促進(jìn)跨學(xué)科學(xué)習(xí)的發(fā)生機(jī)制、模型構(gòu)建與實(shí)證研究

萬(wàn)昆 饒愛(ài)京

摘要：跨學(xué)科學(xué)習(xí)已經(jīng)是義務(wù)教育新課程方案倡導(dǎo)的一種重要學(xué)習(xí)方式，但當(dāng)前跨學(xué)科學(xué)習(xí)仍存在著“淺層、異化、盲目跨”等問(wèn)題。研究從跨學(xué)科學(xué)習(xí)的內(nèi)涵出發(fā)，分析了促進(jìn)跨學(xué)科學(xué)習(xí)發(fā)生的機(jī)制及要素，主要包括三個(gè)方面：高階思維技能的發(fā)展、真實(shí)情境問(wèn)題解決的過(guò)程、學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)。在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建了促進(jìn)跨學(xué)科學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)模型，并從“目標(biāo)—內(nèi)容—方法—評(píng)價(jià)”四個(gè)方面提出了實(shí)施策略。依據(jù)該模型設(shè)計(jì)了學(xué)習(xí)活動(dòng)，開(kāi)展了為期一個(gè)月的教學(xué)實(shí)踐研究。研究結(jié)果表明：促進(jìn)跨學(xué)科學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)模型能有效發(fā)展學(xué)生的高階思維技能，有效降低學(xué)生的外在認(rèn)知負(fù)荷和內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷，增加關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷，表現(xiàn)出了較好的心流體驗(yàn)；跨學(xué)科學(xué)習(xí)過(guò)程中呈現(xiàn)出“認(rèn)知負(fù)荷—心流體驗(yàn)—高階思維技能”相互影響的機(jī)制。

關(guān)鍵詞：跨學(xué)科學(xué)習(xí)；發(fā)生機(jī)制；學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)模型；學(xué)習(xí)效果

中圖分類(lèi)號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

本文系教育部人文社會(huì)科學(xué)規(guī)劃青年項(xiàng)目“基于集群發(fā)展的縣域基礎(chǔ)教育信息化優(yōu)質(zhì)均衡提升路徑研究”（項(xiàng)目編號(hào)：21YJC880070）、江西省基礎(chǔ)教育研究課題“數(shù)字化環(huán)境下項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的實(shí)踐策略研究”（課題編號(hào)：SZUSYZH2021-1166）研究成果。

2022年教育部印發(fā)的《義務(wù)教育課程方案》中明確提出，各學(xué)科要積極開(kāi)展跨學(xué)科學(xué)習(xí)[1]?？鐚W(xué)科學(xué)習(xí)作為學(xué)生學(xué)習(xí)方式實(shí)踐的一種，是學(xué)生在日常教與學(xué)實(shí)踐中所體現(xiàn)的，同時(shí)又關(guān)注不同學(xué)科知識(shí)的整合及其背后的意義。在學(xué)習(xí)科學(xué)的語(yǔ)境下，跨學(xué)科學(xué)習(xí)過(guò)程及其表現(xiàn)更加關(guān)注的是學(xué)生理解學(xué)科知識(shí)背后的意義，關(guān)注不同學(xué)科知識(shí)的整合，強(qiáng)調(diào)學(xué)科知識(shí)整合的方式，以解決真實(shí)世界的問(wèn)題，成為基礎(chǔ)教育階段課程改革所倡導(dǎo)的一種學(xué)習(xí)方式[2]。

然而，在基礎(chǔ)教育實(shí)踐過(guò)程中，跨學(xué)科學(xué)習(xí)依然存在著學(xué)科知識(shí)拼盤(pán)、有活動(dòng)無(wú)學(xué)科目標(biāo)、跨學(xué)科雜糅與復(fù)雜化、跨學(xué)科學(xué)習(xí)可以替代分科學(xué)習(xí)、低水平跨學(xué)科學(xué)習(xí)實(shí)踐等問(wèn)題[3]。究其原因，在于教師對(duì)于跨學(xué)科學(xué)習(xí)發(fā)生機(jī)制認(rèn)識(shí)模糊，實(shí)施跨學(xué)科學(xué)習(xí)存在實(shí)踐誤區(qū)等，難以通過(guò)跨學(xué)科學(xué)習(xí)來(lái)培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的目的。而學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)為跨學(xué)科學(xué)習(xí)的發(fā)生，提供了良好的支架支持[4][5]。因此，跨學(xué)科學(xué)習(xí)發(fā)生的機(jī)制及要素如何？如何通過(guò)學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)來(lái)促進(jìn)跨學(xué)科學(xué)習(xí)的發(fā)生？這將對(duì)有效落實(shí)基礎(chǔ)教育課程改革的需要和推動(dòng)基礎(chǔ)教育階段學(xué)習(xí)方式變革具有重要的意義。本研究首先嘗試探索跨學(xué)科學(xué)習(xí)的內(nèi)涵、發(fā)生機(jī)制及要素，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建以促進(jìn)跨學(xué)科學(xué)習(xí)發(fā)生的學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)模型，并將其應(yīng)用在實(shí)際的課堂教學(xué)中，關(guān)注跨學(xué)科學(xué)習(xí)發(fā)生過(guò)程中學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效果，以期為中小學(xué)教師開(kāi)展跨學(xué)科教學(xué)提供參考。

（一）跨學(xué)科學(xué)習(xí)實(shí)踐的研究現(xiàn)狀

當(dāng)前關(guān)于跨學(xué)科學(xué)習(xí)實(shí)踐研究主要有兩種研究視角。第一，以STEM教育的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)的“跨學(xué)科性”。余勝泉等人認(rèn)為STEM教育跨學(xué)科是以整合的教學(xué)方式使學(xué)生運(yùn)用技能解決真實(shí)世界中的問(wèn)題，其中一種基本的取向是學(xué)科知識(shí)整合取向；并提出了STEM跨學(xué)科項(xiàng)目設(shè)計(jì)模式[6]。張屹等人提出了基于設(shè)計(jì)的跨學(xué)科STEM理論框架[7]。也有學(xué)者從STEM跨學(xué)科視角分析了項(xiàng)目設(shè)計(jì)，對(duì)全國(guó)小學(xué)STEM展示課進(jìn)行了分析，其主要流程是導(dǎo)入新課、完成項(xiàng)目、交流評(píng)價(jià)、總結(jié)提高[8]。詹澤慧等人提出了STEAM教育本土化的一種重要途徑是文化本位的跨學(xué)科學(xué)習(xí)[9]。黃璐等人提出了“三步走”的跨學(xué)科STEM教育實(shí)踐路徑，基于學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí)，達(dá)到領(lǐng)域內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)；通過(guò)真實(shí)性問(wèn)題項(xiàng)目，探索學(xué)科之間不確定的相關(guān)性；借助思維工具，確立相關(guān)知識(shí)間的邏輯關(guān)系模型[10]。第二，基礎(chǔ)教育階段不同方式的跨學(xué)科學(xué)習(xí)的實(shí)踐。張澤遠(yuǎn)等人以“探秘電池”為例，設(shè)計(jì)了物理和化學(xué)融合的跨學(xué)科課程設(shè)計(jì)思路，并重視教學(xué)環(huán)境的設(shè)計(jì)，將實(shí)驗(yàn)室環(huán)境設(shè)計(jì)納入教學(xué)活動(dòng)[11]。也有研究者以“大豆‘旅行安家’的啟示”一課為例，探索了基于核心概念和問(wèn)題導(dǎo)向的跨學(xué)科教學(xué)[12]?？鐚W(xué)科融合主題單元設(shè)計(jì)與實(shí)施流程，包括找到教材單元之間的關(guān)聯(lián)、學(xué)情分析、確定單元總目標(biāo)、教學(xué)實(shí)施、評(píng)價(jià)反思、策略優(yōu)化[13]。劉艷萍探索了整校都以學(xué)科大概念統(tǒng)領(lǐng)來(lái)推進(jìn)單元整體教學(xué)[14]。

因此，本研究認(rèn)為理解跨學(xué)科學(xué)習(xí)的內(nèi)涵可以從三個(gè)方面出發(fā)：第一，從內(nèi)容上來(lái)看，要實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科學(xué)習(xí)的知識(shí)是在事實(shí)性知識(shí)和程序性知識(shí)的基礎(chǔ)上，對(duì)不同學(xué)科知識(shí)之間、概念之間關(guān)系的抽象概括和整合，常常是跨學(xué)科學(xué)習(xí)的問(wèn)題是要架起不同學(xué)科知識(shí)之間的橋梁。第二，從方法論上看，跨學(xué)科學(xué)習(xí)是需要不同學(xué)科知識(shí)的概念之間的內(nèi)在聯(lián)系，形成一個(gè)新的整體認(rèn)識(shí)論框架，去理解各個(gè)事實(shí)、經(jīng)驗(yàn)、事物和概念背后的意義。第三，從價(jià)值論上來(lái)看，跨學(xué)科學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)習(xí)者對(duì)知識(shí)的整合、深度加工，所構(gòu)造的形象思維和高階想象思維，有利于學(xué)習(xí)者對(duì)不同學(xué)科知識(shí)的整合和聯(lián)結(jié)。知識(shí)的整合和聯(lián)結(jié)是學(xué)習(xí)者以大概念為統(tǒng)領(lǐng)，打破學(xué)科知識(shí)之間的界限，通過(guò)一系列的認(rèn)知活動(dòng)，如經(jīng)驗(yàn)調(diào)取、概念理解、意義建構(gòu)、深度反思等，并整合兩個(gè)以上學(xué)科知識(shí)去解決真實(shí)世界中的問(wèn)題，并在此過(guò)程中發(fā)展學(xué)生的高階思維技能。

（二）學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)要素構(gòu)成及研究現(xiàn)狀

學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)之初，需要考慮學(xué)習(xí)的本質(zhì)和過(guò)程以及學(xué)習(xí)發(fā)生的環(huán)境，具體研究問(wèn)題包括學(xué)生應(yīng)該獲取哪些知識(shí)和技能，如何幫助學(xué)生建構(gòu)知識(shí)，內(nèi)化腳本或獲取實(shí)踐技能，怎樣確定學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中理解學(xué)習(xí)內(nèi)容的價(jià)值并保持學(xué)習(xí)熱情，以及何種方式確定學(xué)生可以將他們的知識(shí)和技能應(yīng)用到適合的場(chǎng)景之中。學(xué)習(xí)的“獲得隱喻”認(rèn)為傳統(tǒng)的學(xué)校教育當(dāng)中，學(xué)習(xí)場(chǎng)域與其應(yīng)用場(chǎng)域是分離的。學(xué)徒制學(xué)習(xí)是基于學(xué)習(xí)的“參與隱喻”，學(xué)習(xí)的建構(gòu)是通過(guò)跟隨師父在應(yīng)用場(chǎng)域進(jìn)行實(shí)踐參與實(shí)現(xiàn)的。學(xué)習(xí)科學(xué)領(lǐng)域的學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)需要將以上兩種“隱喻”提到的路徑整合起來(lái)，即同時(shí)考慮學(xué)校場(chǎng)景中的學(xué)習(xí)和應(yīng)用場(chǎng)域中的學(xué)習(xí)[15]。如果“從教育目標(biāo)的變化”來(lái)理解進(jìn)行學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)的意義，也就是新的教育目標(biāo)需要重新考慮“教師教什么”“教師怎么教”“教師怎么評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)”這一系列的主題，最終形成一種“教學(xué)”的新隱喻——學(xué)習(xí)環(huán)境的設(shè)計(jì)[16]。

有關(guān)學(xué)習(xí)環(huán)境的設(shè)計(jì)，我們需要回到從如何教轉(zhuǎn)向如何學(xué)這個(gè)本質(zhì)問(wèn)題。尚俊杰等人認(rèn)為未來(lái)學(xué)習(xí)科學(xué)領(lǐng)域要加強(qiáng)智慧學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)研究[17]。Xu等人研究了技術(shù)支持的具身沉浸式學(xué)習(xí)環(huán)境，提出了具身沉浸的概念框架，包括身體沉浸、感覺(jué)沉浸和認(rèn)知沉浸三個(gè)主要維度[18]。Norbet構(gòu)建了基于心智模型理論為中心的學(xué)習(xí)環(huán)境，心智模型是對(duì)思維的高級(jí)建構(gòu)，因?yàn)樗麄冾A(yù)想了知識(shí)將會(huì)逐步整合到世界的模型之中的過(guò)程[19]。根據(jù)以往文獻(xiàn)來(lái)看，不同的學(xué)者對(duì)學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)要素的內(nèi)容認(rèn)識(shí)都不一樣，從學(xué)習(xí)科學(xué)角度來(lái)看，學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)的要素主要包括問(wèn)題、資源、工具、學(xué)習(xí)共同體、活動(dòng)、技術(shù)等；學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)的維度包括物理環(huán)境、社會(huì)文化環(huán)境、心智環(huán)境等多個(gè)維度。

綜上所述，雖然在學(xué)習(xí)科學(xué)領(lǐng)域研究者關(guān)于學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)基本達(dá)成了共識(shí)。然而，這些學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)模型多是聚焦于技術(shù)視閾下，融合技術(shù)的學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)，但事實(shí)上目前技術(shù)與學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)融合還存在一定的脫嵌等矛盾[20]，且存在以下研究不足：（1）現(xiàn)有研究對(duì)跨學(xué)科學(xué)習(xí)的內(nèi)涵及發(fā)生機(jī)制缺乏深度探討和剖析；（2）現(xiàn)有關(guān)于學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)的研究較少聚焦于跨學(xué)科學(xué)習(xí)的發(fā)生過(guò)程；多偏重于理論探討，在一定程度上不利于推動(dòng)跨學(xué)科學(xué)習(xí)的實(shí)踐應(yīng)用；（3）在實(shí)證研究中，關(guān)注促進(jìn)跨學(xué)科學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)模型應(yīng)用及其效果研究較少。鑒于此，本研究擬解決的問(wèn)題是：促進(jìn)跨學(xué)科學(xué)習(xí)發(fā)生機(jī)制及要素是什么？如何構(gòu)建促進(jìn)跨學(xué)科學(xué)習(xí)發(fā)生的學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)模型及應(yīng)用效果如何？

（一）促進(jìn)跨學(xué)科學(xué)習(xí)的發(fā)生機(jī)制

學(xué)科是相對(duì)獨(dú)立的知識(shí)體系，學(xué)科的建構(gòu)就是要將知識(shí)系統(tǒng)化、科學(xué)化，知識(shí)是學(xué)科教與學(xué)的關(guān)鍵[21]?？鐚W(xué)科學(xué)習(xí)發(fā)生的過(guò)程不僅僅是一個(gè)知識(shí)再生產(chǎn)的過(guò)程，而且還是一個(gè)運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)實(shí)現(xiàn)真實(shí)問(wèn)題解決的過(guò)程，最終目的是發(fā)展學(xué)生高階思維技能。那么，適合跨學(xué)科學(xué)習(xí)的知識(shí)就不僅僅停留在事實(shí)性知識(shí)，還需要原理性知識(shí)和技能性知識(shí)。如果課堂中的學(xué)習(xí)經(jīng)過(guò)了有效地學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)，學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)就能經(jīng)過(guò)有組織的結(jié)構(gòu)性活動(dòng)，才能引發(fā)學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的深層次投入，還能為學(xué)生深層次的思考提供多元學(xué)習(xí)環(huán)境支持，從而實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)者的深度學(xué)習(xí)。

基礎(chǔ)教育中的學(xué)科課程恰恰強(qiáng)調(diào)的是知識(shí)組織的學(xué)科性，但是，學(xué)科課程凸顯知識(shí)結(jié)構(gòu)的學(xué)科性也不是說(shuō)拒絕和排斥對(duì)問(wèn)題的綜合性探究。如果跨學(xué)科學(xué)習(xí)不是建立在學(xué)科學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，那么跨學(xué)科學(xué)習(xí)就流于生活經(jīng)驗(yàn)式的，不利于學(xué)生建構(gòu)自身學(xué)科的認(rèn)知結(jié)構(gòu)[22]。因此，學(xué)科知識(shí)的選擇是開(kāi)展跨學(xué)科學(xué)習(xí)的重要問(wèn)題。對(duì)跨學(xué)科學(xué)習(xí)而言，跨學(xué)科學(xué)習(xí)的主要任務(wù)是聯(lián)結(jié)不同學(xué)科的知識(shí)，進(jìn)行打開(kāi)、內(nèi)化、建構(gòu)，以產(chǎn)生新的知識(shí)，并強(qiáng)調(diào)通過(guò)兩個(gè)以上學(xué)科知識(shí)或方法以解決現(xiàn)實(shí)生活中的真實(shí)問(wèn)題。因此，有必要結(jié)合跨學(xué)科學(xué)習(xí)的內(nèi)涵、特征，從知識(shí)視角下闡述跨學(xué)科學(xué)習(xí)發(fā)生的機(jī)制。

知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)是跨學(xué)科學(xué)習(xí)發(fā)生的基礎(chǔ)。杜威的“經(jīng)驗(yàn)”理論的知識(shí)具有兩個(gè)特點(diǎn)，一是知識(shí)本身就是一直高水平發(fā)展到一定程度的經(jīng)驗(yàn)，二是知識(shí)有其產(chǎn)生過(guò)程和發(fā)展的一定情境。也就說(shuō)，知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)不是憑空產(chǎn)生的，而是在人與對(duì)象相互作用過(guò)程中不斷發(fā)展起來(lái)的。因此，當(dāng)跨學(xué)科學(xué)習(xí)發(fā)生時(shí)，學(xué)習(xí)者獲得的知識(shí)不是灌輸?shù)?，也不是和真?shí)世界沒(méi)有聯(lián)系的，學(xué)生在跨學(xué)科學(xué)習(xí)過(guò)程中是需要不斷去理解知識(shí)產(chǎn)生的情境和過(guò)程。尤其是跨學(xué)科學(xué)習(xí)的目標(biāo)是發(fā)展學(xué)生的高階思維技能，要求學(xué)生不斷調(diào)用和激發(fā)先驗(yàn)知識(shí)，并使知識(shí)的產(chǎn)生形成一個(gè)不斷螺旋上升的過(guò)程，并最終內(nèi)化形成思維能力。

知識(shí)理解是跨學(xué)科學(xué)習(xí)發(fā)生的基本前提。在跨學(xué)科學(xué)習(xí)過(guò)程中理解知識(shí)，歸根結(jié)底是要去理解符號(hào)所表達(dá)的客觀世界和社會(huì)實(shí)在的關(guān)系。學(xué)習(xí)者對(duì)跨學(xué)科學(xué)習(xí)過(guò)程中的知識(shí)理解很難達(dá)到同一性，同時(shí)也會(huì)存在著理解層次和意義的不同。學(xué)習(xí)者基于個(gè)體感知、先驗(yàn)知識(shí)或具體學(xué)科知識(shí)中所理解的也是有差異的。但是，學(xué)習(xí)者在這個(gè)過(guò)程中主動(dòng)建構(gòu)知識(shí)與客觀世界的聯(lián)系的過(guò)程，是學(xué)習(xí)者打通真實(shí)世界與知識(shí)世界的聯(lián)系，從而更深層次地理解學(xué)習(xí)的發(fā)生。

知識(shí)整合和聯(lián)結(jié)是跨學(xué)科學(xué)習(xí)發(fā)生的過(guò)程。跨學(xué)科學(xué)習(xí)的發(fā)生不是一個(gè)簡(jiǎn)單的認(rèn)知過(guò)程，而是一個(gè)不斷地進(jìn)行著知識(shí)整合和建構(gòu)的活動(dòng)。跨學(xué)科學(xué)習(xí)發(fā)生的過(guò)程是一個(gè)對(duì)不同學(xué)科知識(shí)進(jìn)行整合與聯(lián)結(jié)的過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中包括學(xué)生對(duì)不同學(xué)科知識(shí)的整體感知、深度理解、知識(shí)整合、反思遷移等全部過(guò)程?？鐚W(xué)科學(xué)習(xí)中基于知識(shí)的整合，必須要以學(xué)科知識(shí)為基礎(chǔ)，同時(shí)也要有高階想象思維[23]。因此，跨學(xué)科學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)習(xí)者對(duì)知識(shí)的整合、深度加工，所構(gòu)造的形象思維和高階想象思維，有利于學(xué)習(xí)者對(duì)不同學(xué)科知識(shí)的整合和聯(lián)結(jié)。知識(shí)的整合和聯(lián)結(jié)是學(xué)習(xí)者以大概念為統(tǒng)領(lǐng)，打破學(xué)科知識(shí)之間的界限，通過(guò)一系列的認(rèn)知活動(dòng)，如經(jīng)驗(yàn)調(diào)取、概念理解、意義建構(gòu)、深度反思等，并整合兩個(gè)以上學(xué)科知識(shí)去解決真實(shí)世界中的問(wèn)題。

高階思維的生成是跨學(xué)科學(xué)習(xí)發(fā)生的歸宿。跨學(xué)科學(xué)習(xí)通過(guò)對(duì)不同學(xué)科知識(shí)的整合與聯(lián)結(jié)，引導(dǎo)學(xué)生在理解真實(shí)世界中進(jìn)行學(xué)習(xí)?？鐚W(xué)科學(xué)習(xí)的本質(zhì)不僅僅在于是學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，也不僅僅在于是對(duì)學(xué)科知識(shí)與方法理解的轉(zhuǎn)變，而是在聯(lián)結(jié)不同學(xué)科知識(shí)和真實(shí)世界的知識(shí)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的整合和聯(lián)結(jié)?？鐚W(xué)科學(xué)習(xí)也不能僅僅靜態(tài)地停留在不同學(xué)科知識(shí)表層，這既不是知識(shí)結(jié)果的單向傳遞，也不是基于兩個(gè)學(xué)科知識(shí)的表層應(yīng)用或機(jī)械重復(fù)，而必須要超越知識(shí)背后的意義系統(tǒng)，探究知識(shí)的符號(hào)發(fā)生、邏輯發(fā)生，并引導(dǎo)學(xué)生建立在世界的關(guān)聯(lián)中理解通過(guò)兩個(gè)以上學(xué)科知識(shí)去解決真實(shí)世界的問(wèn)題，并生成具有個(gè)人意義的高層次理解。

（二）促進(jìn)跨學(xué)科學(xué)習(xí)發(fā)生的要素

根據(jù)跨學(xué)科學(xué)習(xí)的發(fā)生機(jī)制，研究認(rèn)為要促進(jìn)跨學(xué)科學(xué)習(xí)的發(fā)生需要滿足三個(gè)要素：高階思維技能的發(fā)展、真實(shí)情境問(wèn)題解決的過(guò)程、學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)。高階思維技能的發(fā)展是跨學(xué)科學(xué)習(xí)發(fā)生的目標(biāo)；真實(shí)情境問(wèn)題解決的過(guò)程是學(xué)習(xí)者實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科學(xué)習(xí)發(fā)生的表征；學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)的要素是跨學(xué)科學(xué)習(xí)發(fā)生的基礎(chǔ)。

第一，促進(jìn)跨學(xué)科學(xué)習(xí)發(fā)生的目標(biāo)是發(fā)展學(xué)習(xí)者的高階思維技能，其主要體現(xiàn)在學(xué)習(xí)者的創(chuàng)造力傾向、批判性思維技能、協(xié)作溝通能力、問(wèn)題解決等方面技能得到發(fā)展，而具有真實(shí)性的問(wèn)題和任務(wù)是促進(jìn)學(xué)習(xí)者高階思維能力教學(xué)設(shè)計(jì)的核心，它通常以問(wèn)題的形式來(lái)重新組織課程內(nèi)容[24]。

第二，促進(jìn)跨學(xué)科學(xué)習(xí)發(fā)生的過(guò)程是要實(shí)現(xiàn)真實(shí)情境問(wèn)題的解決，是指學(xué)習(xí)者在實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科學(xué)習(xí)時(shí)所開(kāi)展的一系列學(xué)習(xí)活動(dòng)，也是跨學(xué)科學(xué)習(xí)發(fā)生的表征，這一系列學(xué)習(xí)活動(dòng)主要是圍繞跨學(xué)科學(xué)習(xí)發(fā)生的過(guò)程展開(kāi)，主要包括五個(gè)階段，如下頁(yè)圖1所示。

第三，促進(jìn)跨學(xué)科學(xué)習(xí)發(fā)生的基礎(chǔ)是學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)。本研究主要借鑒喬納森[25]和鐘志賢[26]等學(xué)者對(duì)學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)要素的界定，其要素主要由以下幾個(gè)方面組成：跨學(xué)科學(xué)習(xí)活動(dòng)、問(wèn)題、工具、學(xué)習(xí)者、跨學(xué)科課程設(shè)計(jì)、學(xué)習(xí)共同體、支架等要素組成。學(xué)習(xí)者是跨學(xué)科學(xué)習(xí)的主體，他們的主體性決定了跨學(xué)科學(xué)習(xí)發(fā)生的質(zhì)量，也決定了學(xué)習(xí)者的高階思維技能是否能夠通過(guò)有效學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)得以發(fā)展。問(wèn)題情境是觸發(fā)學(xué)習(xí)者跨學(xué)科學(xué)習(xí)發(fā)生的基本引擎，其能成為學(xué)習(xí)者參與跨學(xué)科學(xué)習(xí)活動(dòng)的基本前提，它決定學(xué)習(xí)者實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科學(xué)習(xí)發(fā)生的質(zhì)量和程度。而且學(xué)習(xí)環(huán)境不僅僅是指物理的學(xué)習(xí)環(huán)境，結(jié)合學(xué)習(xí)科學(xué)的重要觀點(diǎn)，研究認(rèn)為學(xué)習(xí)環(huán)境應(yīng)包括：（1）物理環(huán)境，指的是教室、多功能教室、戶外、博物館等場(chǎng)所，為跨學(xué)科學(xué)習(xí)提供基本的物理場(chǎng)所；（2）心智環(huán)境，指的是面向真實(shí)學(xué)習(xí)環(huán)境中跨學(xué)科學(xué)習(xí)發(fā)生的過(guò)程，其核心是要促進(jìn)跨學(xué)科學(xué)習(xí)的發(fā)生，聯(lián)接學(xué)習(xí)環(huán)境和真實(shí)世界，以大概念來(lái)統(tǒng)領(lǐng)學(xué)習(xí)環(huán)境中的心智環(huán)境有利于促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的深層次理解；（3）技術(shù)環(huán)境，指的是借助信息技術(shù)等工具來(lái)給養(yǎng)學(xué)習(xí)環(huán)境；（4）社會(huì)關(guān)系環(huán)境，指的是學(xué)習(xí)者、教師、技術(shù)等之間形成學(xué)習(xí)的共同體，開(kāi)展協(xié)商、共建、共享、討論，以促進(jìn)學(xué)習(xí)的深層次發(fā)生；（5）課程資源，指的是開(kāi)展跨學(xué)科學(xué)習(xí)需要的內(nèi)容資源，包括選擇什么樣的知識(shí)進(jìn)行跨學(xué)科學(xué)習(xí)，如設(shè)計(jì)大概念；選擇什么樣的課程內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)，如何與真實(shí)世界相聯(lián)系等。

促進(jìn)跨學(xué)科學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)以情境學(xué)習(xí)理論、建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論、活動(dòng)理論、認(rèn)知負(fù)荷理論為基礎(chǔ)，以重構(gòu)跨學(xué)科學(xué)習(xí)發(fā)生的學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)為支撐，以技術(shù)作為思維工具，通過(guò)學(xué)習(xí)環(huán)境的設(shè)計(jì)促進(jìn)學(xué)習(xí)者跨學(xué)科學(xué)習(xí)的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)高階思維的發(fā)展。簡(jiǎn)言之，在跨學(xué)科學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)習(xí)環(huán)境并不能直接促進(jìn)學(xué)習(xí)者的高階思維產(chǎn)生，必須要在特定的情境和文化中，通過(guò)開(kāi)展學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)，提供一系列的學(xué)習(xí)活動(dòng)和學(xué)習(xí)策略。學(xué)習(xí)者運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)實(shí)現(xiàn)真實(shí)問(wèn)題解決，既能深入理解學(xué)科知識(shí)，又能理解不同學(xué)科知識(shí)之間的聯(lián)結(jié)。結(jié)合學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)要素和跨學(xué)科學(xué)習(xí)發(fā)生的過(guò)程，本文構(gòu)建了促進(jìn)跨學(xué)科學(xué)習(xí)發(fā)生的學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)模型（如圖2所示）。

（三）促進(jìn)跨學(xué)科學(xué)習(xí)發(fā)生的學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)實(shí)施策略

1.創(chuàng)建豐富多元化的學(xué)習(xí)環(huán)境與資源。物理環(huán)境、技術(shù)環(huán)境、課程環(huán)境等環(huán)境對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)既是學(xué)習(xí)的場(chǎng)所，也是學(xué)生跨學(xué)科學(xué)習(xí)的資源，學(xué)生能通過(guò)在這些環(huán)境中學(xué)習(xí)直接獲得和理解知識(shí)。物理環(huán)境要求根據(jù)跨學(xué)科學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行有效設(shè)計(jì)，既包括傳統(tǒng)教室，也包括創(chuàng)新學(xué)習(xí)空間的設(shè)計(jì)，甚至還包括博物館等場(chǎng)館，聯(lián)結(jié)物理環(huán)境和校外、社區(qū)、自然等的環(huán)境。技術(shù)環(huán)境要求根據(jù)跨學(xué)科學(xué)習(xí)內(nèi)容提供適恰的技術(shù)，如在線協(xié)作平臺(tái)、跨學(xué)科學(xué)習(xí)平臺(tái)等，還包括思維導(dǎo)圖等工具技術(shù)。課程資源是指學(xué)習(xí)內(nèi)容要學(xué)科互涉，教師根據(jù)學(xué)習(xí)內(nèi)容有效設(shè)計(jì)有挑戰(zhàn)性的跨學(xué)科學(xué)習(xí)的問(wèn)題、任務(wù)。

2.構(gòu)建和諧的人際環(huán)境，促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)協(xié)作學(xué)習(xí)。在促進(jìn)跨學(xué)科學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)的過(guò)程中社會(huì)關(guān)系環(huán)境方面，教師要精心設(shè)計(jì)，要尊重小組合作的意愿，更要在跨學(xué)科學(xué)習(xí)過(guò)程中注重學(xué)生之間的合作、尊重，使教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生、學(xué)生與環(huán)境之間有良好合作關(guān)系，讓學(xué)生感受到跨學(xué)科學(xué)習(xí)是有意義的，是互動(dòng)的，且學(xué)習(xí)內(nèi)容與真實(shí)世界相聯(lián)系，具有真實(shí)情境性，學(xué)生便能夠積極地投入學(xué)習(xí)，獲得較好的心流體驗(yàn)。

3.構(gòu)建以大概念引領(lǐng)的心智環(huán)境。促進(jìn)跨學(xué)科學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)環(huán)境中，積極構(gòu)建以大概念為引領(lǐng)的心智環(huán)境，既是大概念形成的過(guò)程，其過(guò)程可以包括準(zhǔn)備、建構(gòu)、應(yīng)用三個(gè)階段，同時(shí)這也有利于促進(jìn)跨學(xué)科學(xué)習(xí)發(fā)生的過(guò)程。通過(guò)設(shè)計(jì)好的問(wèn)題來(lái)突出大概念整合，以聯(lián)結(jié)不同學(xué)科的知識(shí)，達(dá)成學(xué)科與學(xué)科之間知識(shí)的整合與融會(huì)貫通。

4.以促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的落實(shí)為目標(biāo)。在跨學(xué)科學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生首先需要通過(guò)大概念整合不同學(xué)科的知識(shí)，理解不同學(xué)科知識(shí)之間的關(guān)系，以通過(guò)解決真實(shí)情境中的問(wèn)題來(lái)聯(lián)結(jié)不同學(xué)科之間的知識(shí)，以創(chuàng)造產(chǎn)生新的知識(shí)。高品質(zhì)的跨學(xué)科學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)能夠促進(jìn)學(xué)生的跨學(xué)科學(xué)習(xí)，以發(fā)展學(xué)生的高階思維技能，從而以促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的落實(shí)為目標(biāo)。

5.設(shè)計(jì)真實(shí)問(wèn)題序列，開(kāi)展問(wèn)題鏈教學(xué)。真實(shí)的驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題是指學(xué)習(xí)者能運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)，通過(guò)具身參與實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題解決，通過(guò)設(shè)計(jì)真實(shí)問(wèn)題序列，開(kāi)展問(wèn)題鏈教學(xué)是促進(jìn)學(xué)習(xí)者跨學(xué)科學(xué)習(xí)發(fā)生的基礎(chǔ)。好的真實(shí)的驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題具有以下幾個(gè)特征：一具有可行性，即學(xué)生能夠通過(guò)設(shè)計(jì)并執(zhí)行研究方案來(lái)解決問(wèn)題；二具有價(jià)值性，即包括豐富的學(xué)科內(nèi)容和跨學(xué)科內(nèi)容，符合促進(jìn)學(xué)習(xí)者高階思維技能發(fā)展的目標(biāo)；三具有情境性，即具有真實(shí)且非常重要的情境；四具有意義性，即所要探究的問(wèn)題對(duì)學(xué)習(xí)者來(lái)說(shuō)是有趣且令人興奮的；五具有倫理性，即所探究的問(wèn)題不能對(duì)個(gè)人、集體或環(huán)境造成危害。

6.以高階、挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)任務(wù)設(shè)計(jì)為內(nèi)容。高階、挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)任務(wù)設(shè)計(jì)是促進(jìn)跨學(xué)科學(xué)習(xí)發(fā)生的關(guān)鍵，高階、挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)任務(wù)設(shè)計(jì)要圍繞不同的學(xué)習(xí)目標(biāo)設(shè)計(jì)不同形式的學(xué)習(xí)任務(wù)，如項(xiàng)目式學(xué)習(xí)任務(wù)、探究式學(xué)習(xí)任務(wù)、問(wèn)題驅(qū)動(dòng)型學(xué)習(xí)任務(wù)等；同時(shí)還要根據(jù)跨學(xué)科學(xué)習(xí)要求，要從不同學(xué)科的核心素養(yǎng)要求出發(fā)設(shè)計(jì)高階、挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)任務(wù)，既有單學(xué)科為主整合其他學(xué)科的學(xué)習(xí)任務(wù)，也有以多學(xué)科相融通的學(xué)習(xí)內(nèi)容為聯(lián)結(jié)點(diǎn)的跨學(xué)科學(xué)習(xí)任務(wù)，最終形成對(duì)學(xué)習(xí)任務(wù)的多維度理解。

7.以大概念整合不同學(xué)科的知識(shí)為方法。在跨學(xué)科學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生基于學(xué)科知識(shí)學(xué)習(xí)基礎(chǔ)之上，形成對(duì)學(xué)科知識(shí)更加綜合和上位的理解，以形成概念性思維。在跨學(xué)科學(xué)習(xí)過(guò)程中，強(qiáng)調(diào)學(xué)生運(yùn)用概念來(lái)整合思維，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的遷移，以大概念整合不同學(xué)科的知識(shí)目的是有利于不同學(xué)科知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)結(jié)與整合。

8.創(chuàng)建真實(shí)情境促進(jìn)積極主動(dòng)的學(xué)習(xí)。從本質(zhì)上說(shuō)，促進(jìn)跨學(xué)科學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)是轉(zhuǎn)變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，使學(xué)生通過(guò)解決真實(shí)情境中的學(xué)習(xí)而獲得較好的心流體驗(yàn)。在促進(jìn)跨學(xué)科學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)過(guò)程中，學(xué)生需要思考的是如何基于真實(shí)情境來(lái)提升心流體驗(yàn)，降低外在認(rèn)知負(fù)荷，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)自我效能感。

9.教師從教學(xué)執(zhí)行者轉(zhuǎn)向跨學(xué)科課程設(shè)計(jì)者。隨著義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)實(shí)施跨學(xué)科學(xué)習(xí)的要求，實(shí)施跨學(xué)科教學(xué)對(duì)教師來(lái)說(shuō)既是機(jī)遇又是挑戰(zhàn)，同時(shí)對(duì)提升教師專業(yè)能力素質(zhì)、促進(jìn)教師專業(yè)發(fā)展也具有重要意義。當(dāng)前，大多數(shù)教師還茫然于什么是跨學(xué)科教學(xué)，如何設(shè)計(jì)跨學(xué)科學(xué)習(xí)課程等問(wèn)題。而要構(gòu)建有利于跨學(xué)科學(xué)習(xí)發(fā)生的學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)，教師就必須轉(zhuǎn)變自己的角色，從原來(lái)簡(jiǎn)單的教學(xué)設(shè)計(jì)或教學(xué)執(zhí)行者，轉(zhuǎn)變?yōu)榭鐚W(xué)科課程設(shè)計(jì)者。促進(jìn)跨學(xué)科學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)要求教師在充分了解學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和需求的基礎(chǔ)上，結(jié)合新一輪義務(wù)教育階段課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，重新調(diào)整教學(xué)方法策略，不斷整合、優(yōu)化、重組學(xué)科知識(shí)內(nèi)容，并強(qiáng)調(diào)學(xué)科知識(shí)與學(xué)科知識(shí)的聯(lián)系，與學(xué)生共同參與和設(shè)計(jì)跨學(xué)科學(xué)習(xí)課程，成為跨學(xué)科課程設(shè)計(jì)者。

（一）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

本研究采取了混合研究設(shè)計(jì)方法，以探究促進(jìn)跨學(xué)科學(xué)習(xí)發(fā)生的學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)效果。研究圍繞“促進(jìn)跨學(xué)科學(xué)習(xí)發(fā)生的學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)效果如何？”這一核心問(wèn)題，按照“效果—關(guān)系—機(jī)制”的研究視角展開(kāi)研究。根據(jù)跨學(xué)科學(xué)習(xí)的目標(biāo)、跨學(xué)科學(xué)習(xí)過(guò)程中的心理認(rèn)知因素等，提出2個(gè)主要問(wèn)題，RQ1：促進(jìn)跨學(xué)科學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)能否提升學(xué)習(xí)者高階思維技能和自我效能感？RQ2：在跨學(xué)科學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)習(xí)者認(rèn)知負(fù)荷、心流體驗(yàn)、高階思維技能之間是否存在相互影響？

（二）實(shí)驗(yàn)變量與測(cè)量工具

自變量X：學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)。對(duì)于實(shí)驗(yàn)班，采用促進(jìn)跨學(xué)科學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)組織教學(xué)；對(duì)于控制班，采用傳統(tǒng)教學(xué)模式。

因變量Y：心流體驗(yàn)、認(rèn)知負(fù)荷、高階思維技能。心流體驗(yàn)的測(cè)量采用Jon Pearce提出的心流量表[27]。認(rèn)知負(fù)荷測(cè)量參考了Leppink J等人的認(rèn)知負(fù)荷量表[28]，包括內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷、外在認(rèn)知負(fù)荷、關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷。高階思維技能量表參考了Carini，Kuh等人[29]、Gwo-Jen Hwang等人[30]、Lee J ， Choi H [31]、姜玉蓮[32]、劉徽[33]等人的研究，并結(jié)合21世紀(jì)4C技 為四個(gè)部分：創(chuàng)造力傾向、問(wèn)題解決能力、批判性思維、合作溝通能力。

干擾變量及其控制：本次準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)的干擾變量是學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)生的知識(shí)水平等。為盡可能減少干擾變量的影響，本次實(shí)驗(yàn)是來(lái)自一個(gè)班的學(xué)生，將其分為2組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

（三）實(shí)驗(yàn)假設(shè)

為進(jìn)一步探討在跨學(xué)科學(xué)習(xí)過(guò)程中學(xué)習(xí)者認(rèn)知負(fù)荷、心流體驗(yàn)、高階思維技能之間是否存在相互影響？研究提出如下假設(shè)，H1a：內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷對(duì)心流體驗(yàn)有負(fù)向影響；H1b：外在認(rèn)知負(fù)荷對(duì)心流體驗(yàn)有負(fù)向影響；H1c：關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷對(duì)心流體驗(yàn)有正向影響；H2a：心流體驗(yàn)對(duì)創(chuàng)造力傾向具有積極正向影響；H2b：心流體驗(yàn)對(duì)批判性思維具有積極正向影響； H2c：心流體驗(yàn)對(duì)合作、溝通技能具有積極正向影響；H2d：心流體驗(yàn)對(duì)問(wèn)題解決技能具有積極正向影響。

（四）實(shí)驗(yàn)過(guò)程

1.學(xué)習(xí)者特征分析

實(shí)驗(yàn)對(duì)象為一所普通中學(xué)的九年級(jí)學(xué)生，該班級(jí)學(xué)生已經(jīng)掌握了一定的初中數(shù)學(xué)和物理知識(shí)；具有較好的溝通、表達(dá)能力；學(xué)生思維處于形式運(yùn)算階段，但是總體而言學(xué)生班級(jí)成績(jī)屬于中下水平。

2.促進(jìn)跨學(xué)科學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)

第一，在學(xué)習(xí)任務(wù)設(shè)計(jì)、問(wèn)題的設(shè)計(jì)等方面重點(diǎn)關(guān)注降低外在認(rèn)知負(fù)荷、增加相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷方面，如增加頭腦風(fēng)暴環(huán)節(jié)，改變傳統(tǒng)講授“反比例函數(shù)”的教學(xué)過(guò)程。第二，強(qiáng)化學(xué)科核心素養(yǎng)，更加關(guān)注學(xué)生的“邏輯推理”“直觀想象”等數(shù)學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)和“科學(xué)探究”“科學(xué)思維”等物理學(xué)科核心素養(yǎng)。第三，問(wèn)題的設(shè)計(jì)，更加關(guān)注學(xué)科知識(shí)和方法的整合，創(chuàng)設(shè)的情境也能引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。第四，設(shè)計(jì)高階、挑戰(zhàn)性的任務(wù)，如設(shè)計(jì)問(wèn)題序列。第五，研究者與數(shù)學(xué)、物理老師共同備課、討論。基于上述，我們?cè)O(shè)計(jì)了“撬動(dòng)地球”跨學(xué)科學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)，如表1所示。

3.實(shí)施過(guò)程

研究時(shí)間為2021年11月—2021年12月，選擇九年級(jí)數(shù)學(xué)課程中的“反比例函數(shù)”內(nèi)容為縱向跟蹤的研究情境。為了將研究干擾程度降到最低，僅在課中讓參與對(duì)象填寫(xiě)問(wèn)卷。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程持續(xù)時(shí)長(zhǎng)為三周左右。在第一周，研究者與數(shù)學(xué)、物理學(xué)科教師共同開(kāi)展教研、討論課程內(nèi)容選擇和學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)。第二周到第三周是實(shí)驗(yàn)的實(shí)施過(guò)程。第三周課程結(jié)束后，所有學(xué)習(xí)者進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查，具體包括心流體驗(yàn)、認(rèn)知負(fù)荷、高階思維技能等問(wèn)卷。此外，對(duì)實(shí)驗(yàn)組的學(xué)生開(kāi)展半結(jié)構(gòu)化訪談。實(shí)驗(yàn)班采用“撬動(dòng)地球”的跨學(xué)科學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)進(jìn)行反比例函數(shù)的學(xué)習(xí)，控制班采用傳統(tǒng)的講授方式。

實(shí)驗(yàn)完成后，對(duì)實(shí)驗(yàn)班和控制班學(xué)生的高階思維技能、自我效能感、認(rèn)知負(fù)荷、心流體驗(yàn)進(jìn)行后測(cè)，分析學(xué)生的高階思維技能、自我效能感、認(rèn)知負(fù)荷、心流體驗(yàn)等方面是否存在差異。

（一）各變量的單因素方差分析

通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)班和控制班的收集到的后測(cè)問(wèn)卷進(jìn)行單因素方差分析，得到結(jié)果，如下頁(yè)表2所示。研究發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)班在心流體驗(yàn)、自我效能、以及高階思維的各個(gè)維度都高于控制班，內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷低于控制班，且在自我效能感、高階思維技能、心流體驗(yàn)、內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷等維度具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上的顯著，雖然外在認(rèn)知負(fù)荷和關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上的顯著，但是實(shí)驗(yàn)班的外在認(rèn)知負(fù)荷低于控制班，關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷高于控制班。換句話說(shuō)，促進(jìn)跨學(xué)科學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)模型對(duì)學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷具有一定的作用且有效提升學(xué)生了自我效能感及高階思維技能，在一定程度上可以說(shuō)，該學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)有效促進(jìn)跨學(xué)科學(xué)習(xí)的發(fā)生。

（二）跨學(xué)科學(xué)習(xí)過(guò)程中學(xué)習(xí)者的心流體驗(yàn)、認(rèn)知負(fù)荷、高階思維技能的關(guān)系

我們主要選擇了實(shí)驗(yàn)班的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，采用基于偏最小二乘結(jié)構(gòu)方程模型的SmartPLS3.0軟件研究各變量之間的關(guān)系，并對(duì)模型進(jìn)行解釋和預(yù)測(cè)，檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)中提出的研究假設(shè)。本次問(wèn)卷所設(shè)維度的Cronbach’s Alpha最小值為批判性思維的0.709，其余均大于0.828，說(shuō)明信度較好。

研究假設(shè)模型中各變量之間路徑系數(shù)的分析結(jié)果，如表3所示。可以看到，在學(xué)生認(rèn)知負(fù)荷與心流體驗(yàn)的三條路徑中，唯有關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷對(duì)心流體驗(yàn)顯著影響，其路徑系數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)誤、t統(tǒng)計(jì)量、P值分別為-0.515、0.223、2.311、0.021，說(shuō)明關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷負(fù)向影響學(xué)生心流體驗(yàn)，假設(shè)H1c成立。而由于內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷、外在認(rèn)知負(fù)荷與心流體驗(yàn)之間路徑系數(shù)的p值大于0.05的原因，假設(shè)H1a、H1b不成立。同理，心流體驗(yàn)與創(chuàng)造力傾向、合作溝通能力、批判性思維、問(wèn)題解決能力之間路徑系數(shù)的p值均小于0.05，因此，假設(shè)H2a、H2b、H2c、H2d均成立。

（三）數(shù)據(jù)分析結(jié)果

1.實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，實(shí)驗(yàn)班中學(xué)生的高階思維技能、自我效能感、心流體驗(yàn)等各維度均值得分均高于控制班，且具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上的顯著差異。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)班內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷與外在認(rèn)知負(fù)荷都低于控制班，關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷高于控制班，且關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上產(chǎn)生了顯著性的差異。

2.實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷對(duì)心流體驗(yàn)具有正向影響；換言之，心流狀態(tài)較好的學(xué)生應(yīng)具有較高的關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷和較低的外在認(rèn)知負(fù)荷。

3.假設(shè)H2a、H2b、H2c、H2d的結(jié)果表明，在跨學(xué)科學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)習(xí)者的心流體驗(yàn)與創(chuàng)造力傾向、批判性思維、合作溝通能力、問(wèn)題解決能力呈顯著正相關(guān)。

（四）實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

回應(yīng)本實(shí)驗(yàn)研究的框架，研究從“效果—關(guān)系—機(jī)制”三個(gè)維度來(lái)分析促進(jìn)跨學(xué)科學(xué)習(xí)發(fā)生的學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)實(shí)踐效果。

1.促進(jìn)跨學(xué)科學(xué)習(xí)發(fā)生的學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)模型有效降低了學(xué)生的外在認(rèn)知負(fù)荷和內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷，增加了關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷，表現(xiàn)出了較好的心流體驗(yàn)，提升了學(xué)生的高階思維技能。

第一，該模型的應(yīng)用能有效降低了學(xué)生的外在認(rèn)知負(fù)荷和內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷，增加了關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷。通過(guò)訪談發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對(duì)跨學(xué)科學(xué)習(xí)過(guò)程滿意，學(xué)生也積極愿意投入到跨學(xué)科學(xué)習(xí)的探究中。而且跨學(xué)科學(xué)習(xí)中學(xué)生的學(xué)習(xí)任務(wù)具有挑戰(zhàn)性和創(chuàng)造性。因此，學(xué)生在解決這一類(lèi)型學(xué)習(xí)任務(wù)時(shí)，需要增加其關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷，特別是在對(duì)問(wèn)題表征的理解、對(duì)所需要解決問(wèn)題的過(guò)程等方面提供腳手架支持。

第二，跨學(xué)科學(xué)習(xí)過(guò)程中學(xué)生表現(xiàn)出較好的心流體驗(yàn)。從本質(zhì)上說(shuō)，促進(jìn)跨學(xué)科學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)模型對(duì)于轉(zhuǎn)變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與到跨學(xué)科學(xué)習(xí)中，并逐漸獲得對(duì)學(xué)科知識(shí)的理解和高階思維技能的發(fā)展具有一定的作用。因此，在實(shí)驗(yàn)中我們看到學(xué)生積極地投入到跨學(xué)科學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)為其提供資源、環(huán)境、工具等，教師提供及時(shí)的反饋支持，因此，學(xué)生在這樣的過(guò)程中進(jìn)入了一種自主而自由的狀態(tài)，獲得了較好的心流體驗(yàn)，而獲得較好的心流體驗(yàn)?zāi)芤l(fā)學(xué)生深層次的跨學(xué)科學(xué)習(xí)。

第三，相比于控制組，實(shí)驗(yàn)組中的促進(jìn)跨學(xué)科學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)都有效發(fā)展了學(xué)生的高階思維技能，也達(dá)成了研究提出來(lái)的跨學(xué)科學(xué)習(xí)的目標(biāo)是發(fā)展學(xué)生的高階思維技能。

2.在跨學(xué)科學(xué)習(xí)過(guò)程中，外在認(rèn)知負(fù)荷對(duì)心流體驗(yàn)有負(fù)向影響，關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷對(duì)心流體驗(yàn)有正向影響，心流體驗(yàn)對(duì)學(xué)生的高階思維技能具有積極正向影響。

研究發(fā)現(xiàn)，在跨學(xué)科學(xué)習(xí)過(guò)程中外在認(rèn)知負(fù)荷對(duì)心流體驗(yàn)有負(fù)向影響，關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷對(duì)心流體驗(yàn)有正向影響，心流體驗(yàn)對(duì)創(chuàng)造力取向、批判性思維、問(wèn)題解決能力、合作溝通能力有積極正向影響。因?yàn)橥庠谡J(rèn)知負(fù)荷是可以通過(guò)教學(xué)設(shè)計(jì)或教學(xué)程序改變的；關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷是指學(xué)習(xí)者在跨學(xué)科學(xué)習(xí)過(guò)程中所需要的認(rèn)知負(fù)荷，學(xué)習(xí)者在跨學(xué)科學(xué)習(xí)中的認(rèn)知負(fù)荷主要來(lái)源于問(wèn)題解決、知識(shí)整合、學(xué)習(xí)認(rèn)知活動(dòng)的過(guò)程中。因此，在跨學(xué)科學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)模型中，要降低外部認(rèn)知負(fù)荷，增加相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷，以提升學(xué)習(xí)者的心流體驗(yàn)，其核心在于促進(jìn)跨學(xué)科學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)的原則。

3.根據(jù)結(jié)構(gòu)方程模型結(jié)果，在跨學(xué)科學(xué)習(xí)過(guò)程中，呈現(xiàn)出“認(rèn)知負(fù)荷—心流體驗(yàn)—高階思維技能”相互影響的機(jī)制。

通過(guò)結(jié)構(gòu)方程模型結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在跨學(xué)科學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)習(xí)者的認(rèn)知負(fù)荷與心流體驗(yàn)、心流體驗(yàn)與高階思維技能之間都是相互影響的。因此，教師為學(xué)習(xí)者設(shè)計(jì)跨學(xué)科問(wèn)題時(shí)，要為學(xué)習(xí)者提供問(wèn)題的情境設(shè)計(jì)和合適的支架支撐，能有效幫助學(xué)習(xí)者降低認(rèn)知負(fù)荷，并引導(dǎo)學(xué)習(xí)者調(diào)取先驗(yàn)知識(shí)，整合不同學(xué)科知識(shí)或方法，引導(dǎo)其進(jìn)行深度加工，以獲得更好的心流體驗(yàn)和更多的學(xué)習(xí)投入，并最終改善跨學(xué)科學(xué)習(xí)的效果，提升學(xué)習(xí)者的高階思維技能，實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。

本研究首先闡釋了跨學(xué)科學(xué)習(xí)的內(nèi)涵及跨學(xué)科學(xué)習(xí)發(fā)生機(jī)制，其次構(gòu)建了促進(jìn)跨學(xué)科學(xué)習(xí)發(fā)生的學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)模型，并從“目標(biāo)—內(nèi)容—方法—評(píng)價(jià)”四個(gè)方面提出了實(shí)施策略，最后，分析了跨學(xué)科學(xué)習(xí)過(guò)程中學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效果。本研究?jī)H是對(duì)促進(jìn)跨學(xué)科學(xué)習(xí)發(fā)生的學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)模型應(yīng)用的初步探索，盡管對(duì)跨學(xué)科學(xué)習(xí)的理論和學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)的實(shí)踐進(jìn)行了豐富，但同時(shí)也存在一些研究不足。未來(lái)我們將采取基于設(shè)計(jì)的研究方法，持續(xù)在基礎(chǔ)教育階段開(kāi)展跨學(xué)科學(xué)習(xí)的實(shí)踐探索，以形成更加穩(wěn)定的促進(jìn)跨學(xué)科學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)模型，推動(dòng)從學(xué)習(xí)科學(xué)到教學(xué)實(shí)踐的變革[34]。

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作者簡(jiǎn)介：

萬(wàn)昆：副教授，博士，碩士生導(dǎo)師，江西省哲學(xué)社會(huì)科學(xué)重點(diǎn)研究基地教師發(fā)展與數(shù)字化研究中心副主任，研究方向?yàn)閷W(xué)習(xí)科學(xué)與技術(shù)、教育數(shù)字化。

饒愛(ài)京：教授，博士，博士生導(dǎo)師，副校長(zhǎng)，研究方向?yàn)榻逃龜?shù)字化、高等教育管理。

Occurrence Mechanism， Model Construction and Empirical Research of Learning Environment Design to Promote Interdisciplinary Learning

Wan Kun， Rao Aijing

（Research Center of Educational Information， Shangrao Normal University， Shangrao 334001， Jiangxi）

Abstract： Interdisciplinary learning has been an important learning way advocated by the new Compulsory Education Curriculum Program， but there are still problems such as “shallowness， alienation and blind crossing” in interdisciplinary learning currently. Based on the connotation of interdisciplinary learning， this paper analyzes the mechanism and elements of promoting interdisciplinary learning， which mainly includes three aspects： the development of higher-order thinking skills， the process of solving real situation problems and the design of learning environment. On this basis， this paper constructs a learning environment design model to promote interdisciplinary learning， and puts forward implementation strategies from four aspects of “objective-content-method-evaluation”. Based on the model， this research designed a series of related learning activities and conducted a month-long practical study. The research results show that the learning environment design model for promoting interdisciplinary learning can effectively develop students’ high-order thinking skills， effectively reduce students’ external cognitive load and internal cognitive load， increase related cognitive load， and demonstrate a good flow experience. Moreover， in the process of interdisciplinary learning， there is a mechanism of mutual influence between “cognitive load-flow experience-high-order thinking skills”.

Keywords： interdisciplinary learning； occurrence mechanism； design model of learning environment； learning effect

責(zé)任編輯：李雅瑄