專題 | 跨學(xué)科科學(xué)教育：動因、理論與實踐

作者

馬玉娟1　王曉燕1　杜　蕾2*

（1. 北京市八一學(xué)校；2. 北京師范大學(xué)教育學(xué)部；*通訊作者）

跨學(xué)科科學(xué)教育

跨學(xué)科科學(xué)教育是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)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(xué)科科學(xué)教育為主題，圍繞3種類型的跨學(xué)科課程，通過理論探討與實踐案例分析，深入探討初中化學(xué)、生物學(xué)、物理、地理、歷史等學(xué)科間的融合與互動，為科技教育工作者在跨學(xué)科課程設(shè)計與實踐方面提供參考。

跨學(xué)科科學(xué)教育，作為科學(xué)教育領(lǐng)域的一種新興范式，旨在打破傳統(tǒng)學(xué)科壁壘，通過不同學(xué)科間的有機(jī)融合，引導(dǎo)學(xué)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(xué)科科學(xué)教育發(fā)展動因、理論內(nèi)涵與實踐類型，以期為科學(xué)教育的改革與創(chuàng)新提供理論依據(jù)與實踐指導(dǎo)。

跨學(xué)科科學(xué)教育的發(fā)展動因

黨的二十屆三中全會強(qiáng)調(diào)“統(tǒng)籌推進(jìn)教育科技人才體制機(jī)制一體改革”。作為教育科技人才工作的關(guān)鍵連接點(diǎn)，科學(xué)教育對于提升學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)、培養(yǎng)創(chuàng)新人才、促進(jìn)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(dǎo)學(xué)生靈活運(yùn)用所學(xué)知識，全方位培養(yǎng)學(xué)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(rèn)知能力[1]。因此，為確保知識能夠在多元且復(fù)雜的科學(xué)實踐場景中得以有效運(yùn)用，以科學(xué)教育為關(guān)鍵著力點(diǎn)，優(yōu)化教育教學(xué)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(xué)科教學(xué)的重要意義，積極倡導(dǎo)各學(xué)科領(lǐng)域大力開展跨學(xué)科學(xué)習(xí)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(xué)科主題學(xué)習(xí)”。其核心目的在于借助跨學(xué)科教學(xué)內(nèi)容的有機(jī)滲透，切實提升學(xué)生的高階思維能力，為教育強(qiáng)國和人才強(qiáng)國構(gòu)筑智力基石。同時印發(fā)的《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》進(jìn)一步提出科學(xué)學(xué)科的4大跨學(xué)科概念，作為對學(xué)科核心概念的深度拓展與升華性理解維度。由此可見，科學(xué)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(xué)科教學(xué)模式轉(zhuǎn)型勢在必行。

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

跨學(xué)科科學(xué)教育的理論內(nèi)涵

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

跨學(xué)科科學(xué)教育的課程觀

在課程觀層面，跨學(xué)科科學(xué)教育并非將各學(xué)科的知識進(jìn)行簡單機(jī)械的疊加，而是基于科學(xué)學(xué)科課程，通過學(xué)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(xué)科壁壘，通過跨學(xué)科主題將不同學(xué)科的知識與技能有機(jī)融合，構(gòu)建出完整系統(tǒng)的科學(xué)知識體系。在這一過程中，課程設(shè)計者需要充分考慮學(xué)科間的內(nèi)在聯(lián)系與互補(bǔ)性，確保跨學(xué)科主題的選取能夠涵蓋多個學(xué)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(xué)生的生活經(jīng)驗與社會現(xiàn)實，既符合認(rèn)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(xué)校根據(jù)自身教學(xué)特色和學(xué)生實際學(xué)情，對國家課程進(jìn)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(xué)科科學(xué)教育的活動觀

在活動觀層面，跨學(xué)科科學(xué)教育將主題學(xué)習(xí)視為一種由特定主題引領(lǐng)，并融合多學(xué)科知識的學(xué)習(xí)過程。這種學(xué)習(xí)模式以某一科學(xué)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(xué)科進(jìn)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(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)內(nèi)容與具體情境或現(xiàn)實生活的緊密聯(lián)系，鼓勵學(xué)生面對復(fù)雜情境時能夠應(yīng)用所學(xué)知識解決實際問題。為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，跨學(xué)科科學(xué)教育中的表現(xiàn)性活動被融入到學(xué)生的學(xué)習(xí)過程中。具有情境性的跨學(xué)科科學(xué)教育活動不僅能幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)自身的優(yōu)勢與不足，還能讓教師通過對學(xué)生表現(xiàn)的觀察進(jìn)行多元化的、發(fā)展性的評價，以此激發(fā)學(xué)生潛能，增強(qiáng)他們的學(xué)習(xí)興趣和信心。

跨學(xué)科科學(xué)教育的學(xué)習(xí)觀

在學(xué)習(xí)觀層面，跨學(xué)科科學(xué)教育強(qiáng)調(diào)將科學(xué)知識與學(xué)生的個人經(jīng)驗相結(jié)合，通過主題化學(xué)習(xí)方式實現(xiàn)不同學(xué)科知識與方法的融會貫通。這種學(xué)習(xí)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(diǎn)，認(rèn)為這樣的態(tài)度會破壞知識學(xué)習(xí)與學(xué)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(xué)習(xí)與學(xué)生素養(yǎng)發(fā)展之間的關(guān)系，認(rèn)識到二者是相輔相成、不可分割的整體。為此，跨學(xué)科科學(xué)教育需要打破傳統(tǒng)教學(xué)中以單一學(xué)科知識為核心的教學(xué)模式，引導(dǎo)學(xué)生從更宏觀的角度理解科學(xué)現(xiàn)象及其背后的原理。通過這種方式，跨學(xué)科科學(xué)教育不僅促進(jìn)了學(xué)生對于科學(xué)世界的全面理解，也為其提供豐富多元的成長機(jī)會，有助于學(xué)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(xué)科科學(xué)教育的實踐類型

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

單學(xué)科延展型跨學(xué)科科學(xué)課程

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

單學(xué)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(xué)手段。講授法通過系統(tǒng)且深入的主學(xué)科知識講解，引導(dǎo)學(xué)生逐步構(gòu)建起科學(xué)知識認(rèn)知架構(gòu)，明晰科學(xué)知識的內(nèi)在邏輯。討論法聚焦于學(xué)生對主學(xué)科核心概念的理解與內(nèi)化，通過激發(fā)學(xué)生進(jìn)行邏輯推理、分析綜合、抽象概括等思維活動，引發(fā)學(xué)生的思維碰撞，促使其從多元視角審視學(xué)科知識，培養(yǎng)其獨(dú)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(xué)生理解，實驗教學(xué)、案例剖析等活動能夠促使學(xué)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(xué)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(xué)科知識的理解，將態(tài)度責(zé)任的涵養(yǎng)貫穿于整個教學(xué)流程，注重培育學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的科學(xué)態(tài)度、對科學(xué)真理的不懈追求精神，以及對科學(xué)研究的敬畏與擔(dān)當(dāng)意識。

多學(xué)科整合型跨學(xué)科科學(xué)課程

多學(xué)科整合型跨學(xué)科科學(xué)課程高度注重多個具有內(nèi)在關(guān)聯(lián)性學(xué)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(xué)科交叉與深度整合，相較于單學(xué)科延展型課程，其學(xué)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(xué)科協(xié)同合作，共同攻克一個復(fù)雜問題，為學(xué)生營造更為全面、深入且系統(tǒng)的學(xué)習(xí)體驗環(huán)境。在此過程中，跨學(xué)科教學(xué)實現(xiàn)了學(xué)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(xué)科的特色，又著重突出運(yùn)用綜合知識體系解決真實情境下復(fù)雜問題的核心能力，促使學(xué)科邊界逐漸模糊化，達(dá)成學(xué)科之間的協(xié)同創(chuàng)新，精準(zhǔn)指向跨學(xué)科概念、大問題、大任務(wù)等的深度探究實踐。

多學(xué)科整合型課程的教學(xué)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(xué)習(xí)的“跨學(xué)科性”拓展，或借助STEM教育模式開發(fā)出眾多創(chuàng)新型教學(xué)模式。STEM教育高度強(qiáng)調(diào)科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)的深度融合，引領(lǐng)學(xué)生在解決科學(xué)實際問題的實踐過程中綜合運(yùn)用多學(xué)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(yùn)用不同類型的教學(xué)模式推進(jìn)跨學(xué)科教學(xué)實施，諸如主題式教學(xué)模式、項目式教學(xué)模式、問題式教學(xué)模式、5E教學(xué)模式等。這些教學(xué)模式均秉持以學(xué)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(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與主觀能動性，引導(dǎo)學(xué)生自主探索、合作學(xué)習(xí)，在解決問題的動態(tài)過程中達(dá)成多學(xué)科知識的有機(jī)整合與高效運(yùn)用。在整個學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生借助多學(xué)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(xué)觀念體系，領(lǐng)悟不同學(xué)科知識在解決復(fù)雜實際問題進(jìn)程中的內(nèi)在邏輯關(guān)聯(lián)；通過多學(xué)科知識的深度整合與綜合運(yùn)用，全方位鍛煉學(xué)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(xué)思維能力。

學(xué)科群協(xié)同型跨學(xué)科科學(xué)課程

學(xué)科群協(xié)同型跨學(xué)科科學(xué)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(xué)科的大概念、大任務(wù)或大問題進(jìn)行有機(jī)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(xué)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(dǎo)學(xué)生參與解決實際問題的全過程，提升學(xué)生的綜合素質(zhì)，使其能夠更好地適應(yīng)未來社會復(fù)雜多變的發(fā)展需求。與前2種課程類型不同的是，學(xué)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(xué)科視角局限，而是以系統(tǒng)理論為根基，強(qiáng)調(diào)知識的整體性、關(guān)聯(lián)性與動態(tài)性，將各個學(xué)科視為一個相互滲透、無縫銜接的有機(jī)整體，學(xué)科之間相互借鑒、相互轉(zhuǎn)化，順應(yīng)人類學(xué)習(xí)的本質(zhì)特征，即學(xué)習(xí)本身就是一個天然的跨學(xué)科過程，是在復(fù)雜系統(tǒng)中進(jìn)行知識梳理、整合與創(chuàng)新構(gòu)建的動態(tài)歷程[5]。科學(xué)教育的跨學(xué)科概念在學(xué)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(xué)科概念的深度理解、綜合運(yùn)用與創(chuàng)新拓展，學(xué)生能夠把握學(xué)科知識之間的邏輯脈絡(luò)，大幅提升跨學(xué)科學(xué)習(xí)的效率。

在教學(xué)實踐過程中，學(xué)科群協(xié)同型課程對教師和學(xué)生均提出較高的要求。教師不僅需要具備跨學(xué)科知識儲備，還要擁有跨學(xué)科教學(xué)組織與引導(dǎo)能力，能夠在復(fù)雜多變的問題情境中洞察學(xué)生的學(xué)習(xí)需求與困惑，適時提供指導(dǎo)與支持。學(xué)生則需要具備自主學(xué)習(xí)能力、團(tuán)隊協(xié)作精神、跨學(xué)科思維洞察力等非認(rèn)知能力，能夠主動投身項目學(xué)習(xí)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(tuán)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(xiàn)

[1] 王晶瑩，周丹華，楊洋，等．科學(xué)高階思維：內(nèi)涵價值、結(jié)構(gòu)功能與實踐進(jìn)路[J]．現(xiàn)代遠(yuǎn)距離教育，2023，（02）：11-18．

[2] 鄭永和，周丹華，王晶瑩．科學(xué)教育的本質(zhì)內(nèi)涵、核心問題與路徑方法[J]．中國遠(yuǎn)程教育，2023，43（09）：1-9+27．

[3] 宋乃慶，徐春浪，鄭智勇．科創(chuàng)教育：中小學(xué)科學(xué)教育發(fā)展的時代路向[J]．人民教育，2024，（01）：43-46．

[4] 武倩，裴新寧．利用跨學(xué)科概念促進(jìn)科學(xué)學(xué)習(xí)——基于美國與德國科學(xué)課程相關(guān)文本分析[J]．比較教育學(xué)報，2024，（06）：162-171．

[5] 董艷，孫巍．促進(jìn)跨學(xué)科學(xué)習(xí)的產(chǎn)生式學(xué)習(xí)（DoPBL）模式研究——基于問題式PBL和項目式PBL的整合視角[J]．遠(yuǎn)程教育雜志，2019，37（02）：81-89．

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）

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來源 | 《中國科技教育》2025-01

編輯 | 孟想

審校 | 若惜、朱志安