小學科學跨學科概念建構的教學策略

科學課程標準要求，教師在組織學生學習13個學科核心概念時，還要指導他們理解4個跨學科概念。跨學科概念是科學概念，更是科學的思維方式和工具。從知識層面看，跨學科概念是科學學科普遍運用的主要概念，是學科間共通的上位概念性知識；從思維層面看，它是一種反映科學學科自身規律的上位思維方式或工具。[1]

跨學科概念是科學研究中的一個概念范疇，有特定的內容和完整的體系，它普遍適用于科學（物質科學、生命科學、地球與宇宙科學）、技術、工程中，能夠超越各個學科的界限。[2]

課程標準強調了4個跨學科概念。

系統與模型。系統是根據研究目的人為界定的，它是由有關聯的物體或元件組成的有序整體，包含邊界、成分及相互作用。模型是對系統的理解和清晰的表達，可以是實物模型、示意圖、數學公式、計算機模擬等形式。模型的建構是根據研究目的對系統進行的必要的假設和簡化，以突出系統的本質特征，但這些假設和簡化會影響模型的可信度和準確度。

物質與能量。物質與能量是系統的兩個守恒量，它們共同限制了系統可能的變化。物質是系統能量轉換的載體，能量是系統物質流動、循環的動力。因此，研究系統中物質、能量的流動、循環及轉換，有助于理解系統發展變化的可能性和局限性。

結構與功能。結構和功能是系統的兩個互補方面，功能可以用結構來解釋，結構也可以用功能來解釋。系統的功能常取決于某些關鍵部件的性狀和它們之間的關系，以及制造它們的材料特性。系統在不同尺度具有不同的結構和特征，因此，討論結構與功能時需要根據問題選擇合適的尺度。

穩定與變化。穩定是指系統在觀測尺度上保持不變或總能回到穩定的狀態，是系統變化的動態平衡。反饋是使系統保持穩定或變化的機制，負反饋能使系統穩定，正反饋能使系統變化。穩定和變化都有一定的條件和范圍。

4個跨學科概念相互關聯，從不同的視角詮釋自然和科學世界。“系統與模型”分析的對象是自然和科學世界的存在方式與基本單位，系統既可以是簡單系統，也可以是復雜系統；學生在探究中利用各種思維方法建構模型，并利用模型進行解釋和預測。“物質與能量”和“結構與功能”強調系統由物質組成，與物質相伴的是能量，不同形式的能量之間是可以相互轉化的；物質構成了自然和科學世界中的各種事物與結構，不同的結構又具有相應的功能。“穩定與變化”呈現出動態發展的辯證狀態，受到內外部因素的影響，系統在平衡、失衡、再平衡中反復循環。

一、跨學科概念建構要三位一體

學科核心概念、跨學科概念和科學實踐被確定為科學學習的三個維度，三者形成一個立體、多維的學習內容結構，相互依存，相互支撐（如圖1）。學科核心概念構成了科學學習的基礎維度，它影響著學習的長度與寬度。跨學科概念是學生學習了諸多學科核心概念之后生成的高階概念，是學科核心概念被融通、升華之后生成的高階概念維度，它的綜合與抽象程度更高，影響著學習的深度。科學實踐是學生整合學科核心概念和跨學科概念以模擬解決社會、經濟、科技、生活等諸多問題的實踐維度，是連接核心概念與跨學科概念的思維橋梁。因此，跨學科概念不是孤立存在的科學學習維度，必須結合學科核心概念和科學實踐才能體現它的價值。將跨學科概念孤立于科學核心概念和科學實踐之外的科學思維或者科學視角都是不可取的，會讓跨學科概念成為無本之木、無源之水。

二、跨學科概念建構的進階分析

相關文獻對課程標準中的4個跨學科概念的解讀更多是初中畢業生應該達到的水平狀態。在具體的教學實踐中，教師需要對不同學習階段的跨學科概念發展層級或進階水平作出詮釋，并以行為動詞的形式具體描述不同學段學生跨學科概念的水平，將跨學科概念的建構落實到每個學段的教學之中。分析課程標準附錄2《課程內容中使用的行為動詞》與《義務教育科學課程標準（2022年版）解讀》，[3]可以對4個跨學科概念的基本內涵、不同水平（對應不同年段）進階表征的描述與它們涉及的學科核心概念進行梳理（見表1）。

三、跨學科概念建構要經歷順應與同化

跨學科概念具有一般概念的基本要素，即概念的名稱、內涵、外延與例證，其建構的思維過程包括觀察比較、分析綜合、抽象概括、解釋應用等。但跨學科概念是多個學科領域通用的概念，它跨越了多個學科領域的界限，將它們聯系起來，是一種能夠反映科學本身的上位思維方式或工具。因此，跨學科概念的建構必然要先立足于一個主要的學科領域。

首先，引領學生聚焦該領域的事物與現象，讓他們經歷觀察比較、分析綜合、抽象概括等思維活動，抽取該領域中事物與現象的本質屬性，舉例辨析具有該本質屬性的對象范圍并利用抽象概括出的本質屬性解釋相關的科學問題，完成對該領域的基本概念與核心概念的自我建構。

然后，設置問題情境，引導學生闡釋該領域中的普遍性問題，打破他們原有的經驗結構，讓他們形成一種包容新舊經驗的更高一級的經驗結構，實現順應性遷移，完成對跨學科概念內涵的學習。

最后，引領學生利用學到的跨學科概念去解釋另一學科領域的相關科學現象與科學實踐，讓他們辨析并投入技術與工程領域的相關實踐，在跨學科概念的聚合作用下進一步建構學科核心概念體系，實現同化性遷移，促進概念性理解與科學實踐的聯結，深化他們對科學學科本質的理解，進而完成對跨學科概念的理解與建構。

四、跨學科概念建構要注重表現性評價

在設計建構跨學科概念的教學時，教師要提前設置表現性評價任務。評價任務的設置要始終指向對跨學科概念的理解，學生需要知道什么、理解什么、最終學會什么，就評價什么。教師要做到教、學、評一致，即評價的維度應與學習目標的要求一致；要著重考查學生在真實的學習活動中對學科核心概念和跨學科概念的理解程度；要設計能激發學生進行概念性思考的問題，密切關注學生思維能力的發展。一方面，學生通過完成表現性評價任務，實現對跨學科概念的深刻理解，另一方面，教師從學生完成任務的情況來評價學生對跨學科概念的理解程度。教師設置評價任務時既可以采用限制式的表現性評價，也可以采用開放式（或擴展式）的表現性評價。評價任務可以是某種模型的設計與制作，可以是某個活動環節的展示與操作，可以是對某種結構的闡釋與說明，可以是對某個系統的圖形化表達，還可以是真實情境下的問題解決方案，等等。

例如，在低年級《影子的秘密》一課中，教師基于跨學科概念“系統與模型”可以設置以下評價任務：給學生一個集合圈，請學生在這個集合圈里寫出或畫出產生影子的要素或物體，并闡釋要素或物體之間的位置變化引發的影子變化，從而讓學生潛移默化地理解——系統是人為界定的，它是由關聯的物體或元件組成的有秩序整體，包含邊界、成分及相互作用，繼而讓學生認識到模型是經過處理的簡化系統，是對系統的理解和清晰的表達。

又如，在中年級《我們是怎樣聽到聲音》一課中，教師基于跨學科概念“結構與功能”可以設置以下評價任務：請你從提供的材料（有富余）中選擇合適的材料，組裝一個聽診器的模型，并闡釋你選擇材料的依據。這樣的引導能讓學生從物質科學領域和技術與工程領域去理解“結構與功能”這一跨學科概念。

再如，在高年級《有趣的食物鏈》一課中，教師基于跨學科概念“物質與能量”可以設置以下評價任務：請你解釋食物鏈的箭頭是指向消費者或更高一級的消費者，而不是指向生產者或低一級的消費者的原因。這樣的引導能讓學生認識到“物質與能量”在生物之間的轉移與流動。

[課題：成都市教育科學規劃名師專項課題“促進科學核心素養發展的跨學科概念建構實踐研究”，編號CY2023ZM23]

（作者單位：四川省成都市溫江區東大街第二小學校）

參考文獻

[1]孔繁成.科學課程跨學科概念內涵、內容范疇及教學實踐建議［J］.遼寧教育，2022（11）.

[2]史加祥.課程標準背景下小學科學跨學科概念的理解與實踐［J］.中小學教材教學，2022（10）.

[3]胡衛平，劉守印.義務教育科學課程標準（2022年版）解讀［M］.北京：高等教育出版社，2022.