科學(xué)教育視域下的跨學(xué)科概念教學(xué)

科學(xué)教育視域下的跨學(xué)科概念作為上位觀念，組織和連接了不同科學(xué)學(xué)科的核心概念，提供了一種聯(lián)系所有科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)容的方法和思維方式，能夠幫助學(xué)生打破學(xué)科界限、建構(gòu)對科學(xué)世界的整體認(rèn)識。下面主要從跨學(xué)科概念的內(nèi)涵、提取原則、學(xué)習(xí)的特征，以及跨學(xué)科概念教學(xué)的設(shè)計取向和策略進(jìn)行闡述。

跨學(xué)科概念的內(nèi)涵。跨學(xué)科概念最早源于奧蘇貝爾的有意義學(xué)習(xí)理論。奧蘇貝爾認(rèn)為，跨學(xué)科概念是概念學(xué)習(xí)的先行組織者，通過跨學(xué)科概念學(xué)習(xí)能夠促進(jìn)學(xué)習(xí)者對其他知識的理解。從科學(xué)教育研究的角度來看，美國國家研究委員會認(rèn)為，跨學(xué)科概念普遍適用于科學(xué)領(lǐng)域（包括物質(zhì)科學(xué)、生命科學(xué)、地球和宇宙科學(xué)）、技術(shù)與工程領(lǐng)域，超越了多個學(xué)科的界限，又將它們聯(lián)系為統(tǒng)一體，是一種能夠反映科學(xué)本身的上位思維方式或工具。2012年，美國的《K-12科學(xué)教育框架：實(shí)踐、跨學(xué)科概念和核心概念》將跨學(xué)科概念界定為“在所有科學(xué)領(lǐng)域都有所運(yùn)用的主要概念，它比學(xué)科核心概念的概括程度更高，對學(xué)科核心概念起到組織和連接作用，它們提供了一種聯(lián)系所有學(xué)科的方法”。

跨學(xué)科概念的提取原則。在提取跨學(xué)科概念的過程中，主要遵循以下兩方面原則。第一，跨學(xué)科概念涉及科學(xué)學(xué)科不同的內(nèi)容領(lǐng)域，關(guān)聯(lián)多個學(xué)科核心概念，是從不同學(xué)科核心概念中抽象概括出來的共同的、重要的概念，對解釋科學(xué)現(xiàn)象、創(chuàng)新科學(xué)教育理論發(fā)揮著重要作用；第二，跨學(xué)科概念的提取是以扎實(shí)的科學(xué)知識為生長點(diǎn)，是基于部分到整體、具象到抽象、表象到內(nèi)涵的邏輯進(jìn)行的。

跨學(xué)科概念學(xué)習(xí)的特征。跨學(xué)科概念理解的過程是學(xué)習(xí)主體運(yùn)用科學(xué)學(xué)科核心概念和科學(xué)的思維與方法，通過科學(xué)實(shí)踐整合知識的過程。跨學(xué)科概念的理解也是形成新認(rèn)知結(jié)構(gòu)的過程。從認(rèn)知發(fā)展的角度出發(fā)，跨學(xué)科概念理解的過程有兩方面。第一，科學(xué)學(xué)科核心概念是下位概念，跨學(xué)科概念則是更抽象的上位概念，跨學(xué)科概念是從科學(xué)學(xué)科核心概念中抽取的，跨學(xué)科概念的學(xué)習(xí)是一個自下而上的過程，這個過程屬于順應(yīng)性遷移。第二，在跨學(xué)科概念聚合作用下建構(gòu)學(xué)科核心概念體系，實(shí)現(xiàn)概念性理解與科學(xué)實(shí)踐的聯(lián)結(jié)，進(jìn)而深化對科學(xué)學(xué)科本質(zhì)的理解。這個過程是自上而下的，屬于同化性遷移。

跨學(xué)科概念教學(xué)的設(shè)計取向。跨學(xué)科概念教學(xué)主要包含三種教學(xué)設(shè)計取向。一是以跨學(xué)科概念為中心的教學(xué)設(shè)計。一般將科學(xué)學(xué)科的核心概念作為跨學(xué)科概念的下位概念，以跨學(xué)科概念為主線對核心概念進(jìn)行重新組織和整合。二是以核心概念為中心的教學(xué)設(shè)計。將學(xué)科核心概念作為科學(xué)課程內(nèi)容表征單位，以核心概念體系為科學(xué)課程的主線，融入跨學(xué)科概念的教學(xué)。科學(xué)學(xué)科的核心概念體系是外顯邏輯，跨學(xué)科概念則是內(nèi)隱的，這種教學(xué)設(shè)計的難度相對較小，更容易實(shí)施。三是核心概念與跨學(xué)科概念并重的教學(xué)設(shè)計。在這種教學(xué)設(shè)計的思路中，跨學(xué)科概念和核心概念的地位是相同的，既注重科學(xué)的本質(zhì)特征和內(nèi)在邏輯，又凸顯了跨學(xué)科概念在科學(xué)教學(xué)中的重要地位。

跨學(xué)科概念教學(xué)的策略。NGSS闡述了六個跨學(xué)科概念的學(xué)習(xí)策略。第一，不同的跨學(xué)科概念要與不同的科學(xué)和工程實(shí)踐搭配進(jìn)行學(xué)習(xí)；第二，在不同情境下對跨學(xué)科概念進(jìn)行重復(fù)學(xué)習(xí)，以提高對它們的熟悉程度；第三，隨著年級的升高，跨學(xué)科概念應(yīng)隨之復(fù)雜化；第四，在科學(xué)與工程學(xué)中建立通用的跨學(xué)科概念詞語表；第五，不能脫離實(shí)踐和核心概念評價跨學(xué)科概念的學(xué)習(xí)；第六，跨學(xué)科概念要面向全體學(xué)生。筆者認(rèn)為要將科學(xué)實(shí)踐與學(xué)科核心概念、跨學(xué)科概念一同整合到科學(xué)教學(xué)中，在創(chuàng)設(shè)的情境和真實(shí)體驗(yàn)中直接教授或使用跨學(xué)科概念。由于跨學(xué)科概念是抽象的上位概念，所以將其融入核心概念教學(xué)時，采用隱性的教學(xué)方式幫助學(xué)生理解跨學(xué)科概念，可以有效降低教學(xué)的難度，但這種做法不利于學(xué)生理解跨學(xué)科概念的內(nèi)涵，所以可以嘗試將直接教授與反復(fù)使用跨學(xué)科概念結(jié)合起來，這為開展跨學(xué)科概念教學(xué)提供了參考。