中的某一组分损坏，系统就无法正常行使全部功能。之后，简要介绍了动物和植物也是系统，不同的器官对于生命活动都发挥着重要功能。第二课“身体系统”先介绍了人体由运动系统、循环系统、呼吸系统、神经系统、消化系统等构成。本年级只对所学知识作概述，学生只需要了解循环系统将食物中的营养、水和氧气通过血液运送到身体的各个部分，并将各部分的代谢废物运出身体。

而五年级学习的循环系统建立在学生初步了解了身体系统的基础上，学习内容聚焦循环系统的各个组成器官及其功能，通过血液在循环系统中流动，分析物质在系统中的输入和输出，最后解决循环系统如何与消化系统、呼吸系统共同协作，以维持人体健康。我们可以发现，学生对系统这一跨学科概念的建构经历了“系统由各部分组成，共同执行功能”到“系统中物质的输入和输出”，以及“不同系统间的协作配合”，在已有理解的基础上逐步深入，层层递进。通过不同主题和不同年级的重复使用，学生可以建构对于跨学科概念的完整理解[5]。

二、将跨学科概念转化为问题驱动学生认知参与

学生的学习需要通过问题来激发，认知参与需要基于问题而深化[6]。跨学科概念是理解现象的“透镜”（Lenses），为学生思考科学现象提供了新的视角，因此，在实践中落实跨学科概念的一种方式是提出与跨学科概念相一致的问题[7]。为了帮助学生理解跨学科概念，教材将每个概念转化为不同层次的问题，从而驱动学生认知并参与建构跨学科概念。

首先，将跨学科概念的要点转化为关键探究问题。如表2所示，“系统”这一概念有两个要点，可以转化为三个关键探究问题。教材在此基础上又进一步细化，在相应的话题中提出更具体的问题。例如，四年级在“系统”单元起始页提出了“什么是系统？身体系统的功能是什么？消化系统的各个组分及其功能是什么？”这3个关键问题来引领整个单元的学习。

在单元关键问题的基础上，每一课中也结合具体的主题将问题进行了分解。（1）铅笔是一个简单系统，它由哪些组分构成？每个组分帮助铅笔执行什么功能？（2）动物也是系统，小猫有哪些身体部位？各部位如何发挥作用帮助小猫健康生活？（3）植物也是系统，根、茎、叶、花、果实等各部位对于生命活动有什么重要作用？

每个单元的最后有“回顾”栏目，同样以问题的形式呈现：“1.什么是系统？2.身体系统如何帮助人运动？3.身体的哪个系统获取人体需要的氧气？4.消化系统的主要功能是什么？5.消化系统由哪些组分构成？”将问题作为学生学习自查的手段，体现出“教材”与“学材”的统一性[8]。

此外，在教材的正文中，通过概念卡通和“思考时间”（think time）等小栏目提出相关问题，引导学生深入思考。概念卡通的结构一般为：几个卡通人物围绕一个日常情境中的问题进行讨论，人物对话圈在卡通泡泡里[9]。例如，在“生物与非生物”的学习中，在一大幅包含荷花、草地、水、狮子等大自然事物的图景中，两个卡通小朋友分别提出问题：“人们怎样获取所需的空气、食物和水呢？”“你认为植物的有些身体部位能移动吗？”这两个问题分别指向“生物需要空气、水和食物”以及“生物会运动”两个核心概念，进而指向跨学科概念多样性的学习要点：“在我们周围有各种各样的生物和非生物”。消化系统部分，以“思考时间”这一小栏目提出问题：“一年中大概吃500千克的食物，但人的重量为什么没有增加500千克呢”，引导学生思考消化系统中物质的输入和输出。

新加坡小学科学教材STAR SCIENCE以各种层次、不同类型的问题贯穿整本书，分布在“单元关键问题、正文、回顾、思考时间”等不同的栏目，无时无刻不在以问题驱动学生深入思考，理解核心概念，进而建构跨学科概念。

三、丰富的活动为跨学科概念建构提供直接经验

概念的学习需要以经验为基础。STAR SCIENNCE科学教材采用并推广基于探究的方法，书中的“试一试”（try it）和“动手做”（hands on）栏目以及活动手册都提供了丰富的动手体验活动，让学生在参与中探索并建构概念。

活动包含各种各样的类型，有实地考察、游戏、实验、调查、制作等，在各种环境中展开，学生通过观察、收集数据来认识身边的世界。例如，通过参观自然公园和动物园，对各种动植物进行分类，观察它们的多样性；进行简单实验，找到一种材料制作让饮料保温的瓶子；通过玩耍或模拟的游戏活动让学生参与到概念的学习中。

该教材配备了相应的活动手册，为学生开展科学探究和实践活动提供指导。以跨学科概念“多样性”为例，四年级教材第一个模块为“多样性与分类”，包含“生物与非生物、生物分类、材料分类”三个单元，分别设计了“比较蠕虫和橡皮筋、给植物分类、识别不同的材料”等动手活动，为学生建立多样性概念提供直接经验。以“比较蠕虫和橡皮筋的活动”为例，活动手册给出了实验的材料、方法和结果三部分。实验材料有蠕虫、橡皮筋、放大镜、棉棒、培养皿、苹果等。实验分三步：1.使用放大镜近距离观察蠕虫和橡皮筋，并记录你的观察结果；2.轻轻地用棉棒触碰蠕虫和橡皮筋，记录你的观察结果；3.把蠕虫和一片苹果放到培养皿中，记录现象。结果部分，提供了简要的记录单供学生记录观察结果。

该活动分别聚焦生物和非生物的外部特征、对环境的行为，以及是否摄取食物等特点，指向生物和非生物概念的建构，理解多样性的第一个要点：“我们周围存在着各种各样的生物和非生物”。学生通过直接的活动理解跨学科概念的某一要点，通过多次、不同情境中的活动逐步丰富对不同要点的理解，历经长时间的学习去建构跨学科概念（见表3）。

四、“图文并茂”的知识结构图将概念联系显性化

知识结构化是教材编写的内在逻辑[10]，STAR SCIENCE科学教材利用图文并茂的知识结构图将概念之间的联系显性化，明确概念之间的层次性，最终指向统摄性最强的跨学科概念。在新加坡小学科学教材中，知识结构化在每一单元、每一课，甚至每一个活动中都得到了充分而具体的体现。

在每个单元结束时都有“放在一起”（put it together）栏目，其中用箭头将图片、文字连接起来形成结构图。以跨学科概念“多样性”下的“生物与非生物”为例，物体分为生物和非生物，生物以猫和绿萝为例，非生物以铅笔和皮球为例，并在图片下方标出它们各自的特点：“生物需要空气、食物和水，能运动、会生长、对变化有反应、能繁殖”“非生物不需要空气、食物和水，不能自己运动、不生长、对变化不产生反应、不能繁殖”。这样的结构图契合儿童的年龄特点，又能作为脚手架帮助孩子梳理概念之间的联系，为学生的跨学科概念建构奠定基础。

同时，在每一课或者每个活动中有很多“图文并茂”的知识结构图，特别是用大量、大幅的真实照片吸引学生的注意力。在跨学科概念循环的模块中，有昼夜交替图、鸡的生命循环图，还有“豌豆、椰子、向日葵”等学生生活中熟悉的热带植物生命循环图，以及“姜、土豆、洋葱”等无性繁殖的植物生命循环图。只有在丰富的大量的事实性知识的基础上，学生才有可能建构概念性知识，尤其是最为上位的跨学科概念。

五、对我国小学科学教材编写的启示

我国《义务教育科学课程标准（2022年版）》提出了学生需要通过核心概念的学习理解跨学科概念。目前已经有一些学者开始关注如何在教材中融入跨学科概念，他们主要聚焦化学、生物、物理等学科，而小学科学教材的研究尚有不足。新加坡小学科学教材STAR SCIENCE的编写特点对于我国小学科学教材的编写具有重要的启示价值。

1.以跨学科概念作为线索组织内容

教材编排要考虑科学概念的发展顺序已经成为共识[11]，然而如何在技术层面实现这一理想则任重道远。我国当前各版本的小学科学教材仍然以“宇宙、植物、水、空气”等不同领域的主题来架构单元，学生在理解核心概念以及在概念之间建立联系方面较为薄弱。因此，可以将跨学科概念作为组织内容的视角，例如从系统的视角将人体系统、电路系统编排在一起，打破学科领域的界限，发挥跨学科概念具有的整体性、综合性等特点。

2.明确对应问题与概念，突出概念的直接传递

新加坡小学科学教材先将跨学科概念分解为要点，然后转化为问题，同时在正文中呈现问题的答案。我国的教材中很多内容只呈现问题与活动，活动之后所形成的回应问题的概念在教材中并未表达。除了课堂教学之外，教材还是学生科学阅读的载体，缺少明确的概念表达，不利于学生建构概念。因此，教材编写需要适当兼顾概念的直接传递，突出对于概念内涵的探索[12]，进而帮助学生理解和应用跨学科概念。

3.以多元栏目设置显性呈现跨学科概念

除正文之外，新加坡小学科学教材还采用“思考时间、回顾、放在一起”等不同的栏目设计，分别聚焦对跨学科概念的深入思考、概念内涵的解释、将概念建立连接等，以多种方式来帮助学生建构跨学科概念。教材如果没有明确展现跨学科概念，而是将其隐藏在具体内容之中，可能会因隐性教学和个人感悟而使学生产生理解差异[13]。因此，我们需要对跨学科概念进行显性化呈现，通过设置多元化的栏目，使之反复出现，让学生经过长期学习实现跨学科概念的建构。

参考文献

[1] Rutherford F J，Ahlgren A.Science for All Americans[M].New York：Oxford University Press，1990：139.

[2] 中华人民共和国教育部.义务教育科学课程标准（2022年版）[S].北京：北京师范大学出版社，2022：16.

[3] 高潇怡，孙慧芳.当前国际科学课程标准中的跨学科概念探析——以美国、澳大利亚、加拿大、新加坡为例[J].教育学报，2019，15（06）：25-33.

[4] Ministry of Education，Singapore.SCIENCE TEACHING & LEARNING SYLLABUS Primary Three to Six Standard / Foundation[EB/OL].（2022-11-15）[2024-03-22].https：//www.moe.gov.sg/-/media/files/primary/syllabus/2023-primary-science.pdf.

[5] 靳冬雪，刘恩山.跨学科概念“系统及系统模型”的内涵与教学建议[J].生物学通报，2020，55（09）：28-32.

[6] 周玉芝.核心素养导向的初中化学单元教学设计：基于大概念[J].化学教学，2023（01）：30-35.

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[8] 何善亮.新加坡小学科学教材《My Pals are Here！ Science》的特点及启示[J].教育科学研究，2018（08）：84-90.

[9] 邓亚东，丁邦平.概念卡通在小学科学教学中的应用[J].外国教育研究，2008（08）：62-66.

[10] 任建英.核心素养导向的中小学科学教材编写模型探讨[J].上海教育科研，2023（12）：34-39+74.

[11] 张军霞.科学教材编写应回到原点[J].课程·教材·教法，2022，42（06）：147-153.

[12] 李佳涛.美国小学科学教科书中概念传递的特点及其启示[J].教学与管理，2018（26）：55-57.

[13] 李振东，诸康凯，关兴莹.美国《科学维度》教材跨学科概念的表达特色及启示[J].生物学教学，2023，48（10）：11-13.

[责任编辑：白文军]