科学课程跨学科概念内涵、内容范畴及教学实践建议

孔繁成

摘要：《义务教育科学课程标准（2022年版）》提出通过对13个学科核心概念的学习，理解物质与能量等4个跨学科概念，而对跨学科概念未做任何阐释，给教师的教学设计和教学实践带来较大困惑。本研究对跨学科概念的内涵和定义、内容范畴进行解读，并提出参透跨学科概念内涵，厘清跨学科概念和核心概念及其具体内容之间的逻辑关系，以及将跨学科概念的教学融入到核心概念的教学和实践中，联系生活实际，创设真实体验情境组织跨学科教学等教学建议，将其作为教师教学实践的参考。

关键词：跨学科概念；内容范畴；教学实践建议

《义务教育科学课程标准（2022年版）》规定了学生必须掌握13个学科核心概念，并通过学习这些科学核心课程内容理解系统与模型等4个跨学科概念。然而，它没有对跨学科概念做任何界定，这为教师的教学设计和教学实践带来较大困惑。因此，对跨学科概念的的内涵和定义、内容范畴进行分析，对如何进行教学实践提出建议非常必要。

一、跨学科概念的内涵和定义

2011年，美国国家研究理事会（NRC）发布《K-12科学教育框架：实践、跨学科概念和核心概念》（以下简称“K-12科学教育框架”）将跨学科概念、实践、学科核心概念确定为科学学习的三个维度。加拿大、澳大利亚、新加坡等国家也将科学课程的关注点指向跨学科概念，同时引发我国教育领域专家和学者的广泛关注与研究热情，因为跨学科研究是解决世界重大科学和社会难题的重要通道。为了阐述清楚跨学科概念定义，笔者首先分析它的内涵。

（一） 跨学科概念内涵解读

跨学科概念之所以被广泛重视，可以从两个方面解读。一方面，“跨学科概念”的特有价值是它为学生提供了在不同领域跨学科内容之间建立联系和思考工具，也就是通过跨学科概念可以更好地理解和掌握不同领域的学科和学科之间概念、原理、思想方法和内容之间的逻辑关系，理解和把握跨领域学习内容之间的互通性认知，也可以帮助学生丰富跨学科概念在科学探究和实践应用中对科学核心概念的理解。跨学科概念常常联结多个领域的学科核心概念，是和学科核心概念同等级的知识概念。另一方面，学科核心概念、跨学科概念、实践被确定为科学学习的三个维度，形成一個立体、多维的学习内容结构，互相依存、相互支撑。“学科核心概念”由物质科学等四大领域的核心概念组成，形成了科学课程的核心内容；“跨学科概念”是学生通过学习多个学科核心概念之后生成的综合概念，是科学教育四大领域的核心概念被融通、升华之后生成的联结多个核心概念的具有横向视角与核心概念同级的科学概念；“实践”是学生整合学科核心概念和跨学科概念模拟解决社会、经济、政治、军事、科技和生活诸多问题的实践维度。跨学科概念不是孤立存在的科学学习维度，必须结合科学核心概念维度和科学实践维度，才能体现它特有的价值。否则，跨学科概念将成为无本之木、无源之水。

（二） 跨学科概念是什么

我国2022年版科学课程标准和2017年版高中物理、化学等理科课程标准都没有明确说明跨学科概念是什么。因此，要明晰跨学科概念，还是要回到提出跨学科概念的起点处寻找答案。美国科学促进协会在出版的《科学素养的基准》一书中强调：数学家、科学家和工程师们常常用到的一些很有影响力的概念，（这些概念）并不是某个学科或者某个领域所特有的智慧财富。这些通用概念确实只是一种思维方式，而不是理论或者发现。K-12科学教育框架提出了“跨学科概念”，并指出跨学科概念是那些在所有领域都有所运用的主要概念，它们提供了一种联系所有学科的方法。加拿大安大略省的科学课程标准认为，跨学科概念是指那些获得所有的科学技术知识所需要的、最关键的一些要点，是构建知识框架中的支点，能够为获得更多更深的知识提供支持。澳大利亚的科学课程标准认为，跨学科概念代表了科学观点的关键方面，跨越了科学学科的知识和理解。新加坡的小学科学纲要认为，跨学科概念与日常生活和自然界的常见现象相关，涵盖了科学学科的核心概念，不同跨学科概念之间的联系将有助于科学概念整合。

可见，这几个国家关于“跨学科概念”的表述虽有差异，但就内涵来讲具有一致性。综上可以界定，跨学科概念是指科学教育所涵盖的所有教学内容都可能关联的几个共通的重要概念，它逾越了学科的边界，学生在科学课程的学习中，可以将学习内容各个部分的学科核心概念联结起来，形成一个彼此融通的整体，以新的横向视角看待科学和社会，对科学和社会形成客观而整体的认识。所谓“科学教育所涵盖的所有教学内容都可能关联的几个共通的重要概念”是指科学教育四大领域都涉及的共通概念，例如“物质与能量、稳定与变化”这两个跨学科概念既是“物质的结构与性质” 和“物质的变化与化学反应”这两个核心概念的跨学科概念，又是“生物体的稳态与调节”“生物与环境关系”这两个核心概念的跨学科概念，这两个跨学科概念涉及了物质科学领域和生命科学领域。所谓“将学习内容各个部分的学科核心概念联结起来，形成一个彼此融通的整体”，是指通过科学课程中13个核心概念的学习形成了涵盖四大科学领域融通的、去除了各自领域特质的中性观念。

二、跨学科概念的内容范畴

“跨学科概念”是学生经历诸多学科核心概念学习之后生成的同阶知识概念，属于科学观念范畴，是物质科学等四大领域核心概念被融通、升华之后生成的综合概念。

（一）美、澳、加、新四国有关跨学科概念的内容范畴

美国科学课程标准阐明跨学科概念包含九个模块：模式，原因和结果，规模、比例和数量，系统和系统模型，能量，物质，结构和功能，稳定和变化、循环。加拿大科学课程标准把跨学科概念的内容范畴界定为：系统和系统模型，物质，能量，结构和功能，稳定和变化，可持续发展和管理。澳大利亚科学课程标准将跨学科概念的内容范畴界定为：模式，规模、比例和数量，系统和系统模型，物质，能量，结构和功能，稳定和变化。新加坡科学课程标准将跨学科概念内容范畴界定为：系统和系统模型，能量，多样性，循环，相互作用。

通过比较和分析，可以发现：“系统与系统模型”“能量”这两个跨学科概念是这四个国家科学课程标准都认同的；“物质”“结构与功能”“稳定与变化”三个跨学科概念是美、澳、加三个国家科学课程标准所首肯的；而其他的跨学科概念各个国家各有不同。

（二）我国有关跨学科概念的内容范畴

我国在2017年版高中物理、生物等理科课程标准修订中，首次引入跨学科概念，确立了物质与能量，结构与功能，稳定与变化，原因和结果，规模、比例和数量，模式，系统与系统模型等7个跨学科概念，主要是将跨学科理念融入教学内容中。《义务教育科学课程标准（2022年版）》首次增加了物质与能量、结构与功能、系统与模型、稳定与变化4个跨学科概念，但对于跨学科概念的具体学习内容、内容要求和学业质量没有提出要求，原因是受课程总课时限制，而设置目的是希望学生在教师的引领下，通过13个核心概念的学习逐步理解跨学科概念。《义务教育科学课程标准（2022年版）解读》在界定了物质与能量、结构与功能、稳定与变化、系统与模型4个跨学科概念基本定义的基础上，列出了跨学科概念的学习内容（如表1）。

三、教学实践建议

教师把握好跨学科概念的基本定义和相关学习内容是实现教学目标的前提和基础，而理解跨学科概念的精髓和掌握正确的教学策略方法才是实现教学目标的关键。

（一）参透跨学科概念内涵，厘清跨学科概念和核心概念及其具体内容之间的逻辑关系

跨学科概念超越了学科的界限，为学生提供了在不同领域跨学科内容之间建立联系和思考的工具，有利于学生理解核心概念的内涵。通过跨学科概念学生可以更好地理解和掌握不同领域的学科与学科之间概念、原理、思想方法和内容之间的逻辑关系，理解和把握跨领域学习内容之间的互通性认知，形成将不同领域的学习内容建立起互通联系的思考方法，这就是跨学科概念教学的精髓。一个跨学科概念常常联结多个学科核心概念，学生只有经历学懂弄通多个学科核心概念内涵的学习，才能形成跨学科概念。学生参悟到这些道理，就能够将各个学科间的内容联系起来，形成一个相互联系的整体，从而对科学世界形成整体的、正确的认识。教师在教学设计之前必须深入理解跨学科概念所具有的共通性，参透跨学科概念的内涵，厘清跨学科概念的教學内容与多个学科核心概念的学习内容，以及与具体学习内容要求之间的联结点、逻辑关系、互通性认知，这样设计教学活动就游刃有余了。

例如，“物质的流动与循环伴有能量的转移与转化，能量的转移与转化驱动物质的流动与循环”这一教学内容看似很抽象，但学生如果和某一个领域具体的教学内容结合起来理解就很容易懂。它既是“物质与能量”这个跨学科概念的学习内容，又是其关键教学点，教师理解了这一点就可以顺利地设计教学活动。

（二）将跨学科概念的教学融入到核心概念的教学和实践中

跨学科概念虽然有独特的内涵和外延，但不是孤立存在的普通知识概念，而是学生经历核心概念学习和科学实践之后形成的知识层级概念，离开了核心概念和实践它将失去其特有的根基。究其原因在于跨学科概念是从横向视角旁观科学，是把多个核心概念所共有的次位概念综合以后才形成的一个跨学科概念。因此，跨学科概念的教学必须结合到核心概念的常规教学和科学实践中，跨学科概念的教学才有生命力。

例如，指导学生理解“结构与功能”，仅仅教授学生“物质有什么样的结构就有什么样的功能”，学生会觉得很抽象，不容易理解。但是教学中教师通过具体的事例，学生就会逐渐理解这句话的含义：食蚁兽就是因为有长长尖尖的嘴和舌，才能吃到蚂蚁穴中的蚂蚁；鹤、白鹭等水禽正是有细细长长的腿，才能在沼泽地里面找到鱼虾为食；石墨和金刚石虽然是碳元素组成的同素异型体，但石墨原子因为构成正六边形的平面结构，呈片状，所以质软，易导电、导热、耐高温、润滑，而金刚石因为原子间是立体的正四面体结构，因此是自然界中天然存在的最坚硬的物质，耐高温、导热、不导电。

（三）联系生活实际，创设真实体验情境组织跨学科教学

在科学核心概念教学中一般不会直接涉及跨学科概念，一部分教师为了保证跨学科概念教学的立竿见影效果，就会试图在核心概念教学中通过重复使用跨学科概念和强化记忆的方法向学生告知跨学科概念的存在，这种方法是不可行的。跨学科概念的理解和构建需要通过多个核心概念学习之后才能形成，这一学习过程必须联系学生的生活实际，以学生熟悉的事例和实践过程为基点，引领学生感悟生成；必须引导学生在真实体验的情境中，结合自身体验，逐渐感悟、积累、提炼习得，仅仅依靠直接传授、填鸭式教学难以奏效。

例如，“稳定与变化”这个相对抽象、枯燥难懂的跨学科概念，教师就可以引导学生通过感知自身的身体生长变化现象来理解：每个学生每天都在吃饭、运动、学习、睡觉，他们的身高、体重、机体功能每天都在慢慢向成熟方向变化，但每个学生每天身体状态又保持着看似“没有变化”的稳定状态，因为他们身体的变化只有经过一段时间之后才能有比较明显的变化显现，这就是变化中的稳定和稳定中的变化，也就是动态平衡。学生如果能够理解了这些身体变化特点，就会比较好地理解“稳定与变化”这个跨学科概念。教师在指导学生理解“稳定与变化”这一跨学科概念时，一方面依托“生命系统的构成层次”“生物体的稳态与调节”这两个核心概念，另一方面联系生活实际，创设学生真实体验的学习情境，达成了教学目的。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部. 义务教育科学课程标准（2022年版）[S].北京：北京师范大学出版社，2022.

[2] 李瑞雪，王健. 美国科学课程中的跨学科概念：演进、实践及启示[J]. 外国教育研究，2021（4）.

[3]罗涵.钱学森、钱三强、钱伟长谈发展交叉科学[J].管理现代化，1985（6）.

[4]美国科学促进会著，中国科学技术协会译.科学素养的基准[M].北京：科学普及出版社，2001.

[5]胡卫平，刘守印.义务教育科学课程标准（2022年版）解读[M].北京：高等教育出版社，2022.

（责任编辑：杨强）