科學課程跨學科概念內涵、內容范疇及教學實踐建議

孔繁成

摘要：《義務教育科學課程標準（2022年版）》提出通過對13個學科核心概念的學習，理解物質與能量等4個跨學科概念，而對跨學科概念未做任何闡釋，給教師的教學設計和教學實踐帶來較大困惑。本研究對跨學科概念的內涵和定義、內容范疇進行解讀，并提出參透跨學科概念內涵，厘清跨學科概念和核心概念及其具體內容之間的邏輯關系，以及將跨學科概念的教學融入到核心概念的教學和實踐中，聯系生活實際，創設真實體驗情境組織跨學科教學等教學建議，將其作為教師教學實踐的參考。

關鍵詞：跨學科概念；內容范疇；教學實踐建議

《義務教育科學課程標準（2022年版）》規定了學生必須掌握13個學科核心概念，并通過學習這些科學核心課程內容理解系統與模型等4個跨學科概念。然而，它沒有對跨學科概念做任何界定，這為教師的教學設計和教學實踐帶來較大困惑。因此，對跨學科概念的的內涵和定義、內容范疇進行分析，對如何進行教學實踐提出建議非常必要。

一、跨學科概念的內涵和定義

2011年，美國國家研究理事會（NRC）發布《K-12科學教育框架：實踐、跨學科概念和核心概念》（以下簡稱“K-12科學教育框架”）將跨學科概念、實踐、學科核心概念確定為科學學習的三個維度。加拿大、澳大利亞、新加坡等國家也將科學課程的關注點指向跨學科概念，同時引發我國教育領域專家和學者的廣泛關注與研究熱情，因為跨學科研究是解決世界重大科學和社會難題的重要通道。為了闡述清楚跨學科概念定義，筆者首先分析它的內涵。

（一） 跨學科概念內涵解讀

跨學科概念之所以被廣泛重視，可以從兩個方面解讀。一方面，“跨學科概念”的特有價值是它為學生提供了在不同領域跨學科內容之間建立聯系和思考工具，也就是通過跨學科概念可以更好地理解和掌握不同領域的學科和學科之間概念、原理、思想方法和內容之間的邏輯關系，理解和把握跨領域學習內容之間的互通性認知，也可以幫助學生豐富跨學科概念在科學探究和實踐應用中對科學核心概念的理解。跨學科概念常常聯結多個領域的學科核心概念，是和學科核心概念同等級的知識概念。另一方面，學科核心概念、跨學科概念、實踐被確定為科學學習的三個維度，形成一個立體、多維的學習內容結構，互相依存、相互支撐。“學科核心概念”由物質科學等四大領域的核心概念組成，形成了科學課程的核心內容；“跨學科概念”是學生通過學習多個學科核心概念之后生成的綜合概念，是科學教育四大領域的核心概念被融通、升華之后生成的聯結多個核心概念的具有橫向視角與核心概念同級的科學概念；“實踐”是學生整合學科核心概念和跨學科概念模擬解決社會、經濟、政治、軍事、科技和生活諸多問題的實踐維度。跨學科概念不是孤立存在的科學學習維度，必須結合科學核心概念維度和科學實踐維度，才能體現它特有的價值。否則，跨學科概念將成為無本之木、無源之水。

（二） 跨學科概念是什么

我國2022年版科學課程標準和2017年版高中物理、化學等理科課程標準都沒有明確說明跨學科概念是什么。因此，要明晰跨學科概念，還是要回到提出跨學科概念的起點處尋找答案。美國科學促進協會在出版的《科學素養的基準》一書中強調：數學家、科學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）并不是某個學科或者某個領域所特有的智慧財富。這些通用概念確實只是一種思維方式，而不是理論或者發現。K-12科學教育框架提出了“跨學科概念”，并指出跨學科概念是那些在所有領域都有所運用的主要概念，它們提供了一種聯系所有學科的方法。加拿大安大略省的科學課程標準認為，跨學科概念是指那些獲得所有的科學技術知識所需要的、最關鍵的一些要點，是構建知識框架中的支點，能夠為獲得更多更深的知識提供支持。澳大利亞的科學課程標準認為，跨學科概念代表了科學觀點的關鍵方面，跨越了科學學科的知識和理解。新加坡的小學科學綱要認為，跨學科概念與日常生活和自然界的常見現象相關，涵蓋了科學學科的核心概念，不同跨學科概念之間的聯系將有助于科學概念整合。

可見，這幾個國家關于“跨學科概念”的表述雖有差異，但就內涵來講具有一致性。綜上可以界定，跨學科概念是指科學教育所涵蓋的所有教學內容都可能關聯的幾個共通的重要概念，它逾越了學科的邊界，學生在科學課程的學習中，可以將學習內容各個部分的學科核心概念聯結起來，形成一個彼此融通的整體，以新的橫向視角看待科學和社會，對科學和社會形成客觀而整體的認識。所謂“科學教育所涵蓋的所有教學內容都可能關聯的幾個共通的重要概念”是指科學教育四大領域都涉及的共通概念，例如“物質與能量、穩定與變化”這兩個跨學科概念既是“物質的結構與性質” 和“物質的變化與化學反應”這兩個核心概念的跨學科概念，又是“生物體的穩態與調節”“生物與環境關系”這兩個核心概念的跨學科概念，這兩個跨學科概念涉及了物質科學領域和生命科學領域。所謂“將學習內容各個部分的學科核心概念聯結起來，形成一個彼此融通的整體”，是指通過科學課程中13個核心概念的學習形成了涵蓋四大科學領域融通的、去除了各自領域特質的中性觀念。

二、跨學科概念的內容范疇

“跨學科概念”是學生經歷諸多學科核心概念學習之后生成的同階知識概念，屬于科學觀念范疇，是物質科學等四大領域核心概念被融通、升華之后生成的綜合概念。

（一）美、澳、加、新四國有關跨學科概念的內容范疇

美國科學課程標準闡明跨學科概念包含九個模塊：模式，原因和結果，規模、比例和數量，系統和系統模型，能量，物質，結構和功能，穩定和變化、循環。加拿大科學課程標準把跨學科概念的內容范疇界定為：系統和系統模型，物質，能量，結構和功能，穩定和變化，可持續發展和管理。澳大利亞科學課程標準將跨學科概念的內容范疇界定為：模式，規模、比例和數量，系統和系統模型，物質，能量，結構和功能，穩定和變化。新加坡科學課程標準將跨學科概念內容范疇界定為：系統和系統模型，能量，多樣性，循環，相互作用。

通過比較和分析，可以發現：“系統與系統模型”“能量”這兩個跨學科概念是這四個國家科學課程標準都認同的；“物質”“結構與功能”“穩定與變化”三個跨學科概念是美、澳、加三個國家科學課程標準所首肯的；而其他的跨學科概念各個國家各有不同。

（二）我國有關跨學科概念的內容范疇

我國在2017年版高中物理、生物等理科課程標準修訂中，首次引入跨學科概念，確立了物質與能量，結構與功能，穩定與變化，原因和結果，規模、比例和數量，模式，系統與系統模型等7個跨學科概念，主要是將跨學科理念融入教學內容中。《義務教育科學課程標準（2022年版）》首次增加了物質與能量、結構與功能、系統與模型、穩定與變化4個跨學科概念，但對于跨學科概念的具體學習內容、內容要求和學業質量沒有提出要求，原因是受課程總課時限制，而設置目的是希望學生在教師的引領下，通過13個核心概念的學習逐步理解跨學科概念。《義務教育科學課程標準（2022年版）解讀》在界定了物質與能量、結構與功能、穩定與變化、系統與模型4個跨學科概念基本定義的基礎上，列出了跨學科概念的學習內容（如表1）。

三、教學實踐建議

教師把握好跨學科概念的基本定義和相關學習內容是實現教學目標的前提和基礎，而理解跨學科概念的精髓和掌握正確的教學策略方法才是實現教學目標的關鍵。

（一）參透跨學科概念內涵，厘清跨學科概念和核心概念及其具體內容之間的邏輯關系

跨學科概念超越了學科的界限，為學生提供了在不同領域跨學科內容之間建立聯系和思考的工具，有利于學生理解核心概念的內涵。通過跨學科概念學生可以更好地理解和掌握不同領域的學科與學科之間概念、原理、思想方法和內容之間的邏輯關系，理解和把握跨領域學習內容之間的互通性認知，形成將不同領域的學習內容建立起互通聯系的思考方法，這就是跨學科概念教學的精髓。一個跨學科概念常常聯結多個學科核心概念，學生只有經歷學懂弄通多個學科核心概念內涵的學習，才能形成跨學科概念。學生參悟到這些道理，就能夠將各個學科間的內容聯系起來，形成一個相互聯系的整體，從而對科學世界形成整體的、正確的認識。教師在教學設計之前必須深入理解跨學科概念所具有的共通性，參透跨學科概念的內涵，厘清跨學科概念的教學內容與多個學科核心概念的學習內容，以及與具體學習內容要求之間的聯結點、邏輯關系、互通性認知，這樣設計教學活動就游刃有余了。

例如，“物質的流動與循環伴有能量的轉移與轉化，能量的轉移與轉化驅動物質的流動與循環”這一教學內容看似很抽象，但學生如果和某一個領域具體的教學內容結合起來理解就很容易懂。它既是“物質與能量”這個跨學科概念的學習內容，又是其關鍵教學點，教師理解了這一點就可以順利地設計教學活動。

（二）將跨學科概念的教學融入到核心概念的教學和實踐中

跨學科概念雖然有獨特的內涵和外延，但不是孤立存在的普通知識概念，而是學生經歷核心概念學習和科學實踐之后形成的知識層級概念，離開了核心概念和實踐它將失去其特有的根基。究其原因在于跨學科概念是從橫向視角旁觀科學，是把多個核心概念所共有的次位概念綜合以后才形成的一個跨學科概念。因此，跨學科概念的教學必須結合到核心概念的常規教學和科學實踐中，跨學科概念的教學才有生命力。

例如，指導學生理解“結構與功能”，僅僅教授學生“物質有什么樣的結構就有什么樣的功能”，學生會覺得很抽象，不容易理解。但是教學中教師通過具體的事例，學生就會逐漸理解這句話的含義：食蟻獸就是因為有長長尖尖的嘴和舌，才能吃到螞蟻穴中的螞蟻；鶴、白鷺等水禽正是有細細長長的腿，才能在沼澤地里面找到魚蝦為食；石墨和金剛石雖然是碳元素組成的同素異型體，但石墨原子因為構成正六邊形的平面結構，呈片狀，所以質軟，易導電、導熱、耐高溫、潤滑，而金剛石因為原子間是立體的正四面體結構，因此是自然界中天然存在的最堅硬的物質，耐高溫、導熱、不導電。

（三）聯系生活實際，創設真實體驗情境組織跨學科教學

在科學核心概念教學中一般不會直接涉及跨學科概念，一部分教師為了保證跨學科概念教學的立竿見影效果，就會試圖在核心概念教學中通過重復使用跨學科概念和強化記憶的方法向學生告知跨學科概念的存在，這種方法是不可行的。跨學科概念的理解和構建需要通過多個核心概念學習之后才能形成，這一學習過程必須聯系學生的生活實際，以學生熟悉的事例和實踐過程為基點，引領學生感悟生成；必須引導學生在真實體驗的情境中，結合自身體驗，逐漸感悟、積累、提煉習得，僅僅依靠直接傳授、填鴨式教學難以奏效。

例如，“穩定與變化”這個相對抽象、枯燥難懂的跨學科概念，教師就可以引導學生通過感知自身的身體生長變化現象來理解：每個學生每天都在吃飯、運動、學習、睡覺，他們的身高、體重、機體功能每天都在慢慢向成熟方向變化，但每個學生每天身體狀態又保持著看似“沒有變化”的穩定狀態，因為他們身體的變化只有經過一段時間之后才能有比較明顯的變化顯現，這就是變化中的穩定和穩定中的變化，也就是動態平衡。學生如果能夠理解了這些身體變化特點，就會比較好地理解“穩定與變化”這個跨學科概念。教師在指導學生理解“穩定與變化”這一跨學科概念時，一方面依托“生命系統的構成層次”“生物體的穩態與調節”這兩個核心概念，另一方面聯系生活實際，創設學生真實體驗的學習情境，達成了教學目的。

參考文獻：

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（責任編輯：楊強）