基于系統思維的化學跨學科主題學習探究

《義務教育課程方案（2022年版）》強調要強化課程協同育人功能，將重大主題教育有機融入課程，加強知識學習與學生經驗、現實生活、社會實踐之間的聯系。學校教學基于學科，但學生生活的真實世界并非基于學科。面對大科學時代人才培養新格局，開展跨學科主題學習是落實科學教育創新發展的有效方式之一。跨學科主題學習本質上是知識結構、學科方法和思想認知的系統性重構，它可以讓學生在真實情境中參與問題的創新解決，從而填補從“知識習得”到“應用”再到“創新”之間的鴻溝。在化學教學中開展跨學科主題學習，必須以化學核心素養的養成為主要旨歸，以物質科學為基礎，容納其他學科，將分散在不同學科或領域中的具有共同屬性、相互關聯的教學內容整合形成一個新的學習主題。同時，教師需要以系統思維統籌目標、內容、實施及評價等要素，引導學生綜合運用多學科的知識技能、價值觀念與思維方式等來解決真實情境中的復雜問題。下面，筆者結合教學實踐具體闡述。

一、基于系統思維設計跨學科主題學習模型

系統思維作為當代教育改革的核心方法論，其整體性、結構性、動態性、反饋性等特征，為構建跨學科主題學習框架提供了理論支撐。整體性強調整體功能大于部分之和，結構性關注要素間的非線性關聯，動態性重視系統的演進特征，反饋性則強調建立持續改進機制。系統思維是教師和學生都需要具備的一種特殊的思維方式，它要求我們將認識對象視作一個系統，用整體觀去整理思想，綜合考察系統和要素之間的相互關系，從而簡化對認識對象的認知。它有助于教師利用整體觀對主題學習建立系統化的框架，從而幫助學生理解和掌握大概念。

筆者以貝塔朗菲一般系統論為基石，結合杜威“做中學\"理論[2和布魯納結構主義課程理論[3]，從目標、內容、實施、評價四個維度搭建了基于系統思維的跨學科主題學習框架（如圖1所示）。其中，目標維度回應“為什么學”，內容維度解決“學什么”，實施維度明確\"怎么學”，評價維度界定“學到什么程度”。四個維度之間不是簡單的線性關系，而是相互影響、相互制約、相互促進的復雜網絡關系（如圖2所示）。目標指向并決定內容、實施、評價的設計，內容影響實施，實施過程中生成的學生表現、作品、測試結果數據是評價的主要依據，評價檢驗目標達成度并評估內容合適度與實施有效性，從而提供關鍵反饋，使系統進入下一個迭代循環。這些因素在動態調整中推動教學持續改進，體現“教一學一評”一致性。

二、基于系統思維的跨學科主題學習的設計與實施

跨學科主題學習具有素養導向、主題整合、情境真實、開放創新、具身實踐等特征。選擇一個有化學教育意義的“主題”，是跨學科主題學習設計與實施的關鍵。松花蛋是中國傳統美食，其制作工藝已列入非物質文化遺產，且其制作過程中需要運用化學及其他學科知識。但其傳統制作工藝中常使用氧化鉛（黃丹粉）作為輔助劑，以促進蛋白質的凝固并形成松花紋路，而鉛對人體有害，長期攝入可能導致鉛中毒，這就形成了一種矛盾，需要創新解決。由此，筆者以“松花蛋的無鉛化制藝”為主題，以酸堿鹽為知識主干，融合溶液的計算與配置方法，將主題學習與綜合實踐活動有機結合，在引導學生了解非物質文化遺產的同時，促使其基于現實需求進行工藝改進，并在勞動實踐中感受傳統工藝與現實需求的碰撞，從而形成傳承和革新傳統工藝的意識。教學中，筆者基于系統思維對該跨學科主題學習進行了系統設計與實施。

（一）目標：基于宏觀認識與學情適配確定學習方向

系統思維的核心原則是整體性，學習目標作為系統核心，在教學系統中起到整合作用，并統領整個主題教學活動，是確定教學方向和教學終點的根本依據[4]。它會影響內容選擇、實施策略和評價標準。目標建立在對課程標準相關要求宏觀認識的基礎上。教師要分析學生的知識基礎、興趣點與發展需求，然后結合教育主題和現實問題來制訂目標。同時，教師要能從各學科核心概念中提煉上位概念，確保目標符合學科本質，貼近學生實際，不脫離化學教學立場，從而解決“為什么學”這一問題。

“松花蛋制作”是融合中國傳統飲食文化的經典食品工程，其鉛含量是造成人們食用顧慮的重要原因，由此，筆者提出驅動性問題：“如何制作無鉛松花蛋？”“松花蛋的無鉛化制藝”這一主題聚焦物質的結構與性質、物質的變化與化學反應，筆者從化學觀念、探究實踐、科學思維、態度責任四個方面設定學習目標。

化學觀念：觀察對比松花蛋與普通鴨蛋的色香味，知道化學反應伴隨物質變化。

探究實踐：運用數字化傳感器檢測酸堿度，根據客觀需求設計實驗并制作無鉛松花蛋。

科學思維：基于腌料成分分析物質變化過程并書寫化學方程式，用AI模擬物質的化學反應。

態度責任：了解化學反應在生活生產中的應用價值，認識到松花蛋制作工藝是我國的非物質文化遺產，形成傳承和革新傳統工藝的意識。

學習目標的設定是影響學生形成核心素養的關鍵，這就要求教師應從學生習得的角度出發，闡明預期學習結果和素養導向，基于“教—學—評”一致性考慮\"學到什么程度\"\"如何檢測”，并運用評價檢驗學習目標的達成。例如，“探究實踐”方面的一個自標是要求學生根據客觀需求設計實驗并制作無鉛松花蛋，在此目標引領下，筆者對教、學、評進行系統設計，以保持“學習任務一教學任務一評價任務”的目標一致性（如表1所示）。

（二）內容：基于知識整合與問題拆解設計實踐任務

系統思維強調系統整體功能大于各部分的簡單疊加，需立足全局視角而非局部優化，因此要從整體觀去看待學習內容的整合，強調依托核心概念統攝和整合較為零散的學科知識，厘清“學什么”的問題，這是促使跨學科主題學習內容結構化的關鍵。教師要尊重學生的認知發展規律，選擇與學生已有經驗和接受能力相匹配的學科知識系統和邏輯形式[5]，以真實社會問題或生活場景為切人點，設計具有真實性、聯系性的問題情境。在此過程中，教師先要圍繞主題厘清各學科的核心知識，再將核心知識用問題的方式提煉出本質問題，然后將本質問題轉化為適合學生的情境化驅動性問題，最后將復雜問題拆解為階梯式模塊推進任務分層，并借助評價促進學習內容結構的優化，形成“問題線一任務線一評價線”的立體結構，促進知識向能力轉化。

在“結構決定性質”大概念的統攝下，筆者對任務“松花蛋結構品鑒”進行“情境一問題—任務一評價”一體化設計（如表2所示），以問題鏈推動任務鏈，讓學生在真情境、真問題、真任務中收集證據，尋找解決方法。

教學中，教師運用系統思維將復雜的問題分解為若干個子問題，并考慮其中的相互作用和影響，可在提供學習支架的同時，幫助學生理解問題的全貌。當然，教師也要認識到教學內容需要根據目標動態調整，并且在內容復雜度超過預設時，會引發實施方式的質變重構和評價工具的迭代。

（三）實施：基于文化溯源與科學解構推進現實轉化

化學跨學科主題學習是基于化學學科邏輯和學生認知發展邏輯而組織的跨學科實踐類活動，在教學實施層面，需解決“怎么學”的問題。在學生面對有挑戰性的學習任務時，教師要了解其最近發展區并適時提供學習支架，引導學生協同探究，進而從現有認知水平躍遷至高一級水平。

“松花蛋的無鉛化制藝”屬于文化融合類主題，要求從文化的溯源出發，經歷科學解構并尋求當代轉化，通過替代材料和工藝優化，既保留松花蛋的風味和外觀，又避免鉛含量超標。現代無鉛工藝的探索融合了化學、物理等學科的相關內容，以及工程、綜合實踐活動、勞動課程的一些方法。因此，在教學中，筆者以系統論為思維基本模式，圍繞“是什么”“怎么做”“怎么用\"建立認知模式，幫助學生發展整體觀和結構觀，引導學生陸續輸出調查報告、實驗報告、無鉛松花蛋成品、食用說明書、主題菜肴等階段性物化成果，并以圖文報告和視頻形式記錄探究實踐過程（如表3所示）。

系統思維要求人們注重事物之間的相互聯系和相互影響，以及系統的動態平衡和發展變化，教學實施產生的過程性數據將推動實時修正目標和內容呈現方式，促進教學系統的動態優化。

（四）評價：基于標準定義與診斷反饋檢驗目標達成

化學跨學科主題學習需要用評價任務來引導學生調整策略，而在項目設計之初就明確方案或成果的評價要點和標準，可確保學生最后制作出的成品能體現問題本質。教師可通過分解跨學科能力維度來設計評價標準，然后出示評價標準讓學生知曉所要達到的終點，解決“學到什么程度”的問題。評價內容應包括核心知識的習得情況、學習實踐的過程表現以及各階段公開成果的結果呈現，重點評價學生對學科核心知識的綜合學習和運用表現，最終指向學生的核心素養[。其中，表現性評價與終結性評價構成雙通道反饋，既檢驗目標達成度，又反向優化內容結構和實施路徑。

如針對子任務“松花蛋的工藝改進”，筆者出示前置評價量表（如表4所示）以明確評價標準并賦能“制訂探究計劃”，后續又提供后置檢核量表（如表5所示）來界定量規尺度和評價等級，以量化賦分評估學生的思考和設計效度，并通過定量評價促進方案改進。

維果茨基認為，所有的知識都始于可視化的社會交互，然后慢慢被學習者內化并形成想法。評價意味著暴露與診斷，在此過程中，學生之間的對話交流、教師的及時點評非常關鍵。前者是評價實施的對象與基礎，后者是評價及時性與有效性的保證，可使學生得到實時反饋，確保后續學習的效度。人工智能時代，大數據平臺可實時監測學生的行為和表現，這便于教師利用數據賦能，實現對學習目標、學習方法、學習過程、學習結果的可視化評價。

三、結語

化學跨學科主題學習是落實大科學教育的必然選擇，是培育學生核心素養的有效途徑，是實現課程綜合的必要紐帶，也是促進工程啟蒙的重要方式。化學教學要適應科技發展和產業變革的需要，在深化課程綜合的過程中創造出豐富的超學科知識，以多樣化的跨學科主題學習引導學生運用多學科視角、科學家思維和工程方法去綜合全面地看待世界，并承接學習邏輯，將解決方案與個體想法付諸實踐，在真實世界中發現真問題、解決真問題，在實踐中糅合個人的直接經驗和間接經驗，進而感受中國傳統文化與現實需求的碰撞，在具身體驗與實踐中達成知行合一。

參考文獻：

[1]BERTALANFFYLV.General System heory： Foundations，Development，Applications [M]. New York： George Braziller，1968： 33-41.

[2]DEWEY J. Democracy and Education [M].New York：Macmillan，1916：20.

[3]BRUNERJS.TheProcess ofEducation[M]. Cambridge： Harvard University Press， 1976： 18.

[4][5]王飛，吳曉楠.跨學科主題教學的意蘊辨讀與行動路向：基于“五育融合”的視角[J].湖南師范大學教育科學學報，2023（5）：22-27，94.

[6]郭偉，陳旭遠.科學教育視域下的跨學科概念教學：理論內涵與實踐路徑[J].中國教育科學（中英文），2023（2）：58-69.

[7]VYGOTSKY L S. Mind in Society： The Development of Higher Psychological Processes[M].Cambridge：Harvard University Press，1978：55-60.