科學(xué)課程跨學(xué)科概念內(nèi)涵、內(nèi)容范疇及教學(xué)實(shí)踐建議

孔繁成

摘要：《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》提出通過(guò)對(duì)13個(gè)學(xué)科核心概念的學(xué)習(xí)，理解物質(zhì)與能量等4個(gè)跨學(xué)科概念，而對(duì)跨學(xué)科概念未做任何闡釋?zhuān)o教師的教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)實(shí)踐帶來(lái)較大困惑。本研究對(duì)跨學(xué)科概念的內(nèi)涵和定義、內(nèi)容范疇進(jìn)行解讀，并提出參透跨學(xué)科概念內(nèi)涵，厘清跨學(xué)科概念和核心概念及其具體內(nèi)容之間的邏輯關(guān)系，以及將跨學(xué)科概念的教學(xué)融入到核心概念的教學(xué)和實(shí)踐中，聯(lián)系生活實(shí)際，創(chuàng)設(shè)真實(shí)體驗(yàn)情境組織跨學(xué)科教學(xué)等教學(xué)建議，將其作為教師教學(xué)實(shí)踐的參考。

關(guān)鍵詞：跨學(xué)科概念；內(nèi)容范疇；教學(xué)實(shí)踐建議

《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》規(guī)定了學(xué)生必須掌握13個(gè)學(xué)科核心概念，并通過(guò)學(xué)習(xí)這些科學(xué)核心課程內(nèi)容理解系統(tǒng)與模型等4個(gè)跨學(xué)科概念。然而，它沒(méi)有對(duì)跨學(xué)科概念做任何界定，這為教師的教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)實(shí)踐帶來(lái)較大困惑。因此，對(duì)跨學(xué)科概念的的內(nèi)涵和定義、內(nèi)容范疇進(jìn)行分析，對(duì)如何進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐提出建議非常必要。

一、跨學(xué)科概念的內(nèi)涵和定義

2011年，美國(guó)國(guó)家研究理事會(huì)（NRC）發(fā)布《K-12科學(xué)教育框架：實(shí)踐、跨學(xué)科概念和核心概念》（以下簡(jiǎn)稱“K-12科學(xué)教育框架”）將跨學(xué)科概念、實(shí)踐、學(xué)科核心概念確定為科學(xué)學(xué)習(xí)的三個(gè)維度。加拿大、澳大利亞、新加坡等國(guó)家也將科學(xué)課程的關(guān)注點(diǎn)指向跨學(xué)科概念，同時(shí)引發(fā)我國(guó)教育領(lǐng)域?qū)＜液蛯W(xué)者的廣泛關(guān)注與研究熱情，因?yàn)榭鐚W(xué)科研究是解決世界重大科學(xué)和社會(huì)難題的重要通道。為了闡述清楚跨學(xué)科概念定義，筆者首先分析它的內(nèi)涵。

（一） 跨學(xué)科概念內(nèi)涵解讀

跨學(xué)科概念之所以被廣泛重視，可以從兩個(gè)方面解讀。一方面，“跨學(xué)科概念”的特有價(jià)值是它為學(xué)生提供了在不同領(lǐng)域跨學(xué)科內(nèi)容之間建立聯(lián)系和思考工具，也就是通過(guò)跨學(xué)科概念可以更好地理解和掌握不同領(lǐng)域的學(xué)科和學(xué)科之間概念、原理、思想方法和內(nèi)容之間的邏輯關(guān)系，理解和把握跨領(lǐng)域?qū)W習(xí)內(nèi)容之間的互通性認(rèn)知，也可以幫助學(xué)生豐富跨學(xué)科概念在科學(xué)探究和實(shí)踐應(yīng)用中對(duì)科學(xué)核心概念的理解?？鐚W(xué)科概念常常聯(lián)結(jié)多個(gè)領(lǐng)域的學(xué)科核心概念，是和學(xué)科核心概念同等級(jí)的知識(shí)概念。另一方面，學(xué)科核心概念、跨學(xué)科概念、實(shí)踐被確定為科學(xué)學(xué)習(xí)的三個(gè)維度，形成一個(gè)立體、多維的學(xué)習(xí)內(nèi)容結(jié)構(gòu)，互相依存、相互支撐?！皩W(xué)科核心概念”由物質(zhì)科學(xué)等四大領(lǐng)域的核心概念組成，形成了科學(xué)課程的核心內(nèi)容；“跨學(xué)科概念”是學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)多個(gè)學(xué)科核心概念之后生成的綜合概念，是科學(xué)教育四大領(lǐng)域的核心概念被融通、升華之后生成的聯(lián)結(jié)多個(gè)核心概念的具有橫向視角與核心概念同級(jí)的科學(xué)概念；“實(shí)踐”是學(xué)生整合學(xué)科核心概念和跨學(xué)科概念模擬解決社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、政治、軍事、科技和生活諸多問(wèn)題的實(shí)踐維度。跨學(xué)科概念不是孤立存在的科學(xué)學(xué)習(xí)維度，必須結(jié)合科學(xué)核心概念維度和科學(xué)實(shí)踐維度，才能體現(xiàn)它特有的價(jià)值。否則，跨學(xué)科概念將成為無(wú)本之木、無(wú)源之水。

（二） 跨學(xué)科概念是什么

我國(guó)2022年版科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)和2017年版高中物理、化學(xué)等理科課程標(biāo)準(zhǔn)都沒(méi)有明確說(shuō)明跨學(xué)科概念是什么。因此，要明晰跨學(xué)科概念，還是要回到提出跨學(xué)科概念的起點(diǎn)處尋找答案。美國(guó)科學(xué)促進(jìn)協(xié)會(huì)在出版的《科學(xué)素養(yǎng)的基準(zhǔn)》一書(shū)中強(qiáng)調(diào)：數(shù)學(xué)家、科學(xué)家和工程師們常常用到的一些很有影響力的概念，（這些概念）并不是某個(gè)學(xué)科或者某個(gè)領(lǐng)域所特有的智慧財(cái)富。這些通用概念確實(shí)只是一種思維方式，而不是理論或者發(fā)現(xiàn)。K-12科學(xué)教育框架提出了“跨學(xué)科概念”，并指出跨學(xué)科概念是那些在所有領(lǐng)域都有所運(yùn)用的主要概念，它們提供了一種聯(lián)系所有學(xué)科的方法。加拿大安大略省的科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)為，跨學(xué)科概念是指那些獲得所有的科學(xué)技術(shù)知識(shí)所需要的、最關(guān)鍵的一些要點(diǎn)，是構(gòu)建知識(shí)框架中的支點(diǎn)，能夠?yàn)楂@得更多更深的知識(shí)提供支持。澳大利亞的科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)為，跨學(xué)科概念代表了科學(xué)觀點(diǎn)的關(guān)鍵方面，跨越了科學(xué)學(xué)科的知識(shí)和理解。新加坡的小學(xué)科學(xué)綱要認(rèn)為，跨學(xué)科概念與日常生活和自然界的常見(jiàn)現(xiàn)象相關(guān)，涵蓋了科學(xué)學(xué)科的核心概念，不同跨學(xué)科概念之間的聯(lián)系將有助于科學(xué)概念整合。

可見(jiàn)，這幾個(gè)國(guó)家關(guān)于“跨學(xué)科概念”的表述雖有差異，但就內(nèi)涵來(lái)講具有一致性。綜上可以界定，跨學(xué)科概念是指科學(xué)教育所涵蓋的所有教學(xué)內(nèi)容都可能關(guān)聯(lián)的幾個(gè)共通的重要概念，它逾越了學(xué)科的邊界，學(xué)生在科學(xué)課程的學(xué)習(xí)中，可以將學(xué)習(xí)內(nèi)容各個(gè)部分的學(xué)科核心概念聯(lián)結(jié)起來(lái)，形成一個(gè)彼此融通的整體，以新的橫向視角看待科學(xué)和社會(huì)，對(duì)科學(xué)和社會(huì)形成客觀而整體的認(rèn)識(shí)。所謂“科學(xué)教育所涵蓋的所有教學(xué)內(nèi)容都可能關(guān)聯(lián)的幾個(gè)共通的重要概念”是指科學(xué)教育四大領(lǐng)域都涉及的共通概念，例如“物質(zhì)與能量、穩(wěn)定與變化”這兩個(gè)跨學(xué)科概念既是“物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)” 和“物質(zhì)的變化與化學(xué)反應(yīng)”這兩個(gè)核心概念的跨學(xué)科概念，又是“生物體的穩(wěn)態(tài)與調(diào)節(jié)”“生物與環(huán)境關(guān)系”這兩個(gè)核心概念的跨學(xué)科概念，這兩個(gè)跨學(xué)科概念涉及了物質(zhì)科學(xué)領(lǐng)域和生命科學(xué)領(lǐng)域。所謂“將學(xué)習(xí)內(nèi)容各個(gè)部分的學(xué)科核心概念聯(lián)結(jié)起來(lái)，形成一個(gè)彼此融通的整體”，是指通過(guò)科學(xué)課程中13個(gè)核心概念的學(xué)習(xí)形成了涵蓋四大科學(xué)領(lǐng)域融通的、去除了各自領(lǐng)域特質(zhì)的中性觀念。

二、跨學(xué)科概念的內(nèi)容范疇

“跨學(xué)科概念”是學(xué)生經(jīng)歷諸多學(xué)科核心概念學(xué)習(xí)之后生成的同階知識(shí)概念，屬于科學(xué)觀念范疇，是物質(zhì)科學(xué)等四大領(lǐng)域核心概念被融通、升華之后生成的綜合概念。

（一）美、澳、加、新四國(guó)有關(guān)跨學(xué)科概念的內(nèi)容范疇

美國(guó)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)闡明跨學(xué)科概念包含九個(gè)模塊：模式，原因和結(jié)果，規(guī)模、比例和數(shù)量，系統(tǒng)和系統(tǒng)模型，能量，物質(zhì)，結(jié)構(gòu)和功能，穩(wěn)定和變化、循環(huán)。加拿大科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)把跨學(xué)科概念的內(nèi)容范疇界定為：系統(tǒng)和系統(tǒng)模型，物質(zhì)，能量，結(jié)構(gòu)和功能，穩(wěn)定和變化，可持續(xù)發(fā)展和管理。澳大利亞科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)將跨學(xué)科概念的內(nèi)容范疇界定為：模式，規(guī)模、比例和數(shù)量，系統(tǒng)和系統(tǒng)模型，物質(zhì)，能量，結(jié)構(gòu)和功能，穩(wěn)定和變化。新加坡科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)將跨學(xué)科概念內(nèi)容范疇界定為：系統(tǒng)和系統(tǒng)模型，能量，多樣性，循環(huán)，相互作用。

通過(guò)比較和分析，可以發(fā)現(xiàn)：“系統(tǒng)與系統(tǒng)模型”“能量”這兩個(gè)跨學(xué)科概念是這四個(gè)國(guó)家科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)都認(rèn)同的；“物質(zhì)”“結(jié)構(gòu)與功能”“穩(wěn)定與變化”三個(gè)跨學(xué)科概念是美、澳、加三個(gè)國(guó)家科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)所首肯的；而其他的跨學(xué)科概念各個(gè)國(guó)家各有不同。

（二）我國(guó)有關(guān)跨學(xué)科概念的內(nèi)容范疇

我國(guó)在2017年版高中物理、生物等理科課程標(biāo)準(zhǔn)修訂中，首次引入跨學(xué)科概念，確立了物質(zhì)與能量，結(jié)構(gòu)與功能，穩(wěn)定與變化，原因和結(jié)果，規(guī)模、比例和數(shù)量，模式，系統(tǒng)與系統(tǒng)模型等7個(gè)跨學(xué)科概念，主要是將跨學(xué)科理念融入教學(xué)內(nèi)容中?！读x務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》首次增加了物質(zhì)與能量、結(jié)構(gòu)與功能、系統(tǒng)與模型、穩(wěn)定與變化4個(gè)跨學(xué)科概念，但對(duì)于跨學(xué)科概念的具體學(xué)習(xí)內(nèi)容、內(nèi)容要求和學(xué)業(yè)質(zhì)量沒(méi)有提出要求，原因是受課程總課時(shí)限制，而設(shè)置目的是希望學(xué)生在教師的引領(lǐng)下，通過(guò)13個(gè)核心概念的學(xué)習(xí)逐步理解跨學(xué)科概念?！读x務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）解讀》在界定了物質(zhì)與能量、結(jié)構(gòu)與功能、穩(wěn)定與變化、系統(tǒng)與模型4個(gè)跨學(xué)科概念基本定義的基礎(chǔ)上，列出了跨學(xué)科概念的學(xué)習(xí)內(nèi)容（如表1）。

三、教學(xué)實(shí)踐建議

教師把握好跨學(xué)科概念的基本定義和相關(guān)學(xué)習(xí)內(nèi)容是實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)的前提和基礎(chǔ)，而理解跨學(xué)科概念的精髓和掌握正確的教學(xué)策略方法才是實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)的關(guān)鍵。

（一）參透跨學(xué)科概念內(nèi)涵，厘清跨學(xué)科概念和核心概念及其具體內(nèi)容之間的邏輯關(guān)系

跨學(xué)科概念超越了學(xué)科的界限，為學(xué)生提供了在不同領(lǐng)域跨學(xué)科內(nèi)容之間建立聯(lián)系和思考的工具，有利于學(xué)生理解核心概念的內(nèi)涵。通過(guò)跨學(xué)科概念學(xué)生可以更好地理解和掌握不同領(lǐng)域的學(xué)科與學(xué)科之間概念、原理、思想方法和內(nèi)容之間的邏輯關(guān)系，理解和把握跨領(lǐng)域?qū)W習(xí)內(nèi)容之間的互通性認(rèn)知，形成將不同領(lǐng)域的學(xué)習(xí)內(nèi)容建立起互通聯(lián)系的思考方法，這就是跨學(xué)科概念教學(xué)的精髓。一個(gè)跨學(xué)科概念常常聯(lián)結(jié)多個(gè)學(xué)科核心概念，學(xué)生只有經(jīng)歷學(xué)懂弄通多個(gè)學(xué)科核心概念內(nèi)涵的學(xué)習(xí)，才能形成跨學(xué)科概念。學(xué)生參悟到這些道理，就能夠?qū)⒏鱾€(gè)學(xué)科間的內(nèi)容聯(lián)系起來(lái)，形成一個(gè)相互聯(lián)系的整體，從而對(duì)科學(xué)世界形成整體的、正確的認(rèn)識(shí)。教師在教學(xué)設(shè)計(jì)之前必須深入理解跨學(xué)科概念所具有的共通性，參透跨學(xué)科概念的內(nèi)涵，厘清跨學(xué)科概念的教學(xué)內(nèi)容與多個(gè)學(xué)科核心概念的學(xué)習(xí)內(nèi)容，以及與具體學(xué)習(xí)內(nèi)容要求之間的聯(lián)結(jié)點(diǎn)、邏輯關(guān)系、互通性認(rèn)知，這樣設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)就游刃有余了。

例如，“物質(zhì)的流動(dòng)與循環(huán)伴有能量的轉(zhuǎn)移與轉(zhuǎn)化，能量的轉(zhuǎn)移與轉(zhuǎn)化驅(qū)動(dòng)物質(zhì)的流動(dòng)與循環(huán)”這一教學(xué)內(nèi)容看似很抽象，但學(xué)生如果和某一個(gè)領(lǐng)域具體的教學(xué)內(nèi)容結(jié)合起來(lái)理解就很容易懂。它既是“物質(zhì)與能量”這個(gè)跨學(xué)科概念的學(xué)習(xí)內(nèi)容，又是其關(guān)鍵教學(xué)點(diǎn)，教師理解了這一點(diǎn)就可以順利地設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)。

（二）將跨學(xué)科概念的教學(xué)融入到核心概念的教學(xué)和實(shí)踐中

跨學(xué)科概念雖然有獨(dú)特的內(nèi)涵和外延，但不是孤立存在的普通知識(shí)概念，而是學(xué)生經(jīng)歷核心概念學(xué)習(xí)和科學(xué)實(shí)踐之后形成的知識(shí)層級(jí)概念，離開(kāi)了核心概念和實(shí)踐它將失去其特有的根基。究其原因在于跨學(xué)科概念是從橫向視角旁觀科學(xué)，是把多個(gè)核心概念所共有的次位概念綜合以后才形成的一個(gè)跨學(xué)科概念。因此，跨學(xué)科概念的教學(xué)必須結(jié)合到核心概念的常規(guī)教學(xué)和科學(xué)實(shí)踐中，跨學(xué)科概念的教學(xué)才有生命力。

例如，指導(dǎo)學(xué)生理解“結(jié)構(gòu)與功能”，僅僅教授學(xué)生“物質(zhì)有什么樣的結(jié)構(gòu)就有什么樣的功能”，學(xué)生會(huì)覺(jué)得很抽象，不容易理解。但是教學(xué)中教師通過(guò)具體的事例，學(xué)生就會(huì)逐漸理解這句話的含義：食蟻獸就是因?yàn)橛虚L(zhǎng)長(zhǎng)尖尖的嘴和舌，才能吃到螞蟻穴中的螞蟻；鶴、白鷺等水禽正是有細(xì)細(xì)長(zhǎng)長(zhǎng)的腿，才能在沼澤地里面找到魚(yú)蝦為食；石墨和金剛石雖然是碳元素組成的同素異型體，但石墨原子因?yàn)闃?gòu)成正六邊形的平面結(jié)構(gòu)，呈片狀，所以質(zhì)軟，易導(dǎo)電、導(dǎo)熱、耐高溫、潤(rùn)滑，而金剛石因?yàn)樵娱g是立體的正四面體結(jié)構(gòu)，因此是自然界中天然存在的最堅(jiān)硬的物質(zhì)，耐高溫、導(dǎo)熱、不導(dǎo)電。

（三）聯(lián)系生活實(shí)際，創(chuàng)設(shè)真實(shí)體驗(yàn)情境組織跨學(xué)科教學(xué)

在科學(xué)核心概念教學(xué)中一般不會(huì)直接涉及跨學(xué)科概念，一部分教師為了保證跨學(xué)科概念教學(xué)的立竿見(jiàn)影效果，就會(huì)試圖在核心概念教學(xué)中通過(guò)重復(fù)使用跨學(xué)科概念和強(qiáng)化記憶的方法向?qū)W生告知跨學(xué)科概念的存在，這種方法是不可行的?？鐚W(xué)科概念的理解和構(gòu)建需要通過(guò)多個(gè)核心概念學(xué)習(xí)之后才能形成，這一學(xué)習(xí)過(guò)程必須聯(lián)系學(xué)生的生活實(shí)際，以學(xué)生熟悉的事例和實(shí)踐過(guò)程為基點(diǎn)，引領(lǐng)學(xué)生感悟生成；必須引導(dǎo)學(xué)生在真實(shí)體驗(yàn)的情境中，結(jié)合自身體驗(yàn)，逐漸感悟、積累、提煉習(xí)得，僅僅依靠直接傳授、填鴨式教學(xué)難以奏效。

例如，“穩(wěn)定與變化”這個(gè)相對(duì)抽象、枯燥難懂的跨學(xué)科概念，教師就可以引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)感知自身的身體生長(zhǎng)變化現(xiàn)象來(lái)理解：每個(gè)學(xué)生每天都在吃飯、運(yùn)動(dòng)、學(xué)習(xí)、睡覺(jué)，他們的身高、體重、機(jī)體功能每天都在慢慢向成熟方向變化，但每個(gè)學(xué)生每天身體狀態(tài)又保持著看似“沒(méi)有變化”的穩(wěn)定狀態(tài)，因?yàn)樗麄兩眢w的變化只有經(jīng)過(guò)一段時(shí)間之后才能有比較明顯的變化顯現(xiàn)，這就是變化中的穩(wěn)定和穩(wěn)定中的變化，也就是動(dòng)態(tài)平衡。學(xué)生如果能夠理解了這些身體變化特點(diǎn)，就會(huì)比較好地理解“穩(wěn)定與變化”這個(gè)跨學(xué)科概念。教師在指導(dǎo)學(xué)生理解“穩(wěn)定與變化”這一跨學(xué)科概念時(shí)，一方面依托“生命系統(tǒng)的構(gòu)成層次”“生物體的穩(wěn)態(tài)與調(diào)節(jié)”這兩個(gè)核心概念，另一方面聯(lián)系生活實(shí)際，創(chuàng)設(shè)學(xué)生真實(shí)體驗(yàn)的學(xué)習(xí)情境，達(dá)成了教學(xué)目的。

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（責(zé)任編輯：楊強(qiáng)）