以科學(xué)教育跨學(xué)科概念為載體設(shè)計與開展跨學(xué)科學(xué)習(xí)

2022 年，教育部印發(fā)義務(wù)教育課程方案和課程標(biāo)準(zhǔn)（2022 年版），明確提出“推進(jìn)綜合學(xué)習(xí)”，“強(qiáng)化學(xué)科內(nèi)知識整合，統(tǒng)籌設(shè)計綜合課程和跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)”。但從我國基層學(xué)校目前的實施現(xiàn)狀看，學(xué)科內(nèi)知識整合與跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)受主流學(xué)科考試科目和招生評價方式的限制，真正落實的相對較少；綜合課程則由于在2001 年《義務(wù)教育課程設(shè)置實驗方案》中提出了“設(shè)置綜合課程”“增設(shè)綜合實踐活動”，因此得以部分實施落地。

跨學(xué)科學(xué)習(xí)內(nèi)容的選擇是跨學(xué)科學(xué)習(xí)實施的關(guān)鍵一步，但是由于教學(xué)資源不足、教學(xué)內(nèi)容整合難度大、專業(yè)師資匱乏等原因，綜合實踐活動課程的實施往往呈現(xiàn)出“有活動、無知識”的現(xiàn)象，難以產(chǎn)生深度學(xué)習(xí)；而學(xué)科內(nèi)整合學(xué)習(xí)和目前的跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)多以某學(xué)科中的某一具體知識點為主，在深度上以其他學(xué)科內(nèi)容作為問題背景呈現(xiàn)而缺乏思想方法的整合，存在廣度的窄化和深度的泛化的問題。

科學(xué)學(xué)科是創(chuàng)新素養(yǎng)培養(yǎng)的最好載體之一，也是典型的跨學(xué)科綜合學(xué)習(xí)?！读x務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022 年版）》首次增加了“系統(tǒng)與模型”“物質(zhì)與能量”“結(jié)構(gòu)與功能”“穩(wěn)定與變化”4 個跨學(xué)科概念，如何理解這4 個跨學(xué)科概念？如何在小學(xué)、初中乃至高中的不同學(xué)段以跨學(xué)科概念統(tǒng)領(lǐng)科學(xué)教育，開展跨學(xué)科學(xué)習(xí)？帶著這些問題，筆者從實踐研究的出發(fā)點進(jìn)行了文獻(xiàn)調(diào)研并基于工作實踐提出了一些想法和建議。

基礎(chǔ)教育領(lǐng)域跨學(xué)科研究現(xiàn)狀

在中國知網(wǎng)上以“跨學(xué)科”為關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索，聚焦“中等教育”，可以檢索到723 篇文獻(xiàn)，分析發(fā)現(xiàn)，其研究熱度與國家高中新課程方案的發(fā)布有非常緊密的聯(lián)系，2020年之后發(fā)表的文獻(xiàn)呈現(xiàn)了突飛猛進(jìn)的增長趨勢，2020—2022 年發(fā)表的文獻(xiàn)高達(dá)375 篇。

在文獻(xiàn)內(nèi)容分析上，除了對于跨學(xué)科理論研究外，更多是從實踐層面對于跨學(xué)科教學(xué)的實踐研究。比如在中等教育領(lǐng)域，被引次數(shù)超過50 次的共有4 篇論文，其中2 篇是綜合性研究論文，包括《基于中小學(xué)課程整合的創(chuàng)客式教學(xué)模式構(gòu)建》和《我國STEM 教育生態(tài)系統(tǒng)與發(fā)展路徑研究——基于美國開展STEM 教育經(jīng)驗的啟示》，另外2篇則分別是從跨學(xué)科角度對于高中地理和高中英語的教學(xué)資源整合案例和教材分析。

根據(jù)郭華[1] 對跨學(xué)科學(xué)習(xí)分類的概述，跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)可以分為兩個維度，一個是根據(jù)知識在跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)中的地位劃分，大致分為“運用知識以解決復(fù)雜問題”和“利用跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)知識”兩類；第二個維度是根據(jù)實踐操作的主導(dǎo)學(xué)科劃分，可分為“單學(xué)科主導(dǎo)的跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)”與“多學(xué)科主導(dǎo)的跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)”兩種類型。

借鑒上述分類思路，筆者對目前已經(jīng)發(fā)表的研究文獻(xiàn)進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)，大部分已經(jīng)發(fā)表的中等教育領(lǐng)域的跨學(xué)科應(yīng)用案例仍是以單學(xué)科如地理、生物、英語等學(xué)科主導(dǎo)的跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)，也有少部分案例涉及到多學(xué)科主導(dǎo)的跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)，集中在綜合實踐活動、地方或校本課程等學(xué)校自主性強(qiáng)、靈活度較高的領(lǐng)域，以及STEM 課程、項目式學(xué)習(xí)、創(chuàng)客教育等新型教育理念和方式的應(yīng)用與實踐上。

可以看出2022 年版科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)對于跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)的側(cè)重均在于“運用知識以解決復(fù)雜問題”和“單學(xué)科主導(dǎo)的跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)”，因此已發(fā)表文獻(xiàn)中以這兩個方面的案例為主亦不足為奇，這也是核心素養(yǎng)導(dǎo)向的教育改革的要求和目前分科教學(xué)現(xiàn)實情況下的必然結(jié)果。

科學(xué)教育中跨學(xué)科概念的研究和實踐現(xiàn)狀

在以“跨學(xué)科”為關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索的基礎(chǔ)上，筆者進(jìn)一步對科學(xué)課程的4 個跨學(xué)科概念的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了文獻(xiàn)調(diào)研。以“科學(xué)”和“跨學(xué)科概念”組合進(jìn)行相對精確的檢索，可以檢索到211 篇文獻(xiàn)。對文獻(xiàn)內(nèi)容[2-4] 分析發(fā)現(xiàn)，以理論研究為主，包括如何進(jìn)行跨學(xué)科概念課程設(shè)計，以及從不同角度對科學(xué)跨學(xué)科概念進(jìn)行分析、解讀和國際比較研究等。畢竟跨學(xué)科概念是個新生事物，基層教師對其尚處于理解、吸收階段，應(yīng)用于教學(xué)實踐尚待時日。

也有部分研究者和實踐者開始進(jìn)一步探討4 個跨學(xué)科概念的內(nèi)涵和應(yīng)用，而對于“物質(zhì)與能量”和“結(jié)構(gòu)與功能”的實踐案例最多，“系統(tǒng)與模型”和“穩(wěn)定與變化”則相對較少。比如多位研究者對于生命科學(xué)領(lǐng)域基于“物質(zhì)與能量”“結(jié)構(gòu)與功能”概念形成的教學(xué)過程和案例進(jìn)行了研究實踐，還有研究者對“穩(wěn)定與變化”在物理學(xué)科中跨年級、多層次問題中的應(yīng)用[5] 進(jìn)行了闡述。

盡管新版科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)專家對于4 個跨學(xué)科概念的內(nèi)涵進(jìn)行了解讀和闡釋，也對于跨學(xué)科實踐給出了成熟的參考案例，但是從教師到學(xué)生依然習(xí)慣于基于各學(xué)科知識理解和應(yīng)用學(xué)科基本概念，對跨學(xué)科概念融入教學(xué)中的研究仍處于初步探索階段，缺乏系統(tǒng)且行之有效的教學(xué)策略，有關(guān)跨學(xué)科概念教學(xué)的具體案例示范及研究仍有待完善。

基于跨學(xué)科概念開展科學(xué)教育的思考與建議

美國《K—12 科學(xué)教育框架》[6] 提到，我們往往認(rèn)為學(xué)生會在沒有明確指導(dǎo)的情況下自己把這些跨學(xué)科概念建構(gòu)起來。但是實際上對于學(xué)生來說，如果不是高頻次、經(jīng)常性地接觸特定問題，他們很難把各個不同學(xué)科和學(xué)段的問題聯(lián)系起來，自發(fā)形成跨學(xué)科概念。這就需要在不同學(xué)段的教學(xué)中根據(jù)學(xué)生學(xué)業(yè)水平的不同，設(shè)置基于真實情境的綜合任務(wù)，讓學(xué)生反復(fù)應(yīng)用并最終固化跨學(xué)科概念，使之能夠在未來真正應(yīng)用到實際問題的解決中。

基于上述思考與工作實踐，筆者對于通過微課題研究發(fā)展學(xué)生科學(xué)領(lǐng)域的跨學(xué)科概念提出幾點建議。

科技微課題研究是非常適合發(fā)展學(xué)生跨學(xué)科概念的載體

目前我國大部分地區(qū)僅在小學(xué)階段開設(shè)科學(xué)課程，進(jìn)入初中階段即以分科教學(xué)的形式進(jìn)行科學(xué)內(nèi)容教學(xué)，這固然能夠讓學(xué)生對各學(xué)科有更加深刻的認(rèn)識，卻使得學(xué)生對于小學(xué)階段剛剛形成的跨學(xué)科概念的理解開始分裂，容易限制在某個學(xué)科范圍內(nèi)。在目前分科教學(xué)依然是大趨勢的背景下，基于跨學(xué)科概念設(shè)計并開展科技微課題研究，是發(fā)展學(xué)生跨學(xué)科概念的良好載體。因為科技微課題研究不僅是某學(xué)科知識的學(xué)習(xí)，更主要是以真實任務(wù)的形式展開，要求學(xué)生綜合運用各學(xué)科知識解決一個真正的問題，是真正的跨學(xué)科實踐。同時在具體的實施方式上，也可以與綜合實踐活動、勞動教育等統(tǒng)籌安排，易于在中學(xué)落地實施。

發(fā)展學(xué)生跨學(xué)科概念的科技微課題研究的主題內(nèi)容需要甄選

為了讓學(xué)生加深對前沿科技與生活實際的聯(lián)系，可以選擇關(guān)乎國計民生的重大科技成果，結(jié)合社會性科學(xué)議題設(shè)計微課題研究主題，并在活動目標(biāo)中提煉出其中蘊含的科學(xué)概念，發(fā)展科學(xué)概念。在具體課題任務(wù)設(shè)計上，不能是簡單的科普知識，也不能限定于某具體學(xué)科的單一實驗操作，要盡量圍繞跨學(xué)科的真實情境設(shè)計系列活動或任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生逐步利用所學(xué)知識解決、完成。

發(fā)展學(xué)生跨學(xué)科概念的科技微課題研究的實施過程需要系統(tǒng)設(shè)計

針對科學(xué)課程的4 個跨學(xué)科概念，不同學(xué)段學(xué)生的理解能力是不同的，要根據(jù)學(xué)生的不同身心特點和知識基礎(chǔ)設(shè)計不同層次的任務(wù)。對于小學(xué)階段的學(xué)生，跨學(xué)科概念要能夠引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識、解釋常見的生活現(xiàn)象，激發(fā)學(xué)生對科學(xué)的好奇心和興趣，比如觀察動植物在四季的生長變化，體會“穩(wěn)定與變化”的相對性等。對于初中階段的學(xué)生，具備了一定的科學(xué)知識后，要設(shè)計相對復(fù)雜的任務(wù)使之進(jìn)一步理解并嘗試應(yīng)用跨學(xué)科概念，比如搭建火星基地的活動，引導(dǎo)學(xué)生在實際考慮火星溫度、地勢、氣候等特點選材制作火星基地模型的過程中發(fā)展“系統(tǒng)與模型”“穩(wěn)定與變化”等跨學(xué)科概念。而到了高中階段，則可以設(shè)計更加真實的綜合任務(wù)讓學(xué)生嘗試運用跨學(xué)科概念解決真實問題，如“FAST 射電望遠(yuǎn)鏡的設(shè)計與模型制作”等，以真正的中國當(dāng)代科學(xué)大工程為模型，引導(dǎo)學(xué)生從“系統(tǒng)與模型的關(guān)系：模型能更清晰地反映系統(tǒng)的特征”這一角度實際計算、設(shè)計與制作模型；還可以通過納米材料結(jié)構(gòu)模型的制作活動，讓學(xué)生了解納米物質(zhì)這種先進(jìn)材料系統(tǒng)的典型特征等。

結(jié)語

雖然目前國家僅出臺了義務(wù)教育階段科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)并明確提出了跨學(xué)科概念，但其實高中科學(xué)類課程如物理、化學(xué)、生物、地理課程中也包含了大量與“系統(tǒng)與模型”“物質(zhì)與能量”“結(jié)構(gòu)與功能”“穩(wěn)定與變化”跨學(xué)科概念相關(guān)的核心概念。因此，合理設(shè)計科技微課題研究項目，制訂不同學(xué)段的跨學(xué)科概念培養(yǎng)目標(biāo)，有利于學(xué)生融會貫通掌握科學(xué)思維與科學(xué)方法，并進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生在遇到真實問題時能夠充分調(diào)用所學(xué)所有知識解決實際問題的能力。

參考文獻(xiàn)

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[6] National Research Council. A Frame work for K-12 Science Education： Practices， Crosscutting Concepts， and Core Ideas[M]，Washington， D.C.： The National Academies Press， 2011.

（本文為北京市教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2023 年度一般課題“核心素養(yǎng)導(dǎo)向的科學(xué)盒子綜合學(xué)習(xí)活動的設(shè)計與實施”（3097-0051）的階段性成果）