指向跨学科概念的单元教学设计模式

在科学课程标准的内容结构图中，13个核心概念之间用虚线间隔，体现了课程标准对学科融合的要求。在融合核心概念的学习基础上，课程标准希望能够帮助学生形成物质与能量、结构与功能、系统与模型、稳定与变化等跨学科概念，并且在每一个核心概念的引语部分，明确提出了有助于学生形成的跨学科概念，这实际上明确地要求将跨学科概念的学习落实在日常科学课堂之中。将跨科学概念真正落实到科学课堂之中，需要教师真正理解跨学科概念融入小学科学教学的价值，挖掘教材中各个教学单元所指向的跨学科概念，进行指向跨学科概念的单元教学设计。

一、落实跨学科概念单元教学的育人价值

低年级学生的认知水平主要处于前运算阶段，中高年级主要处于具体运算阶段。因此，小学阶段的科学教育要给学生提供大量的积累丰富的感性经验的机会，使他们在直观的观察、实验、制作等探究实践活动基础上，开始理性地分析事物，培养逻辑思维能力，形成一些较为具体的科学概念。跨学科概念是从不同学科领域提炼、抽象出来的共同概念，属于抽象水平很高的概念。在小学阶段落实跨学科概念的教学，教师需要理解跨学科概念在培养学生核心素养、为后续学习打下基础等方面的重要育人价值。

1.有利于树立科学的世界观

世界观是人们对整个世界以及人与世界关系的总的看法和根本观点。科学的世界观认为，自然、社会和人类思维有其固有的规律，可以基于科学方法和理性推理等科学研究方法加以认识。跨学科概念比学科概念的概括程度更高，有助于学生将不同学科知识连接和组织起来，形成关于自然界的贯通一体的知识结构。通过跨学科概念的学习，学生可以更好地理解和掌握不同领域的学科和学科之间概念、原理、思想方法和内容之间的逻辑关系。掌握跨学科概念，可以使人从新的横向视角看待科学、技术和社会，对世界形成客观而整体的认识，[1]从而塑造科学的世界观。

2.有利于提高创新和解决问题的能力

应用迁移是把在一个情境中学到的东西迁移到新情境的能力，迁移的最终目的是解决真实世界中的挑战，而不是仅满足于解决学校场景中的问题，学习科学往往用迁移来描述创新的机制。大概念指的是“高位”或“上位”概念，具有很强的迁移价值。[2]跨学科概念是比核心概念更“大”的概念，有助于实现不同学科间的知识迁移和应用。

现今社会，知识生产的模式、处理问题的方法和面临的挑战都发生了重大的变化，当人们试图提出或解决某些问题时，问题所涉及的层面和复杂程度可能都远远超过了单一学科的范围。跨学科概念构筑了一个更加综合的视角，拓展了人们的认知，提高了人们提出问题、理解问题和解决问题的能力。[3]例如，“嫦娥工程”集中了航天、通信、控制、材料、制造等多方面的科技力量和专家，这些专家共同研讨，相互协作，整合彼此的思想和方法，共同完成这一浩大、持久的工程。

3.有利于培养责任担当意识

一些同社会化议题、技术与工程相关的学习，需要学生综合运用多学科领域的知识来解决问题，这些学习内容更有利于进行跨学科概念的学习。学生在学习过程中，能逐渐树立担当意识，增强社会责任感。

4.有利于为后续学习奠定基础

跨学科概念可以成为学生架构知识体系的固着点，并且形成稳定的知识体系，使他们在不断学习知识的过程中，更好地吸收新知识，并将其纳入已有的知识体系中。跨学科概念能成为学生学习的生长点，支持他们自主学习。建立在跨学科概念基础上的牢固和持久的知识体系，为学生以后持久的学习提供了支撑，为他们后续学习打下了坚实的基础，并且在他们的未来持续发生作用。[2]

二、指向跨学科概念的单元教学设计模式

目前跨学科概念教学的主要模式有三种：①在与学科核心概念和实践的融合中学习跨学科概念；②直接教授和反复使用跨学科概念；③依托特定的情境和真实体验落实跨学科概念的教学。[3]单元教学设计是教师以一个单元为整体所展开的一种系统化、科学化的一系列教学设计。按照指向跨学科概念的五环节单元教学设计模式开展单元教学设计（如图1），可以将跨学科概念教学的三种主要模式较好地融合在小学科学的教学之中。

1.深入阅读教材，理解教材单元教学设计

我国的小学科学教材基本上都是以单元为基础构建的教材体系，在教学前理解教材阶段，教师常以单元为单位进行备课。单元备课时，教师需要阅读教材，把握单元教学内容。

教材中的单元是一组相互关联、先后有序的教学内容组合，是基于科学核心素养，按照学科知识逻辑结构、学生认知规律，以相关主题与任务为线索的教学结构单位。单元是包含了知识、技能和活动的完整的学习过程，教师阅读教材时要认真领会单元页图文、课文图文和单元回顾。通过单元页图文，把握整个单元的大问题或大任务；通过课文图文，了解单元的大问题或大任务分解为哪些小问题或小任务、每课中的小问题或小任务是怎样通过探究实践解决的、各课内容之间的关系是怎样的；通过单元回顾（如果教材有），理解可以形成怎样的科学概念关系图谱。

2.学习课程标准，把握核心概念及核心素养发展要求

教师阅读了单元教材，把握了单元教学内容后，可以阅读课程标准，找到本单元涉及的课程标准中相应学段的“内容要求”，学习对应的“学业要求”，体会相应学段需要发展的核心素养水平要求，学习“教学提示”，看课程标准中是否有对应的教学策略建议和学习活动建议。这样，在后续的教学设计中，教师可以结合教材内容和教学实际，尽量落实课程标准中的相关建议。

教师将教学内容与课程标准中的“内容要求”（相当于核心概念的分解概念）、核心概念建立联系，可以理解从教学内容向“内容要求”再向核心概念发展的关系，从而能从核心概念的高度领会本单元在课程中的地位。

3.理解核心概念，确定教材指向的跨学科概念

课程标准中，在每个核心素养的引语部分，都提出了有助于学生形成的跨学科概念。在课程标准解读中，用表格的形式列出了学科核心概念所蕴含的跨学科概念，[3]能方便教师快速找到在各核心概念学习中有助于学生形成的跨学科概念。

课程标准中的四个跨学科概念都是由两个紧密相关的词组成的：物质与能量、结构与功能、系统与模型、稳定与变化。课程标准解读中列出的跨学科概念的学习内容，有助于教师理解每一个词的含义，也有利于理解两个词之间不可分割的紧密联系。例如，物质与能量有两条学习内容，既表达了密不可分的联系，也有利于理解两个词的含义：物质与能量是系统的两个守恒量；物质的流动与循环伴有能量的转移与转化，能量的转移与转化驱动物质的流动与循环。[3]又如，系统与模型有两条学习内容：第1条解释了系统，系统由多个相互作用的部分组成，具有明确的边界；第2条解释了模型，系统模型表达了系统内部各部分间的相互作用关系以及系统与外部作用的关系。

有的单元可能最终指向一个核心概念，有的单元可能会指向两个或更多核心概念，教师可以同时将这些核心概念所指向的跨学科概念都找出来，再阅读本单元内容，找出教材中能与这些跨学科概念的单个词相关联的内容，即找到了跨学科概念融入教学的切入点。

4.逐课设计，落实跨学科概念教学

每一课的教学设计包括确定教学目标、设计探究实践过程、应用迁移与反思、设计教学板书等要素。在确定教学目标时，科学观念目标尽量能够显性化地出现跨学科概念，如果做不到一组词整体出现，可以只出现单个的词。低年级的教学目标可能不易显性化出现跨科学概念，教师可以在科学观念目标后用括号写出跨学科概念，体现出该观念所指向的跨学科概念。小学科学的教学过程主要是教师可以在设计问题、教学小结时，有意识指向或使用某一跨学科概念的词语，引导学生经历探究实践的过程。在应用迁移与反思环节，可以提出需要应用本课的方法或结论来解决的问题，使学生有机会能加深相关跨学科概念的理解。在实际教学中，板书在引导思维发展方面有着重要作用，它除课题外，一般要体现一节课的研究过程、研究的发现和结论，结论部分可以尽量指向跨学科概念。

5.单元回顾统整，提炼跨学科概念

在学生不断学习的过程中，需要不断将各学科领域的知识进行整理，使组成知识网络的线条更粗壮一些，知识结构更清晰一些。在单元学习完成后，教师引导学生制作单元学习概念图，将本单元所学的内容按照一定的逻辑组织起来，甚至与前面已经学习的内容建立联系，有利于他们将本单元的知识纳入自己原有的知识体系之中。在整理单元概念图的过程中，如果运用跨学科概念做进一步的提炼，有利于帮助学生不断更新、提升和加固知识结构体系，并且能使他们在解决问题时，通过知识结构体系牵一发而动全身，调动自己的综合知识储备，从而有效地解决问题。

三、指向跨学科概念的单元教学设计案例分析

指向跨学科概念的单元教学设计模式可以有效地指导实际的单元教学设计。现以人教鄂教版五年级“后代与亲代”单元为例进行说明。

“后代与亲代”单元，在单元页提出了问题：“自然界中的植物和动物都能繁殖后代，使它们得以世代相传。生物体的后代与亲代之间在形态等方面有怎样的关系？”本单元的三课《孩子与父母》《植物的后代与亲代》《灭绝的远古动物》，分别引导学生认识人、动物和植物的后代与亲代非常相似，但也有一些细微的不同。后代与亲代这些细微不同的长期积累，使得当今有些动植物与一些至今已不存在的远古动物有很多不同，但还具有一些相似之处。

本单元教学内容，与课程标准5～6年级的一些“内容要求”相对应：描述和比较动物子代与亲代在形态特征方面的异同；描述和比较植物子代与亲代在形态特征方面的异同；根据化石资料，举例说出已灭绝的生物，描述和比较灭绝生物与当今某些生物的相似之处。这些“内容要求”分别属于两个“学习内容”：生物体的遗传信息逐代传递，可发生改变；生物的遗传变异和环境因素的共同作用导致了生物的进化。

课程标准在5～6年级“学业要求”中指出：能举例说出已灭绝生物和当今某些生物的相似之处，认识进化现象；能比较、分析植物（花的颜色，叶的颜色、大小与形状等方面）和动物（毛皮的颜色，躯体的大小、外形和外貌等方面）子代与亲代的异同；能依据收集到的化石资料开展讨论交流；能参与对遗传与进化研究的求证过程。课程标准在“学习活动建议”中，建议5～6年级开展项目研究：分小组收集化石资料，交流讨论已灭绝的恐龙、猛犸象等生物的特征，并与当今某些生物进行比较，寻找它们的相似之处，写出相应的研究报告。本单元能够落实相关学业要求，可以补充开展项目研究。

本单元的内容指向核心概念“生命的延续与进化”，有助于学生形成结构与功能、稳定与变化的跨学科概念。

《孩子与父母》一课，学生通过比较自己与父母的相貌，认识到有一些相貌特征是可以改变的，如头发长短，有一些稳定的相貌特征是遗传自父母的；动物在毛皮的颜色，躯体的大小、外形和外貌等方面，与亲代非常相似，但也有一些变化。

《植物的后代与亲代》一课，学生通过比较植物子代与亲代在花的颜色，叶的颜色、大小与形状等方面的异同点，发现这些特征是基本稳定的，只有一些细微的变化。

《灭绝的远古动物》一课，学生了解科学家是依据化石研究远古生物的。以猛犸象与亚洲象为例，学生找到远古生物与当今生物的相似之处，从而认识到当今动物看似稳定，却是远古动物积累变异进化而来的。

从标粗文字可以看出，本单元主要涉及跨学科概念“稳定与变化”，在设计板书时，教师可以在结论中适当融入这些词语。本单元教学中，主要是抓住一些外部器官结构体现的性状，将子代与亲代或者远古生物与当今生物进行比较。因此，本单元也涉及跨学科概念“结构与功能”。

教师在单元回顾中引导学生制作概念图时，可以尽量将相关跨学科概念融入其中。图2从遗传与进化两个方面来总结本单元学习的内容：遗传方面，从人、动物和植物的性状入手进行比较，发现子代的性状遗传自亲代，具有稳定性，但也有细微的变异；进化方面，主要比较远古生物与当今生物。

通过单元案例分析可以看出，指向跨学科概念的单元教学设计模式，可以使教师在课堂教学中抓住跨学科概念的切入点，切实在课堂中落实跨学科概念的教学。

（作者单位：人民教育出版社科学编辑室）

参考文献

[1]孔繁成.科学课程跨学科概念内涵、内容范畴及教学实践建议[J].辽宁教育，2022（11）.

[2]刘徽.“大概念”视角下的单元整体教学构型：兼论素养导向的课堂变革[J].教育研究，2020（06）.

[3]义务教育科学课程标准修订组.义务教育科学课程标准（2022年版）解读[M].北京：高等教育出版社，2022.