以科学教育跨学科概念为载体设计与开展跨学科学习

2022 年，教育部印发义务教育课程方案和课程标准（2022 年版），明确提出“推进综合学习”，“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”。但从我国基层学校目前的实施现状看，学科内知识整合与跨学科主题学习受主流学科考试科目和招生评价方式的限制，真正落实的相对较少；综合课程则由于在2001 年《义务教育课程设置实验方案》中提出了“设置综合课程”“增设综合实践活动”，因此得以部分实施落地。

跨学科学习内容的选择是跨学科学习实施的关键一步，但是由于教学资源不足、教学内容整合难度大、专业师资匮乏等原因，综合实践活动课程的实施往往呈现出“有活动、无知识”的现象，难以产生深度学习；而学科内整合学习和目前的跨学科主题学习多以某学科中的某一具体知识点为主，在深度上以其他学科内容作为问题背景呈现而缺乏思想方法的整合，存在广度的窄化和深度的泛化的问题。

科学学科是创新素养培养的最好载体之一，也是典型的跨学科综合学习。《义务教育科学课程标准（2022 年版）》首次增加了“系统与模型”“物质与能量”“结构与功能”“稳定与变化”4 个跨学科概念，如何理解这4 个跨学科概念？如何在小学、初中乃至高中的不同学段以跨学科概念统领科学教育，开展跨学科学习？带着这些问题，笔者从实践研究的出发点进行了文献调研并基于工作实践提出了一些想法和建议。

基础教育领域跨学科研究现状

在中国知网上以“跨学科”为关键词进行检索，聚焦“中等教育”，可以检索到723 篇文献，分析发现，其研究热度与国家高中新课程方案的发布有非常紧密的联系，2020年之后发表的文献呈现了突飞猛进的增长趋势，2020—2022 年发表的文献高达375 篇。

在文献内容分析上，除了对于跨学科理论研究外，更多是从实践层面对于跨学科教学的实践研究。比如在中等教育领域，被引次数超过50 次的共有4 篇论文，其中2 篇是综合性研究论文，包括《基于中小学课程整合的创客式教学模式构建》和《我国STEM 教育生态系统与发展路径研究——基于美国开展STEM 教育经验的启示》，另外2篇则分别是从跨学科角度对于高中地理和高中英语的教学资源整合案例和教材分析。

根据郭华[1] 对跨学科学习分类的概述，跨学科主题学习可以分为两个维度，一个是根据知识在跨学科主题学习中的地位划分，大致分为“运用知识以解决复杂问题”和“利用跨学科主题学习知识”两类；第二个维度是根据实践操作的主导学科划分，可分为“单学科主导的跨学科主题学习”与“多学科主导的跨学科主题学习”两种类型。

借鉴上述分类思路，笔者对目前已经发表的研究文献进行分析，可以发现，大部分已经发表的中等教育领域的跨学科应用案例仍是以单学科如地理、生物、英语等学科主导的跨学科主题学习，也有少部分案例涉及到多学科主导的跨学科主题学习，集中在综合实践活动、地方或校本课程等学校自主性强、灵活度较高的领域，以及STEM 课程、项目式学习、创客教育等新型教育理念和方式的应用与实践上。

可以看出2022 年版科学课程标准对于跨学科主题学习的侧重均在于“运用知识以解决复杂问题”和“单学科主导的跨学科主题学习”，因此已发表文献中以这两个方面的案例为主亦不足为奇，这也是核心素养导向的教育改革的要求和目前分科教学现实情况下的必然结果。

科学教育中跨学科概念的研究和实践现状

在以“跨学科”为关键词进行检索的基础上，笔者进一步对科学课程的4 个跨学科概念的研究现状进行了文献调研。以“科学”和“跨学科概念”组合进行相对精确的检索，可以检索到211 篇文献。对文献内容[2-4] 分析发现，以理论研究为主，包括如何进行跨学科概念课程设计，以及从不同角度对科学跨学科概念进行分析、解读和国际比较研究等。毕竟跨学科概念是个新生事物，基层教师对其尚处于理解、吸收阶段，应用于教学实践尚待时日。

也有部分研究者和实践者开始进一步探讨4 个跨学科概念的内涵和应用，而对于“物质与能量”和“结构与功能”的实践案例最多，“系统与模型”和“稳定与变化”则相对较少。比如多位研究者对于生命科学领域基于“物质与能量”“结构与功能”概念形成的教学过程和案例进行了研究实践，还有研究者对“稳定与变化”在物理学科中跨年级、多层次问题中的应用[5] 进行了阐述。

尽管新版科学课程标准和相关专家对于4 个跨学科概念的内涵进行了解读和阐释，也对于跨学科实践给出了成熟的参考案例，但是从教师到学生依然习惯于基于各学科知识理解和应用学科基本概念，对跨学科概念融入教学中的研究仍处于初步探索阶段，缺乏系统且行之有效的教学策略，有关跨学科概念教学的具体案例示范及研究仍有待完善。

基于跨学科概念开展科学教育的思考与建议

美国《K—12 科学教育框架》[6] 提到，我们往往认为学生会在没有明确指导的情况下自己把这些跨学科概念建构起来。但是实际上对于学生来说，如果不是高频次、经常性地接触特定问题，他们很难把各个不同学科和学段的问题联系起来，自发形成跨学科概念。这就需要在不同学段的教学中根据学生学业水平的不同，设置基于真实情境的综合任务，让学生反复应用并最终固化跨学科概念，使之能够在未来真正应用到实际问题的解决中。

基于上述思考与工作实践，笔者对于通过微课题研究发展学生科学领域的跨学科概念提出几点建议。

科技微课题研究是非常适合发展学生跨学科概念的载体

目前我国大部分地区仅在小学阶段开设科学课程，进入初中阶段即以分科教学的形式进行科学内容教学，这固然能够让学生对各学科有更加深刻的认识，却使得学生对于小学阶段刚刚形成的跨学科概念的理解开始分裂，容易限制在某个学科范围内。在目前分科教学依然是大趋势的背景下，基于跨学科概念设计并开展科技微课题研究，是发展学生跨学科概念的良好载体。因为科技微课题研究不仅是某学科知识的学习，更主要是以真实任务的形式展开，要求学生综合运用各学科知识解决一个真正的问题，是真正的跨学科实践。同时在具体的实施方式上，也可以与综合实践活动、劳动教育等统筹安排，易于在中学落地实施。

发展学生跨学科概念的科技微课题研究的主题内容需要甄选

为了让学生加深对前沿科技与生活实际的联系，可以选择关乎国计民生的重大科技成果，结合社会性科学议题设计微课题研究主题，并在活动目标中提炼出其中蕴含的科学概念，发展科学概念。在具体课题任务设计上，不能是简单的科普知识，也不能限定于某具体学科的单一实验操作，要尽量围绕跨学科的真实情境设计系列活动或任务，引导学生逐步利用所学知识解决、完成。

发展学生跨学科概念的科技微课题研究的实施过程需要系统设计

针对科学课程的4 个跨学科概念，不同学段学生的理解能力是不同的，要根据学生的不同身心特点和知识基础设计不同层次的任务。对于小学阶段的学生，跨学科概念要能够引导学生认识、解释常见的生活现象，激发学生对科学的好奇心和兴趣，比如观察动植物在四季的生长变化，体会“稳定与变化”的相对性等。对于初中阶段的学生，具备了一定的科学知识后，要设计相对复杂的任务使之进一步理解并尝试应用跨学科概念，比如搭建火星基地的活动，引导学生在实际考虑火星温度、地势、气候等特点选材制作火星基地模型的过程中发展“系统与模型”“稳定与变化”等跨学科概念。而到了高中阶段，则可以设计更加真实的综合任务让学生尝试运用跨学科概念解决真实问题，如“FAST 射电望远镜的设计与模型制作”等，以真正的中国当代科学大工程为模型，引导学生从“系统与模型的关系：模型能更清晰地反映系统的特征”这一角度实际计算、设计与制作模型；还可以通过纳米材料结构模型的制作活动，让学生了解纳米物质这种先进材料系统的典型特征等。

结语

虽然目前国家仅出台了义务教育阶段科学课程标准并明确提出了跨学科概念，但其实高中科学类课程如物理、化学、生物、地理课程中也包含了大量与“系统与模型”“物质与能量”“结构与功能”“稳定与变化”跨学科概念相关的核心概念。因此，合理设计科技微课题研究项目，制订不同学段的跨学科概念培养目标，有利于学生融会贯通掌握科学思维与科学方法，并进一步培养学生在遇到真实问题时能够充分调用所学所有知识解决实际问题的能力。

参考文献

[1] 郭华，袁媛．跨学科主题学习的基本类型及实施要点[J]．中小学管理，2023（05）：10-13．

[2] 吕立杰．大概念课程设计的内涵与实施[J]．教育研究，2020，41（10）：53-61．

[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] 高云峰．科学教育中的跨学科概念[J]．湖北教育（科学课），2022（07-10）：5-9．

[5] 汤晨毅．物理教学中的跨学科概念——以稳定与变化为例[J]．物理教学，2018，40（10）：12-13+48．

[6] National Research Council. A Frame work for K-12 Science Education： Practices， Crosscutting Concepts， and Core Ideas[M]，Washington， D.C.： The National Academies Press， 2011.

（本文为北京市教育科学“十四五”规划2023 年度一般课题“核心素养导向的科学盒子综合学习活动的设计与实施”（3097-0051）的阶段性成果）