小学科学跨学科概念的教学建议
曾宝俊 胡紫霞
2022-12·湖北教育 JUJIAO
跨学科概念是《义务教育科学课程标准（2022年 版）》新增的内容，对于学生整体、系统地认识科学具有极其重要的价值。跨学科核心概念不是具体的学 科概念，而是超越学科概念的上位观念与科学思想，是观察世界的一种新角度，是认识世界的一种新维度，是理解世界的一种新思维方式。
物质与能量、结构与功能、系统与模型、稳定与变化，这四个跨学科概念是相互关联的。物质与能 量阐明了系统的组成，结构与功能阐明了系统的样态，稳定与变化描述了系统如何运行。跨学科概念强调学科之间的融通，为学生从更丰富、更综合的视 角认知世界、理解世界和创造世界提供了可能，其核心是科学教育方式的转换，而这种转换不仅更新了 教育目标，也更新了教育方式。
跨学科概念是认识自然界的重要思想工具，对 学生理解科学本质具有不可替代的作用。学习跨学 科概念有助于塑造学生整体的科学观和价值观，可 以帮助他们更好地理解和运用科学知识。教学中，教师应充分重视跨学科概念对学生核心素养发展的 重要价值，深入理解跨学科概念，在教学设计中体 现跨学科概念的学习内容与具体学科核心概念内 容之间的联系，有针对性地强化具体内容要求和跨 学科概念之间的关系，有目的地引导学生理解跨学 科概念，促进他们对学科核心概念的深入理解，引导 他们应用跨学科概念和学科核心概念来解释科学现象或解决实际问题。
一、 对“物质与能量”的教学建议
物质与能量是自然学科和技术工程的基本概念，这一概念在科学教育中的作用非常关键，对学生 认识自然以及进一步学习学科知识具有重要意义。 检验、描述、构建物质与能量的转移和循环贯穿整个 科学教育，物质与能量的概念是学生在跨学科和工 程的几乎所有领域使用的思维工具。研究物质与能 量之间的相互作用，有助学生分析和理解科学知识中 越来越复杂的概念。物质与能量不仅是概念，同时也 是一种观念。培养学生从物质与能量的观点分析问 题，有助学生更科学地认识环境问题和社会问题，激 发学生去爱科学、用科学，树立正确的科学观念。
1.联系生活经验和实验现象
物质与能量和学生的兴趣与生活经验息息相 关，他们在生活中积累了大量的关于物质与能量的 认识，科学教学要善于利用他们的生活经验，从他们 的直观感受出发，学习能量的类型和能量的影响，逐 渐深入到抽象的理论解释，例如学习生命体是靠什么生存并生长的、各种交通工具的动力来自哪里、人类是怎么利用原材料制造产品和设施的，等等。科学的基础是实验，教师要引导学生从各种实验 中获得关于物质与能量的直观认识，加深对概念 的理解。
2.宏观和微观相结合
虽然物质与能量的本质可以从微观粒子的运动 中得到解释，但微观粒子由于其抽象性，在学习的初 级阶段难以被学生认识，物质与能量概念的教学应 该由宏观现象分析开始，再逐渐过渡到微观。学生 从宏观与微观相结合的视角学习概念，由宏观现象 联想到微观粒子的运动，能够促进他们对物质与能 量概念的深入理解。
3.探究真实的问题
在物质与能量的概念学习中，教师要变学生解 决低挑战性的任务为探究高挑战性的真实问题，引 导他们在真实问题的解决中应用多学科的知识，从整体的角度理解物质与能量概念的内涵。教学中， 教师要避免学生刻意、机械地背诵概念，要鼓励他们 灵活地运用概念解释实验现象并解决实际问题。
二、对“结构与功能”的教学建议
结构与功能指物体或生物的形成方式及其子结 构的性质和功能。事物的结构与功能具有认知上的复杂性。在科学教育中，对结构与功能之间关系的探索可以从早期教育开始，引导学生对自然世界和 人工世界可访问、可见的系统进行调查。例如，探索形状和稳定性与各种结构（如桥梁的斜撑）、目的（如 不同的动物使用不同的身体部位获取食物）的关系， 理解物体结构和机械功能之间的关系（如轮子和轴、齿轮）及更复杂的结构（如人体的子系统及各部分的 结构与其功能之间的关系）。
1. 将结构与功能概念融入科学探究活动
科学教师应更深层次地把握科学主题教育中物 体的结构与功能的关系以及学生具备的生活经验， 在教育中渗透“结构与功能不可分割”之理念。科学 教师可以借助数字信息技术，适时在一些主题单元 引导学生认识事物结构与功能，启发他们深入探究 结构与功能的内在关系。学习可以结合 STEM 教 育、PBL 项目进行，让学生认识材料结构与功能时 形成多感官学习通道，促使他们在更丰富的层面上 有意义地学习。
2.将结构与功能概念和生活实践紧密结合
科学教师应充分考虑学生身心体验和感受状 况，选取生活之中与他们密切相关的事物或事实，通 过他们对事物结构与功能知识的互补性认识，帮助 他们深入认识事物的结构特征与其功能的内在统一 性。教师可以结合学生认知的阶段性特点，密切与 生活议题的联系，增加一些学生可能在家庭或社会 活动中易接触到的生活问题或某一种社会现象，发 挥学生对结构与功能知识的综合运用，使他们深入 认识事物的本质，形成科学分析和有效解决问题的 能力。
三、对“系统与模型”的教学建议
系统与模型在认识论和方法论上具有重要的教 育意义。和纯粹的知识性概念有所不同，作为跨学 科概念的系统与模型有着丰富的内涵。在知识层 面，它指向系统与模型的相关知识，包括不同学科领 域中具体的系统与模型知识，如地球与宇宙科学中 的地球系统、生命科学中的生态系统、物质科学中的 三态变化模型及自然界水循环的模型等。在方法层 面，它指向系统的方法、模型的方法。在思维层面，它指向建立不同学科联系的思考工具。
1.将系统模型作为学生理解概念的认知工具
系统模型是理解学科核心概念和跨学科概念的 有效工具，构建并使用模型是重要的科学实践活动 之一。例如，以模型为中心设计的课程能有效促使 学生识别并解释自然界水循环中的组分及相互作 用。该课程中，教师组织学生构建系统模型并解释 其对水循环的初步理解，学生通过探究活动搜集数 据或证据，以评估该系统模型是否清晰地解释了水 循环过程中的组分与相互作用，发现其中可能存在 的问题和不足。这样，学生在评估环节后对水循环 建立了新的理解，再由教师引导他们修正先前所构 建的系统模型，并将修正后的系统模型应用到实际 情境中，解释水循环相关的现象，以巩固对概念的理 解。因此，教师可将系统模型作为辅助学生理解 概念的认知工具，在课堂教学中引导他们构建、评 估、修正和应用系统模型，从而梳理具体现象中的 组分及相互作用，促进他们理解学科核心概念及 系统概念。
2.对系统及系统模型概念外显化教学
尽管系统及系统模型在各学科中普遍存在，但学生的理解并不会因此自发形成，而是需要教师外 显化地指导，将概念明确地展示给学生。课堂上，学 生完成探究活动后，需要用自己的语言表达对所学概念的理解，教师则在此基础上对概念做出直接、正 确的解释。这意味着在构建、评估、修正和应用系统 模型的课堂中，学生在评估环节建立并表述出其对 概念的新的理解后，教师需要直接地、简明扼要地将 学科核心概念、系统及系统模型的内涵展示给学生，再进入系统模型的修正和应用阶段。考虑到系统及 系统模型概念十分抽象，且包含多个子概念，学生对其组成和特征的理解应当循序渐进，通过多次、反复的接触和学习逐步完成。
四、对“稳定与变化”的教学建议
稳定是指系统的某些方面是不变的，至少在观 测范围内是不变的，但若用较长时间来观察，则可发 现它在缓慢发生变化。不管是研究自然系统、工程系统还是复合系统，稳定与变化这个问题关注的是系统如何随时间变化、哪些因素引起系统的不稳定 等。理解系统发生变化或者保持稳定的条件、原因、变化快慢，对系统的变化过程进行量化和建模，是关于系统的重要研究视角和议题，能深化和拓展对系 统稳定与变化的认识，也为设计和控制稳定与变化的系统提供理论依据。稳定与变化是不同系统共同具有的特征，Ａ系统关于稳定与变化研究的概念与 方法，常常可以借鉴到Ｂ系统的研究中。
1.循序渐进、纵向爬梯策略
“稳定与变化”的教学应具有渐进性。教师要以 学生已有概念和经验为基础，引导他们按照从简单 系统到复杂系统、从学生熟悉的系统到相对不熟悉 的系统、从自然系统到工程系统的顺序进行学习。 教师要按照发现系统的稳定与变化、描述系统的稳 定与变化、发现系统稳定与变化的原因、控制系统稳 定与变化的顺序，为学生的学习搭建“脚手架”，帮助 他们一步一步地爬到“梯子”的顶端。
2.嵌入生活、横向拼图策略
“稳定与变化”的教学应具有灵活性。教师要根 据学生的兴趣喜好、概念和经验基础，以多样化的系 统供他们探索有关稳定与变化的问题。学生会自主选择探索的起点和路径，因而也会经历不同的概念 发展过程。教师要帮助学生在不同背景下对同一现 象形成的不同概念建立联系，归纳出更为科学的概 念，这样就完成了“拼图”过程。学生不断获得日常 生活经验以及正式教育的经验，这些经验也会不断 修正和加深他们对系统如何运作的概念的理解。
3.不断反复、螺旋训练策略
“稳定与变化”的教学应注重螺旋训练。概念学习就像训练马拉松赛跑，先训练跑一小段距离，然后逐渐跑更长的距离，这正如过一段时间，重复学习某个领域的概念从而达到温故而知新的目的。教学中，教师要根据学生已有概念、概念的属性以及学生 经验的不同采用不同的教学策略。学生在不同背景下遇到同一现象会形成不同的“稳定与变化”概念， 教师要帮助他们将不同的概念联系在一起，看看能否找出两者都适用的科学概念，这就是在应用横向 拼图策略。学生的概念往往基于有限的经验，为了能获得适用范围更广的概念，需要拓展他们的“稳定 与变化”经验，这便是应用螺旋训练策略。同样，学生的推理很可能有局限性，他们只注意那些支持自己概念的证据，忽视相反的证据，从而固守原有概念，这时教师要为学生的学习搭建“脚手架”，帮助学生换一种思考问题的方式，这就是在应用纵向爬梯策略。
综上所述，学生的概念发展常常是从已有的概念出发，通过概念与新的经验不断连接、相互印证，这不仅体现在概念和现象理解的数量上，也体现在概念理解深度上的实质性变化。
需要注意的是，跨学科教学与STEM教育有相同之处，都强调跨学科知识的融合，注重理论学习与动手实践的联系，但二者也有不同之处。第一，STEM 教育中围绕的核心概念及能力，通常是科学、数学、工程、技术、人文等，而基于素养的跨学科教学 则围绕科学核心概念和跨学科概念，鼓励学生将其 他学科的概念和能力整合到科学的教学中，以促进 科学概念的深度理解和迁移应用。第二，项目成果 不同，STEM 教育中强调物化实践，希望通过物化实践达到动手实践能力的提升，而基于科学核心素养 的跨学科教学项目成果不完全是物化实践，它可以是学生的创新性科学探究设计，也可以是基于科学 学科和其他学科核心概念达成的新认识，还可以是 研究性学习报告等。 （作者单位：苏州大学实验学校）
【推荐理由】 《小学科学跨学科概念的教学建议》为小学科学教师提供了宝贵的教学指导。文章深入探讨了跨学科概念在科学教育中的重要性，并针对“物质与能量”、“结构与功能”、“系统与模型”、“稳定与变化”这四个跨学科概念提出了具体的教学建议。这些建议不仅有助于教师更好地理解跨学科概念，而且能够促进学生核心素养的发展。文章的内容结构清晰，实用性强，对于一线科学教师来说，是提升教学质量和学生学习效果的重要参考资料。
【简评】本文不仅强调了跨学科概念在培养学生科学素养中的核心作用，而且通过具体的教学建议，指导教师如何在课堂上有效地融合和应用这些概念。文章的结构条理清晰，逻辑性强，每个部分都紧密围绕如何通过跨学科概念提升学生的科学理解和实践能力展开。
文章的亮点在于它不仅仅停留在理论层面的讨论，而是提供了实际可行的教学策略，如联系生活经验、宏观与微观结合、探究真实问题等，这些都是帮助学生深入理解科学概念的有效方法。此外，作者还区分了跨学科教学与STEM教育的不同，为教师提供了更为明确的教学方向。文章的实用性和针对性强，对于一线教师来说，可以直接应用于日常教学中，帮助他们更好地设计课程和教学活动。同时，文章也鼓励教师进行终身学习，不断更新自己的教学方法和策略，以适应教育的发展和学生的需求。