跨學科科學教育：動因、理論與實踐

跨學科科學教育

跨學科科學教育是培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)、創(chuàng)新思維與問題解決能力的有效途徑，也是適應(yīng)未來社會需求的必然選擇。本期專題以跨學科科學教育為主題，圍繞3種類型的跨學科課程，通過理論探討與實踐案例分析，深入探討初中化學、生物學、物理、地理、歷史等學科間的融合與互動，為科技教育工作者在跨學科課程設(shè)計與實踐方面提供參考。

跨學科科學教育，作為科學教育領(lǐng)域的一種新興范式，旨在打破傳統(tǒng)學科壁壘，通過不同學科間的有機融合，引導學生構(gòu)建全面系統(tǒng)的知識體系，并發(fā)展適應(yīng)未來社會需求的綜合性能力。本文旨在探討跨學科科學教育發(fā)展動因、理論內(nèi)涵與實踐類型，以期為科學教育的改革與創(chuàng)新提供理論依據(jù)與實踐指導。

跨學科科學教育的發(fā)展動因

黨的二十屆三中全會強調(diào)“統(tǒng)籌推進教育科技人才體制機制一體改革”。作為教育科技人才工作的關(guān)鍵連接點，科學教育對于提升學生科學素養(yǎng)、培養(yǎng)創(chuàng)新人才、促進科技創(chuàng)新意義重大。其內(nèi)涵不應(yīng)僅僅局限于向?qū)W生傳輸基礎(chǔ)的知識內(nèi)容，更為重要的是著力于引導學生靈活運用所學知識，全方位培養(yǎng)學生解決實際問題的能力、創(chuàng)新性思維能力，以及深入理解周圍世界的認知能力[1]。因此，為確保知識能夠在多元且復雜的科學實踐場景中得以有效運用，以科學教育為關(guān)鍵著力點，優(yōu)化教育教學方式，構(gòu)建全面系統(tǒng)的知識能力體系已成為廣泛共識。

教育部印發(fā)的《義務(wù)教育課程方案（2022年版）》高度重視跨學科教學的重要意義，積極倡導各學科領(lǐng)域大力開展跨學科學習活動，并明確規(guī)定“各門課程用不少于10%的課時設(shè)計跨學科主題學習”。其核心目的在于借助跨學科教學內(nèi)容的有機滲透，切實提升學生的高階思維能力，為教育強國和人才強國構(gòu)筑智力基石。同時印發(fā)的《義務(wù)教育科學課程標準（2022年版）》進一步提出科學學科的4大跨學科概念，作為對學科核心概念的深度拓展與升華性理解維度。由此可見，科學教育從碎片化、孤立性及脫離實際情境的知識傳授模式逐步向融合性、整體性且注重實踐的跨學科教學模式轉(zhuǎn)型勢在必行。

因此，科學教育的發(fā)展路徑亟須從單一學科導向的事實性知識習得模式，向跨學科導向的綜合素養(yǎng)培育模式進行根本性轉(zhuǎn)變。

跨學科科學教育的理論內(nèi)涵

在我國現(xiàn)行的科學教育架構(gòu)中，小學階段的科學教育主要采用綜合科學課程的形式，中學階段則主要通過物理、化學、生物學的分科形式實現(xiàn)自然科學學科的教學。然而，無論在哪個階段，科學教育的根本目的始終聚焦于全面提升受教育者的科學素養(yǎng)，涵蓋科學知識累積、科學本質(zhì)理解、科學思維方式培育、運用科學知識與技能解決實際問題的能力，以及科學精神、科學態(tài)度與價值觀塑造[2]?？茖W素養(yǎng)所展現(xiàn)的綜合性與社會性特質(zhì)，為跨學科科學教育的實現(xiàn)奠定了堅實基礎(chǔ)?？鐚W科科學教育的內(nèi)涵主要體現(xiàn)在課程觀、活動觀及學習觀3個維度。

跨學科科學教育的課程觀

在課程觀層面，跨學科科學教育并非將各學科的知識進行簡單機械的疊加，而是基于科學學科課程，通過學科間的滲透融合，推動課程的綜合化與實踐化。其課程設(shè)計旨在突破傳統(tǒng)學科壁壘，通過跨學科主題將不同學科的知識與技能有機融合，構(gòu)建出完整系統(tǒng)的科學知識體系。在這一過程中，課程設(shè)計者需要充分考慮學科間的內(nèi)在聯(lián)系與互補性，確?？鐚W科主題的選取能夠涵蓋多個學科的關(guān)鍵概念與核心技能。課程內(nèi)容應(yīng)緊密聯(lián)系學生的生活經(jīng)驗與社會現(xiàn)實，既符合認知發(fā)展規(guī)律，忠實于教材中的邏輯結(jié)構(gòu)，又能夠回應(yīng)社會的需求。同時，課程設(shè)計還鼓勵學校根據(jù)自身教學特色和學生實際學情，對國家課程進行校本化改造，以實現(xiàn)課程內(nèi)容的創(chuàng)新與重構(gòu)。

跨學科科學教育的活動觀

在活動觀層面，跨學科科學教育將主題學習視為一種由特定主題引領(lǐng)，并融合多學科知識的學習過程。這種學習模式以某一科學領(lǐng)域的核心內(nèi)容為基礎(chǔ)，圍繞選定的主題與其他相關(guān)學科進行深入整合，構(gòu)建出綜合性的活動框架。整個活動設(shè)計強調(diào)學習內(nèi)容與具體情境或現(xiàn)實生活的緊密聯(lián)系，鼓勵學生面對復雜情境時能夠應(yīng)用所學知識解決實際問題。為了實現(xiàn)這一目標，跨學科科學教育中的表現(xiàn)性活動被融入到學生的學習過程中。具有情境性的跨學科科學教育活動不僅能幫助學生發(fā)現(xiàn)自身的優(yōu)勢與不足，還能讓教師通過對學生表現(xiàn)的觀察進行多元化的、發(fā)展性的評價，以此激發(fā)學生潛能，增強他們的學習興趣和信心。

跨學科科學教育的學習觀

在學習觀層面，跨學科科學教育強調(diào)將科學知識與學生的個人經(jīng)驗相結(jié)合，通過主題化學習方式實現(xiàn)不同學科知識與方法的融會貫通。這種學習觀反對簡單地否定知識、輕視知識或?qū)⒅R與素養(yǎng)極端對立起來的觀點，認為這樣的態(tài)度會破壞知識學習與學生發(fā)展的內(nèi)在聯(lián)系。相反，它主張以辯證的態(tài)度看待知識學習與學生素養(yǎng)發(fā)展之間的關(guān)系，認識到二者是相輔相成、不可分割的整體。為此，跨學科科學教育需要打破傳統(tǒng)教學中以單一學科知識為核心的教學模式，引導學生從更宏觀的角度理解科學現(xiàn)象及其背后的原理。通過這種方式，跨學科科學教育不僅促進了學生對于科學世界的全面理解，也為其提供豐富多元的成長機會，有助于學生成為具備批判性思維能力和創(chuàng)新能力的新時代人才。

跨學科科學教育的實踐類型

跨學科科學教育實踐具有3個層次的價值，首先是基于現(xiàn)有學科框架進行深化研究；其次是填補因缺乏關(guān)注而產(chǎn)生的知識空白；最終是當知識積累達到臨界質(zhì)量時，形成新的知識空間并重塑原有學科邊界。根據(jù)這3個層次，跨學科科學教育實踐可以分為單學科延展型、多學科整合型和學科群協(xié)同型3類。

單學科延展型跨學科科學課程

單學科延展型跨學科科學課程以科學教育的某一核心學科為基石構(gòu)建主題單元，其主題與目標的設(shè)定緊密圍繞該主學科的知識體系、技能要點、思想脈絡(luò)及方法應(yīng)用展開[3]。教學活動規(guī)劃與評價體系構(gòu)建同樣立足于主學科的目標立場與教學導向，通過主動探尋與其他學科的關(guān)聯(lián)節(jié)點踐行跨學科教學理念。此類課程以特定主學科為軸心，借助對該學科知識內(nèi)容的拓展延伸，引入其他學科的相關(guān)元素，構(gòu)建起多學科知識的“聯(lián)合體”，并以并列形式組織學習內(nèi)容。盡管涉及多學科觀念與方法的融合運用，但仍能清晰界定主學科的范疇與邊界。

單學科延展型課程常采用講授法、討論法、演示法、探究法等經(jīng)典教學手段。講授法通過系統(tǒng)且深入的主學科知識講解，引導學生逐步構(gòu)建起科學知識認知架構(gòu)，明晰科學知識的內(nèi)在邏輯。討論法聚焦于學生對主學科核心概念的理解與內(nèi)化，通過激發(fā)學生進行邏輯推理、分析綜合、抽象概括等思維活動，引發(fā)學生的思維碰撞，促使其從多元視角審視學科知識，培養(yǎng)其獨立思考與批判性思維素養(yǎng)。演示法以直觀的形式呈現(xiàn)抽象知識，助力學生理解，實驗教學、案例剖析等活動能夠促使學生將理論知識與實踐操作相融合，在實踐中提升動手能力與解決實際問題的能力。探究法著重培養(yǎng)學生的自主探索精神與問題解決能力，使其在主動探究過程中深化對學科知識的理解，將態(tài)度責任的涵養(yǎng)貫穿于整個教學流程，注重培育學生嚴謹治學的科學態(tài)度、對科學真理的不懈追求精神，以及對科學研究的敬畏與擔當意識。

多學科整合型跨學科科學課程

多學科整合型跨學科科學課程高度注重多個具有內(nèi)在關(guān)聯(lián)性學科之間的主題特征交融共享，通常在理科或文科內(nèi)部展開學科交叉與深度整合，相較于單學科延展型課程，其學科間的聯(lián)系更為緊密。該課程類型將單元主題的完整性置于重要地位，通過多學科協(xié)同合作，共同攻克一個復雜問題，為學生營造更為全面、深入且系統(tǒng)的學習體驗環(huán)境。在此過程中，跨學科教學實現(xiàn)了學科關(guān)系的優(yōu)化協(xié)調(diào)與相互依存，以主題或交叉概念為紐帶整合課程內(nèi)容，既完好保留各學科的特色，又著重突出運用綜合知識體系解決真實情境下復雜問題的核心能力，促使學科邊界逐漸模糊化，達成學科之間的協(xié)同創(chuàng)新，精準指向跨學科概念、大問題、大任務(wù)等的深度探究實踐。

多學科整合型課程的教學模式主要涵蓋以下兩大路徑。其一，以STEM教育理念為指引實現(xiàn)學習的“跨學科性”拓展，或借助STEM教育模式開發(fā)出眾多創(chuàng)新型教學模式。STEM教育高度強調(diào)科學、技術(shù)、工程和數(shù)學的深度融合，引領(lǐng)學生在解決科學實際問題的實踐過程中綜合運用多學科知識，著力培育創(chuàng)新思維與實踐操作能力[4]。其二，在基礎(chǔ)教育階段靈活運用不同類型的教學模式推進跨學科教學實施，諸如主題式教學模式、項目式教學模式、問題式教學模式、5E教學模式等。這些教學模式均秉持以學生為中心的教育理念，通過創(chuàng)設(shè)真實情境、提出問題或項目任務(wù)等方式，充分激發(fā)學生的學習興趣與主觀能動性，引導學生自主探索、合作學習，在解決問題的動態(tài)過程中達成多學科知識的有機整合與高效運用。在整個學習過程中，學生借助多學科視角對同一主題的深度探究，構(gòu)建起更為全面、系統(tǒng)且動態(tài)的科學觀念體系，領(lǐng)悟不同學科知識在解決復雜實際問題進程中的內(nèi)在邏輯關(guān)聯(lián)；通過多學科知識的深度整合與綜合運用，全方位鍛煉學生的綜合分析、邏輯推理、批判性思維、創(chuàng)新性思維及系統(tǒng)性科學思維能力。

學科群協(xié)同型跨學科科學課程

學科群協(xié)同型跨學科科學課程以具有社會意義的主題為核心驅(qū)動，緊密圍繞真實的社會實踐難題展開全方位、多層次的剖析，并據(jù)此探索系統(tǒng)性解決方案。它將相關(guān)學科的大概念、大任務(wù)或大問題進行有機融合與深度整合，構(gòu)建起一個高度綜合、全面跨越文理科界限的大型主題范疇。此模式旨在全方位、立體式地培育學生的系統(tǒng)性思維、創(chuàng)新性思維及綜合實踐能力，通過引導學生參與解決實際問題的全過程，提升學生的綜合素質(zhì)，使其能夠更好地適應(yīng)未來社會復雜多變的發(fā)展需求。與前2種課程類型不同的是，學科群協(xié)同型課程所涉及的整個問題空間不存在預(yù)設(shè)的固定學科視角局限，而是以系統(tǒng)理論為根基，強調(diào)知識的整體性、關(guān)聯(lián)性與動態(tài)性，將各個學科視為一個相互滲透、無縫銜接的有機整體，學科之間相互借鑒、相互轉(zhuǎn)化，順應(yīng)人類學習的本質(zhì)特征，即學習本身就是一個天然的跨學科過程，是在復雜系統(tǒng)中進行知識梳理、整合與創(chuàng)新構(gòu)建的動態(tài)歷程[5]?？茖W教育的跨學科概念在學科群協(xié)同型課程中猶如一條無形的主線貫穿項目始終，通過對這些跨學科概念的深度理解、綜合運用與創(chuàng)新拓展，學生能夠把握學科知識之間的邏輯脈絡(luò)，大幅提升跨學科學習的效率。

在教學實踐過程中，學科群協(xié)同型課程對教師和學生均提出較高的要求。教師不僅需要具備跨學科知識儲備，還要擁有跨學科教學組織與引導能力，能夠在復雜多變的問題情境中洞察學生的學習需求與困惑，適時提供指導與支持。學生則需要具備自主學習能力、團隊協(xié)作精神、跨學科思維洞察力等非認知能力，能夠主動投身項目學習實踐中，自主開展資料搜集、知識整合、方案設(shè)計與優(yōu)化調(diào)整等系列活動，與團隊成員溝通協(xié)作，共同攻克項目實施過程中遇到的困難與挑戰(zhàn)。

參考文獻

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本文系北京市教育規(guī)劃課題單位資助校本研究專項課題“大數(shù)據(jù)技術(shù)賦能新任教師發(fā)展的校本研修體系研究”（CBFB24105）成果）

作者

馬玉娟1 王曉燕1 杜 蕾2*

（1. 北京市八一學校；2. 北京師范大學教育學部；*通訊作者）