跨學(xué)科教學(xué)的問題與要義

·名師工作室簡介·

吳紅偉，浙江省特級教師、浙江省技術(shù)能手、正高級教師，舟山市技術(shù)學(xué)科名師工作室主持人。工作室由22位技術(shù)教師組成，以“做嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的技術(shù)教師”為建設(shè)理念，聚焦技術(shù)學(xué)科教師的專業(yè)成長；通過為工作室成員搭建“教學(xué)設(shè)計用書”編寫平臺等載體，開展了一系列“同課異構(gòu)、評價研修、論文評讀、主題競賽”等研討活動，引領(lǐng)工作室內(nèi)成員逐漸走向“學(xué)者型”技術(shù)教師。

【摘 要】《義務(wù)教育課程方案（2022年版）》頒布后，跨學(xué)科很快成為中小學(xué)教師關(guān)注的熱點。源于對STEM教育理念的誤解，很多教師對跨學(xué)科教學(xué)的理解和實踐，存在學(xué)科拼盤、深度欠缺和協(xié)同缺位等跨學(xué)科教學(xué)問題。文章從梳理STEM教育與跨學(xué)科教學(xué)的概念入手，闡述當(dāng)前跨學(xué)科教學(xué)存在的問題，并從“跨的本質(zhì)需求、跨的學(xué)科選擇、跨學(xué)科的特征”三個維度闡述了跨學(xué)科教學(xué)的要義。

【關(guān)鍵詞】跨學(xué)科；STEM教育；數(shù)學(xué)建模；技術(shù)

【中圖分類號】G434 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A

【論文編號】1671-7384（2024）010-048-04

《義務(wù)教育課程方案（2022年版）》要求“原則上，每門學(xué)科要用不少于10%的課時開展跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)”[1]。2019年，教育部《關(guān)于實施全國中小學(xué)教師信息技術(shù)應(yīng)用能力提升工程2.0的意見》指出：打造一批基于信息技術(shù)開展跨學(xué)科教學(xué)的骨干教師，全面提升學(xué)生核心素養(yǎng)[2]。這兩個文件頒布后，跨學(xué)科教學(xué)很快成為中小學(xué)教師關(guān)注的熱點。只是現(xiàn)有的跨學(xué)科教學(xué)普遍因理論理解和實踐操作偏差，存在學(xué)科簡單拼盤、內(nèi)容無深度、學(xué)科間少協(xié)同等“為跨而跨”的不良現(xiàn)象，還有部分跨學(xué)科學(xué)術(shù)書籍雖然有較先進的理論，但卻缺少實際的案例示范。因此，有必要從2022年版義務(wù)教育課程方案本質(zhì)上回應(yīng)中小學(xué)跨學(xué)科教學(xué)實踐中存在的問題，指明跨學(xué)科教學(xué)的要義，為廣大教師提供可供參考的跨學(xué)科設(shè)計范式和實施建議。

跨學(xué)科教學(xué)面臨的問題

無法正確區(qū)分STEM教育和跨學(xué)科教學(xué)的關(guān)系是產(chǎn)生跨學(xué)科教學(xué)眾多問題的根源。筆者面向浙江、廣東、安徽和河南等省近900名教師開展了相關(guān)調(diào)研，發(fā)現(xiàn)有74%的教師認(rèn)為“STEM教育”與“跨學(xué)科教學(xué)”是同種概念的不同表達(dá)，有84%的教師認(rèn)為STEM課程是融合科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等學(xué)科的綜合課程，更有部分專家和教育行政管理者的文章，會讓中小學(xué)教師認(rèn)為STEM教育就是跨學(xué)科或綜合學(xué)習(xí)。

1.理論誤區(qū)：以為STEM、多學(xué)科都是跨學(xué)科

不理解STEM教育的法律定義，不理解跨學(xué)科教學(xué)是STEM教育倡導(dǎo)的一種學(xué)習(xí)方式，不理解STEM教育的理念是讓學(xué)生愛上理工科并為國家培養(yǎng)更多的理工科創(chuàng)新人才[3]。這“三個不理解”是引起中小學(xué)教師誤解跨學(xué)科教學(xué)的最根本原因。

（1）美國STEM教育法案定義的STEM內(nèi)涵

在我國STEM教育的各類專家講座和STEM教育的各類文獻(xiàn)中，很少有人提及美國發(fā)布的《STEM教育法案2014（H.R.5031）》（STEM EDUCATION ACT 2014）[4]。筆者以“STEM”為關(guān)鍵詞在中國萬方數(shù)據(jù)庫檢索到相關(guān)文獻(xiàn)39 054篇（其中核心期刊共3359篇），并以抽樣的方式仔細(xì)研讀了20篇核心刊物、20篇普通學(xué)術(shù)期刊和10篇特色期刊上的文章，只有一篇文獻(xiàn)提到STEM教育法案[5]，大多數(shù)只是簡單地把STEM教育四個字母代表的學(xué)科羅列了一下，這就讓很多中小學(xué)教師以為STEM教育沒有專業(yè)的概念界定，而只是一個中小學(xué)教育系統(tǒng)內(nèi)部的概念描述，更有部分教師把STEM教育當(dāng)作一種學(xué)科間的拼裝與組合的教學(xué)方式。其實，美國的《STEM教育法案2014》第2部分對STEM教育作出了明確的法律定義，即術(shù)語“STEM教育”是指科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)領(lǐng)域科目的教育，包括建立在這些科目基礎(chǔ)上的其他學(xué)科如計算機科學(xué)[6]。STEM教育法案沒有任何詞匯涉及綜合學(xué)習(xí)和跨學(xué)科學(xué)習(xí)。

（2）跨學(xué)科是STEM倡導(dǎo)的學(xué)習(xí)方法

跨學(xué)科教學(xué)常與STEM教育聯(lián)系起來，但兩者屬于不同范疇的概念。美國2018年發(fā)布的第二個STEM教育五年戰(zhàn)略計劃指出“最好的STEM教育提供了一種跨學(xué)科學(xué)習(xí)的方法”[7]。因此，從該STEM教育五年戰(zhàn)略計劃中可以清晰感知到跨學(xué)科學(xué)習(xí)只是STEM教育倡導(dǎo)的一種學(xué)習(xí)方式，STEM教育是國家宏觀層面的方針政策，跨學(xué)科則是一種學(xué)校微觀層面的教學(xué)策略。STEM教育的著眼點完全與跨學(xué)科學(xué)習(xí)不在同一個維度。STEM教育與跨學(xué)科教學(xué)更不是等價或類似的關(guān)系。美國在STEM教育中倡導(dǎo)跨學(xué)科教學(xué)，主要原因：一是分科教學(xué)雖然是STEM教育的基石，但是越來越多的美國孩子不愛修習(xí)這些指向數(shù)學(xué)、物理、生物、計算機等領(lǐng)域的高難度理工類專業(yè)課程；二是分科教學(xué)模式在面對很多實際的生活和工程問題時無法用單一學(xué)科問題解決。因此，美國政府在STEM教育中倡導(dǎo)加強跨學(xué)科學(xué)習(xí)。

（3）混淆多學(xué)科教學(xué)和跨學(xué)科教學(xué)

所謂“多學(xué)科學(xué)習(xí)”，即保留學(xué)科界限，用多個學(xué)科的視角、觀念和方法，探究一個問題或主題，由此發(fā)展“多學(xué)科理解”。不同學(xué)科之間可以并列關(guān)聯(lián)，亦可先后關(guān)聯(lián)，以探究問題或主題為核心實現(xiàn)學(xué)科知識的情境化[8]?？鐚W(xué)科教學(xué)則是一種跨越學(xué)科邊界的教學(xué)方法，強調(diào)將不同學(xué)科的知識和方法整合在一起，解決實際問題。在這種教學(xué)模式下，教師會引導(dǎo)學(xué)生從多個學(xué)科的角度去思考問題，鼓勵他們運用所學(xué)的知識進行創(chuàng)新性的思考和實踐。以下案例是典型的多學(xué)科教學(xué)案例，但卻被教師當(dāng)作跨學(xué)科教學(xué)。如體育教師在課堂上介紹發(fā)令槍使用時順帶普及發(fā)令槍火藥的化學(xué)知識，介紹舉重前運動員兩手先伸入盛有鎂粉的盆中以提升手掌吸濕性的化學(xué)知識；物理教師在課堂上介紹錢學(xué)森物理成就時順帶著加強愛國主義教育以實現(xiàn)教育的立德樹人目標(biāo)[9]。筆者認(rèn)為，在跨學(xué)科教學(xué)案例中有一個明顯的標(biāo)志：如果去掉被跨學(xué)科內(nèi)容，則主學(xué)科教學(xué)中的關(guān)鍵知識點就很難講透或講深。而在所謂的“跨學(xué)科”教學(xué)中，其他學(xué)科知識教與不教都不會影響主學(xué)科本身的教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)達(dá)成度，只是讓學(xué)生多了解些別的學(xué)科知識。

2.實踐偏差：把綜合學(xué)習(xí)、STEM當(dāng)成跨學(xué)科

正是因為把STEM教育等同于跨學(xué)科教學(xué)，對STEM教育字母縮寫背后的原因一知半解，從而使很多中小學(xué)教師在跨學(xué)科教學(xué)中習(xí)慣性地用上了“學(xué)科字母拼盤思維”，最典型的表現(xiàn)就是“STEAM”中對“A”字母的誤讀。在“STEM”基礎(chǔ)上加入“A”的表述最早可見于美國專家Georgette Yakman的研究，該研究對“A”的解釋是：Arts liberal，即社會人文學(xué)科領(lǐng)域，但在很多中小學(xué)教師心中早就把A與“Arts（藝術(shù)）”劃上了等號，卻忽略了后面的libera。更有部分教師開始創(chuàng)新字母游戲，如提出“STEARM”變體，并特別強調(diào)R表示閱讀，其實Arts liberal學(xué)科領(lǐng)域已經(jīng)包含了對學(xué)生閱讀素養(yǎng)的培養(yǎng)[10]。在這種思維模式下，很多流行于中小學(xué)教師的跨學(xué)科教學(xué)設(shè)計明顯缺少深度學(xué)習(xí)的烙印，也沒有意識到有些高質(zhì)量的跨學(xué)科教學(xué)需要多學(xué)科協(xié)同。于是，跨學(xué)科教學(xué)中的一些實踐偏差就產(chǎn)生了。

（1）學(xué)科字母拼盤：把綜合學(xué)習(xí)和學(xué)科雜糅當(dāng)作跨學(xué)科

誤解跨學(xué)科教學(xué)和綜合學(xué)習(xí)的教師，在內(nèi)心已經(jīng)把跨學(xué)科等同于STEM教育、在行動上卻把綜合學(xué)習(xí)當(dāng)作跨學(xué)科。中小學(xué)原來的綜合實踐活動課轉(zhuǎn)眼被包裝成跨學(xué)科教學(xué)，甚至有教師在日常的跨學(xué)科教學(xué)設(shè)計中開始玩“S、T、E、M”字母拆解和組合拼盤游戲，并以綜合實踐活動課程的形式被展現(xiàn)出來。如小學(xué)數(shù)學(xué)中“度量衡的故事”是《義務(wù)教育數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》第二學(xué)段“綜合與實踐”建議的主題活動之一，在這個主題活動中，部分教師會引導(dǎo)學(xué)生用信息技術(shù)搜索了解計量單位的發(fā)展歷史，在發(fā)展歷史中找尋度量衡的相關(guān)成語，然后再要求學(xué)生用文字、圖畫等方式表達(dá)對度量衡的理解[11]。這個案例是目前中小學(xué)教師常見的跨學(xué)科教學(xué)的形式。如果這個案例是可行的，那么任何教師都是跨學(xué)科教學(xué)的設(shè)計專家，國家也完全沒有必要在新課標(biāo)中慎重地提出用10%課時開展跨學(xué)科主題教學(xué)的要求。

（2）深度欠缺：跨學(xué)科結(jié)合點浮于表象

“跨學(xué)科學(xué)習(xí)”是一種以解決真實問題為核心的深度學(xué)習(xí)方式[12]。當(dāng)主學(xué)科教師在教學(xué)中有關(guān)鍵問題突破受阻時，借用輔助學(xué)科的知識或工具來幫助主學(xué)科構(gòu)建跨學(xué)科結(jié)合點、突破教學(xué)難點，這有助于提升學(xué)生思維的深度。隨時隨地就能開展跨學(xué)科教學(xué)的教師類似于“初生牛犢”，“不怕虎”的本質(zhì)是對“跨學(xué)科教學(xué)”這個未知概念的不了解，他們設(shè)計的跨學(xué)科教學(xué)往往是無深度的學(xué)科跨接。沒有指向深度學(xué)習(xí)的跨學(xué)科教學(xué)，往往都會呈現(xiàn)“跨與不跨一個樣、跨只是為了形式要求”等現(xiàn)象。

（3）協(xié)同缺位：跨學(xué)科教學(xué)實施中的“獨角戲”

好的跨學(xué)科教學(xué)也需要多學(xué)科教師協(xié)同、需要技術(shù)工具支持，STEM語境下有深度的跨學(xué)科教學(xué)往往也需要數(shù)學(xué)和科學(xué)學(xué)科知識作為基礎(chǔ)[13]。跨學(xué)科教學(xué)中鼓勵不同學(xué)科教師協(xié)同備課，學(xué)生實現(xiàn)跨學(xué)科學(xué)習(xí)。分科教師間的協(xié)同不僅有利于豐富教學(xué)內(nèi)容、提升專業(yè)深度，還為學(xué)生提供了多元化的學(xué)習(xí)體驗。在主學(xué)科的教學(xué)過程中，其他學(xué)科教師的參與會帶來新的視角和方法。比如，在政治學(xué)科中對某一選舉事件進行預(yù)測，如果能借助數(shù)學(xué)教師和技術(shù)工具的力量，用數(shù)學(xué)模型建立起選舉預(yù)測工具，必將對政治學(xué)科的教學(xué)產(chǎn)生很大的助力。再如，在高中地理的“地形等高線”一課教學(xué)中，如果能借助信息技術(shù)工具，實時把學(xué)校所在區(qū)域地形的等高線展現(xiàn)在學(xué)生面前，必將極大豐富學(xué)生的課堂。

跨學(xué)科教學(xué)的要義

跨學(xué)科（interdisciplinarity）是指超越單一學(xué)科邊界而進行的涉及兩個或兩個以上學(xué)科的知識創(chuàng)造與傳播活動[14]。兩個或兩個以上學(xué)科之間往往有主輔之分?！翱鐚W(xué)科教學(xué)”絕不是為了迎合新課標(biāo)，犧牲原有分學(xué)科內(nèi)在的知識邏輯價值，把主學(xué)科和輔助學(xué)科的多個知識應(yīng)用當(dāng)作教學(xué)目標(biāo)雜糅在一起。恰恰相反，真正的“跨學(xué)科教學(xué)”是通過建立起學(xué)科與學(xué)科、學(xué)科與生活的內(nèi)在聯(lián)系，從而建構(gòu)出高于原有主學(xué)科育人目標(biāo)的一種教學(xué)思想。在人工智能高速發(fā)展的當(dāng)下，只需要某些學(xué)科常識和簡單學(xué)科技能就能勝任的工作正在消亡。誠如美國心理學(xué)家Howard Garner所言：“倘若一個人不能至少熟稔一門學(xué)科，那他注定要任別人擺布”[15]。

跨學(xué)科教學(xué)打破了單一學(xué)科視角思考問題的局限性，高質(zhì)量的跨學(xué)科教學(xué)一般具有以下三個特征。

1.跨的本質(zhì)需求

當(dāng)在主學(xué)科教學(xué)中有關(guān)鍵問題突破受阻時，此時借用輔學(xué)科的知識或工具來幫助主學(xué)科突破教學(xué)痛點，便體現(xiàn)了跨學(xué)科教學(xué)的根本目的，也是跨學(xué)科教學(xué)的本質(zhì)需求。真正有意義的跨學(xué)科融合不僅能夠幫助學(xué)生在主學(xué)科上取得實質(zhì)性的進步，還能促進他們在輔學(xué)科上的技能提升，實現(xiàn)知識與能力的雙向增長和多維發(fā)展。如在高中物理平拋運動打點實驗中，常規(guī)做法是通過打點計時器記錄物體在不同時間點的位置，然后將這些數(shù)據(jù)點繪制成散點圖。通過觀察這些點，學(xué)生可以大致“看出”物體運動的規(guī)律，但無法深入了解背后的數(shù)學(xué)原理。如果運用輔學(xué)科如數(shù)學(xué)和編程知識對這些散點數(shù)據(jù)進行精確的數(shù)據(jù)分析和數(shù)學(xué)函數(shù)擬合，進而抽象出相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，學(xué)生不僅能更清晰地“認(rèn)識”到隱藏在物理現(xiàn)象背后的定量規(guī)律，從而加深對物理概念的理解，還能實現(xiàn)對物體運動軌跡的精確預(yù)測。當(dāng)學(xué)生具備這種跨學(xué)科思維后，他們就可以借助程序的力量，結(jié)合數(shù)學(xué)模型來驗證自己的想法，這不僅培養(yǎng)了學(xué)生的綜合分析能力和創(chuàng)新實踐能力，還可以提高學(xué)習(xí)的深度和廣度。

2.跨的學(xué)科選擇

跨學(xué)科教學(xué)是一種教育方法，它鼓勵從不同學(xué)科領(lǐng)域汲取知識，并在這些知識之間建立聯(lián)系。美國整合教育委員會提出了一個富有前瞻性的建議：在整合教育的構(gòu)架中，應(yīng)當(dāng)將數(shù)學(xué)和科學(xué)作為核心元素，在它們的基礎(chǔ)上融入技術(shù)和工程學(xué)科，并在實際的應(yīng)用實踐中加強這些學(xué)科之間的聯(lián)系[16]?？鐚W(xué)科教育方法強調(diào)的是知識和創(chuàng)造的互相融合，以及不同學(xué)科間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性。例如，物理化學(xué)、生物化學(xué)和計算機生物學(xué)就是典型的指向基礎(chǔ)學(xué)科領(lǐng)域的跨學(xué)科領(lǐng)域[17][18]。在這些領(lǐng)域中，科學(xué)家可以通過綜合運用物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)及計算科學(xué)等多學(xué)科的理論和實驗手段，來解決傳統(tǒng)單一學(xué)科難以應(yīng)對的復(fù)雜問題。此外，跨學(xué)科教學(xué)也關(guān)注應(yīng)用研究領(lǐng)域的發(fā)展，如環(huán)境法學(xué)和環(huán)境社會學(xué)，這些領(lǐng)域致力于解決與環(huán)境和生態(tài)相關(guān)的現(xiàn)實問題，它們?nèi)诤狭俗匀豢茖W(xué)與社會科學(xué)研究的成果，以形成針對環(huán)境保護、資源管理和社會政策等問題的綜合解決方案。

為了有效解決跨學(xué)科教學(xué)中所遇到的各種問題，教師和學(xué)者們常常傾向于使用具備數(shù)學(xué)建模功能的技術(shù)工具，這是很多跨學(xué)科教學(xué)的常見策略。數(shù)學(xué)建模是一種強大的解決問題的工具，它可以將現(xiàn)實世界中的問題抽象成數(shù)學(xué)表達(dá)式和方程式，通過計算機模擬和算法求解，從而預(yù)測和分析可能的結(jié)果。這種方法在跨學(xué)科研究中極為重要，因為它可以幫助研究者理解不同系統(tǒng)的行為，并對復(fù)雜的自然和社會現(xiàn)象進行定量分析。

3.跨學(xué)科的特征

“跨學(xué)科學(xué)習(xí)”是一種以解決真實問題為核心的深度學(xué)習(xí)方式[19]?？鐚W(xué)科教學(xué)鼓勵學(xué)生將不同學(xué)科的知識和技能結(jié)合起來，以便更全面地理解概念和問題。在這種教學(xué)環(huán)境中，深度學(xué)習(xí)的實現(xiàn)尤為重要，因為它有助于學(xué)生在跨學(xué)科的背景下建立深厚的知識基礎(chǔ)和批判性思維能力?？鐚W(xué)科教學(xué)中體現(xiàn)深度學(xué)習(xí)的首要特征是綜合性：學(xué)生在掌握分學(xué)科的核心概念和理論的基礎(chǔ)上，還需要將這些分學(xué)科知識整合到一起；它的第二個特征是遷移性：跨學(xué)科教學(xué)鼓勵學(xué)生把他們已掌握的知識和技能遷移應(yīng)用到實際生活中，從而創(chuàng)造出新的知識價值，這就要求學(xué)生不僅要理解現(xiàn)有的知識體系，還要能夠在這些體系中建立新的聯(lián)系，從而產(chǎn)生創(chuàng)新的思維和實踐；深度學(xué)習(xí)的第三個特征是它的實踐性：跨學(xué)科教學(xué)往往以主題教學(xué)或項目化教學(xué)的方式出現(xiàn)，2022年版義教新課標(biāo)就明確提到每個學(xué)科都要進行跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)。在跨學(xué)科教學(xué)中，學(xué)生被鼓勵參與項目、實驗和其他實踐活動，這些活動要求他們將分學(xué)科的知識綜合運用到生活中去解決實際問題。

跨學(xué)科教學(xué)中呈現(xiàn)的這些指向深度學(xué)習(xí)的特征共同促進了學(xué)生在不同學(xué)科之間建立聯(lián)系，深化理解，并培養(yǎng)了解決復(fù)雜問題的能力和創(chuàng)新思維。

結(jié) 語

開展跨學(xué)科教學(xué)的前提是“主學(xué)科是否有無法突破的關(guān)鍵問題”，沒有需求的跨學(xué)科教學(xué)是無意義和無必要的。跨學(xué)科教學(xué)能加強知識間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，培養(yǎng)學(xué)生運用多學(xué)科知識協(xié)同解決問題的創(chuàng)新思維?？鐚W(xué)科教學(xué)是中小學(xué)教育的“必修課”，但不是全部；是學(xué)生經(jīng)歷跨學(xué)科學(xué)習(xí)，但教師可以邀請多學(xué)科教師協(xié)同。我們應(yīng)該擯棄非良構(gòu)的跨學(xué)科教學(xué)D/1tMMpkHtXv8h/7kTZKqw==，把跨學(xué)科教學(xué)方法用好用深。

注：本文系2024年度浙江省教育信息化研究課題“數(shù)字化賦能跨學(xué)科教學(xué)：要義、設(shè)計與實踐研究”（課題批準(zhǔn)號：2024ETC040）的研究成果

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