〔摘 要〕 伴隨著科學(xué)課程走向整合的趨勢(shì)，跨學(xué)科概念應(yīng)運(yùn)而生?？鐚W(xué)科概念主要包括兩個(gè)方面，一是系統(tǒng)，二是模型，其獨(dú)特的教育價(jià)值更加顯現(xiàn)。本文以系統(tǒng)與模型為例，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)與模型的理解、課程資源的提取，教學(xué)轉(zhuǎn)化與實(shí)踐和教學(xué)啟示，闡述了引入系統(tǒng)與模型跨學(xué)科概念的必要性和可行性，并對(duì)這一概念在實(shí)踐中的運(yùn)用做了初步分析。

〔關(guān)鍵詞〕 小學(xué)科學(xué)；跨學(xué)科概念；系統(tǒng)與模型

〔中圖分類(lèi)號(hào)〕 G424 〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕 A 〔文章編號(hào)〕 1674-6317 （2024） 23 067-069

20世紀(jì)80年代以來(lái)，科學(xué)的發(fā)展趨向于從單一學(xué)科到多學(xué)科的結(jié)合。發(fā)達(dá)國(guó)家進(jìn)一步修訂科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)，例如美國(guó)、日本等國(guó)，將跨學(xué)科概念作為核心命題，并對(duì)學(xué)生科學(xué)學(xué)習(xí)結(jié)果方面的要求越來(lái)越高。我國(guó)結(jié)合國(guó)際科學(xué)研究以及教育實(shí)踐成果，于2022年4月頒布了義務(wù)教育課程方案和課程標(biāo)準(zhǔn)，創(chuàng)造性地提出了我國(guó)科學(xué)教育教學(xué)的4個(gè)跨學(xué)科概念：一是物質(zhì)與能量，二是系統(tǒng)與模型，三是結(jié)構(gòu)與功能，四是穩(wěn)定與變化。這四個(gè)概念并不是具體的學(xué)科概念，而是超越學(xué)科概念的上位觀念與科學(xué)思想，是認(rèn)識(shí)世界、觀察世界、理解世界的一種新的思維方式，也是對(duì)學(xué)科知識(shí)遷移能力的拓展和強(qiáng)化。

由于課標(biāo)中一直未有與跨學(xué)科概念相當(dāng)?shù)奶岱ǎ虼?，?duì)跨學(xué)科概念價(jià)值的研究當(dāng)前還只是停留在理論介紹方面，跨學(xué)科概念和教學(xué)轉(zhuǎn)化案例缺失?？鐚W(xué)科概念是否真的具有與學(xué)科核心概念同等重要的地位？下面就以系統(tǒng)與模型為例，談?wù)勅绾螌⒖鐚W(xué)科概念融入小學(xué)科學(xué)教學(xué)中。

一、對(duì)系統(tǒng)與模型的理解

系統(tǒng)與模型作為跨學(xué)科概念之一，具有豐富的內(nèi)涵。系統(tǒng)是指各組件以及組分間執(zhí)行某些功能的集合，是系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)與輸入、輸出相互作用與影響的總和。它具有邊界，可以嵌套在更大的系統(tǒng)中，這是自然界中最主要的單位。模型則是跨學(xué)科概念的運(yùn)行機(jī)制，是指在理解一個(gè)系統(tǒng)時(shí)，由于系統(tǒng)受到很多限制，使很多實(shí)物不方便直接觀察或教學(xué)，于是便可借助模型進(jìn)行必要的簡(jiǎn)化。用適當(dāng)?shù)哪Ｊ娇梢詫⑾到y(tǒng)結(jié)構(gòu)的內(nèi)在聯(lián)系全面體現(xiàn)出來(lái)，并進(jìn)行實(shí)體或虛擬的表征，或利用模型進(jìn)行解釋和預(yù)測(cè)，這也是認(rèn)識(shí)系統(tǒng)的重要方法。

系統(tǒng)與模型是人類(lèi)認(rèn)識(shí)世界的主要手段，比較適合通過(guò)進(jìn)階形式，確定不同過(guò)程的相關(guān)要求。以學(xué)科核心概念“5.5.人體由多個(gè)系統(tǒng)組成”為例，學(xué)生可以用不同的部分來(lái)描述物體，并能理解各部分在系統(tǒng)中協(xié)同工作的機(jī)制。例如1～2年級(jí)學(xué)生需要識(shí)別眼、耳、鼻、舌、皮膚等器官，并能直接體會(huì)到各個(gè)器官在人體中的分工和配合。在中段，學(xué)生可以認(rèn)識(shí)到系統(tǒng)是由整體或不同組件構(gòu)成，可以執(zhí)行部分無(wú)法單獨(dú)執(zhí)行的功能，并且可以分析不同部分或系統(tǒng)的共同特征，初步形成模型。例如3～4年級(jí)需要學(xué)生描述人體用于呼吸和消化的器官，從而認(rèn)識(shí)到人體的呼吸和消化系統(tǒng)，并初步形成呼吸系統(tǒng)和消化系統(tǒng)模型。在高段，學(xué)生需要認(rèn)識(shí)到一個(gè)大系統(tǒng)之下存在著更加復(fù)雜的子系統(tǒng)，并認(rèn)識(shí)到不同的系統(tǒng)之間有何相互影響，更需要用簡(jiǎn)化的模型進(jìn)行理解。例如5～6年級(jí)學(xué)生可以逐步理解生命系統(tǒng)的復(fù)雜性和層次性，進(jìn)一步揭示生命系統(tǒng)構(gòu)成層次的內(nèi)在規(guī)律。

二、系統(tǒng)與模型課程資源的提取

《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》在課程內(nèi)容部分設(shè)置了13個(gè)學(xué)科核心概念，無(wú)論是物質(zhì)科學(xué)還是生命科學(xué)或是技術(shù)科學(xué)等，都有大量涉及系統(tǒng)與模型的跨學(xué)科概念。不同的核心概念多以實(shí)驗(yàn)探究的形式使學(xué)生加深理解和認(rèn)識(shí)，因此在課標(biāo)附錄4中列出78個(gè)學(xué)生必做的探究實(shí)驗(yàn)，并對(duì)探究實(shí)驗(yàn)活動(dòng)提出了具體的要求，促使學(xué)生從不同角度形成系統(tǒng)與模型的跨學(xué)科概念。下表是從78個(gè)必做實(shí)驗(yàn)中對(duì)跨學(xué)科概念“系統(tǒng)與模型”課程部分資源進(jìn)行提取。

三、系統(tǒng)與模型的教學(xué)轉(zhuǎn)化與實(shí)踐

跨學(xué)科概念中的系統(tǒng)與模型可以將分散在各個(gè)學(xué)段和學(xué)科中的問(wèn)題聯(lián)系起來(lái)，為學(xué)生理解學(xué)科核心概念提供新的思路和視角，在學(xué)科核心概念方面發(fā)揮相應(yīng)的支撐價(jià)值。但從課標(biāo)到課堂，還需要教師的教學(xué)轉(zhuǎn)化和實(shí)踐落實(shí)。為了在教學(xué)過(guò)程中全面滲透系統(tǒng)與模型概念，筆者在教學(xué)時(shí)采用了以下方法對(duì)學(xué)生給予指導(dǎo)。

（一）依托學(xué)科核心知識(shí)，對(duì)系統(tǒng)與模型概念進(jìn)行外顯化教學(xué)

盡管系統(tǒng)與模型在核心知識(shí)中普遍存在，但學(xué)生并不會(huì)自發(fā)形成對(duì)跨學(xué)科概念的理解，此時(shí)就需要教師將概念融合進(jìn)教學(xué)實(shí)踐中外顯化地進(jìn)行指導(dǎo)?？鐚W(xué)科概念也不是孤立地調(diào)查或者在問(wèn)題解決情境中學(xué)習(xí)，而與學(xué)科核心知識(shí)密切相關(guān)。因此在教學(xué)時(shí)，要使學(xué)生處于系統(tǒng)與模型和跨學(xué)科概念的情境中。例如，在地球與宇宙科學(xué)領(lǐng)域，課堂上學(xué)生會(huì)通過(guò)地球儀、手電筒等模型進(jìn)行地球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)的模擬實(shí)驗(yàn)，深入探究，通過(guò)自身語(yǔ)言將概念的認(rèn)識(shí)全面表述出來(lái)，并且理解地球自轉(zhuǎn)及公轉(zhuǎn)構(gòu)成的系統(tǒng)。在學(xué)生自行構(gòu)建系統(tǒng)模型之后，教師以此為依托，對(duì)系統(tǒng)與模型的跨學(xué)科概念進(jìn)行清晰、具體地說(shuō)明，把學(xué)科核心概念和模型本質(zhì)結(jié)合起來(lái)，向?qū)W生進(jìn)行演示。學(xué)生以此為依托對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，同時(shí)向系統(tǒng)模型階段邁進(jìn)，從而理解晝夜交替、四季變化等自然現(xiàn)象的發(fā)生。結(jié)合系統(tǒng)、模型概念復(fù)雜性特點(diǎn)，且一個(gè)系統(tǒng)模型中可能包含多個(gè)具有邊界的子系統(tǒng)，教師在推動(dòng)學(xué)生理解系統(tǒng)組成和特征時(shí)，應(yīng)采取循序漸進(jìn)的方法，讓學(xué)生在多次深入學(xué)習(xí)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)。例如隨著課程的不斷深入，后續(xù)還會(huì)制作以太陽(yáng)為中心、由八顆行星組成的太陽(yáng)系模型。這同樣需要結(jié)合系統(tǒng)、模型概念，實(shí)施多樣化教學(xué)，使學(xué)生能順利呈現(xiàn)太陽(yáng)系的大致結(jié)構(gòu)，了解恒星、行星與衛(wèi)星的區(qū)別。此時(shí)學(xué)生便能更深刻地認(rèn)識(shí)到每個(gè)系統(tǒng)都有屬于自己的邊界，同類(lèi)型的系統(tǒng)還可以嵌套在更大的模型中。

（二）圍繞一個(gè)或者多個(gè)跨學(xué)科概念，生成學(xué)科內(nèi)容教學(xué)

在認(rèn)識(shí)學(xué)科核心概念方面，最主要的工具就是系統(tǒng)與模型。建立科學(xué)的模型，是科學(xué)實(shí)踐過(guò)程中最關(guān)鍵的一個(gè)方面，因此可以在教學(xué)中反復(fù)、多次使用。這也是美國(guó)跨學(xué)科概念教學(xué)的基本范式。在技術(shù)與工程領(lǐng)域，通常需要引導(dǎo)學(xué)生解決工程問(wèn)題，完成工程實(shí)踐。一般來(lái)講，學(xué)生都會(huì)從設(shè)計(jì)出發(fā)，先在圖紙上構(gòu)思，再做出縮小比例的實(shí)物模型，進(jìn)行調(diào)試之后，符合標(biāo)準(zhǔn)才會(huì)做出實(shí)物。此時(shí)，實(shí)物是系統(tǒng)，圖紙和實(shí)物模型都是模型。在地球與宇宙科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的自然界水循環(huán)課程中，教師與學(xué)生共同建立系統(tǒng)模型，同時(shí)深入了解水循環(huán)。學(xué)生憑借探究過(guò)程獲取數(shù)據(jù)，對(duì)這一模型在水循環(huán)組分以及作用方面進(jìn)行評(píng)價(jià)，查找模型中出現(xiàn)的問(wèn)題。此時(shí)，學(xué)生能夠進(jìn)一步了解水循環(huán)過(guò)程。之后，教師對(duì)學(xué)生加以正確指導(dǎo)，對(duì)前期建立的模型進(jìn)一步改進(jìn)，把優(yōu)化后的模型在實(shí)際水循環(huán)中應(yīng)用，從而使學(xué)生進(jìn)一步強(qiáng)化對(duì)概念的認(rèn)識(shí)?？梢钥闯?，課程設(shè)計(jì)以模型為主體，這樣學(xué)生可以從不同層面入手，全面掌握課程內(nèi)容，一是整體，二是局部。所以，教師要把系統(tǒng)模型當(dāng)成是學(xué)生認(rèn)識(shí)、了解概念的主要工具，在教學(xué)過(guò)程中，對(duì)學(xué)生建立、改進(jìn)與優(yōu)化模型提供支持與幫助。這樣，學(xué)生才能總結(jié)現(xiàn)象組分，了解它們之間的內(nèi)在聯(lián)系，確保能夠正確認(rèn)識(shí)學(xué)科核心概念，進(jìn)一步強(qiáng)化記憶，同時(shí)有效應(yīng)用。

四、系統(tǒng)與模型的教學(xué)啟示

跨學(xué)科概念在學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展方面的作用是十分關(guān)鍵的，它是對(duì)傳統(tǒng)科學(xué)教育的突破，但仍面臨著諸多問(wèn)題和挑戰(zhàn)。

（一）系統(tǒng)與模型的教學(xué)需要緊密聯(lián)系科學(xué)與工程實(shí)踐

科學(xué)與工程實(shí)踐和跨學(xué)科概念同等重要但又有明顯不同的維度。美國(guó)《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》指出，全面整合科學(xué)和工程實(shí)踐，是使學(xué)生能夠積極主動(dòng)參與，正確認(rèn)識(shí)世界，建立模型，了解和改造世界的主要方式；同時(shí)，在學(xué)生正確認(rèn)識(shí)、了解跨學(xué)科概念時(shí)提供支持和幫助?！读x務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》指出，科學(xué)與工程實(shí)踐的核心思想可以促進(jìn)對(duì)跨學(xué)科概念的理解。學(xué)生遇到任何現(xiàn)象，無(wú)論是在科學(xué)實(shí)驗(yàn)室還是需要自己動(dòng)手、實(shí)地考察，學(xué)習(xí)的主要宗旨都是使實(shí)際生活中發(fā)生的問(wèn)題得到有效解決，并以此為依托，了解人們?cè)诰唧w工作中出現(xiàn)的問(wèn)題，同時(shí)制訂科學(xué)的解決措施。例如，在設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)保溫飯盒時(shí)，最主要的問(wèn)題就是能源生產(chǎn)以及應(yīng)用能源。要解決上述問(wèn)題，就必須了解歸納模式，科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)和模型，從而使自身能夠從科學(xué)視角出發(fā)，進(jìn)一步了解上述現(xiàn)象，憑借科學(xué)實(shí)踐現(xiàn)象，進(jìn)一步加深對(duì)系統(tǒng)與模型跨學(xué)科概念的認(rèn)識(shí)。因此在教學(xué)時(shí)，需將系統(tǒng)與模型和科學(xué)與工程實(shí)踐緊密聯(lián)系起來(lái)。

（二）系統(tǒng)與模型的教學(xué)整體采用進(jìn)階的方式進(jìn)行

以年級(jí)進(jìn)階為依托，不斷深入推進(jìn)教學(xué)，是新課標(biāo)的最大特點(diǎn)。從分析附錄4中78個(gè)學(xué)生必做探究實(shí)踐活動(dòng)中可知，不同時(shí)期的科學(xué)課程，都將系統(tǒng)和模型包括在內(nèi)。同時(shí)，由于學(xué)生思維方式發(fā)生變化，加之學(xué)生理解能力不斷強(qiáng)化，系統(tǒng)模型的進(jìn)階要求和不同時(shí)期的科學(xué)教學(xué)緊密聯(lián)系在一起。為了更好地將系統(tǒng)與模型融入科學(xué)教學(xué)，可以考慮采用以單元整體教學(xué)的進(jìn)階方式進(jìn)行。將問(wèn)題圍繞學(xué)科核心概念設(shè)計(jì)，并指向跨學(xué)科概念。在大問(wèn)題的統(tǒng)攝下，以學(xué)科知識(shí)結(jié)構(gòu)為支點(diǎn)，逐級(jí)聚合科學(xué)學(xué)科知識(shí)，同時(shí)保證學(xué)生在跨學(xué)科概念教學(xué)中保持思維連貫性，促使學(xué)生形成協(xié)同化、整體程度高的結(jié)構(gòu)知識(shí)。

（三）依據(jù)教學(xué)目標(biāo)考慮是否再引入其他跨學(xué)科概念

單一的跨學(xué)科概念并不一定能滿足課堂教學(xué)。在技術(shù)與工程的教學(xué)中，學(xué)生完成作品的設(shè)計(jì)和制作形成一個(gè)系統(tǒng)，在通過(guò)多個(gè)現(xiàn)象、多重事物學(xué)習(xí)和鞏固一個(gè)跨學(xué)科概念的同時(shí)，可能還會(huì)涉及另一個(gè)跨學(xué)科概念。以結(jié)構(gòu)與功能為例，學(xué)生在對(duì)作品的結(jié)構(gòu)與功能間的內(nèi)在聯(lián)系得到全面了解后，通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)與功能進(jìn)行抽象認(rèn)識(shí)，最終超越原有結(jié)構(gòu)與功能，將這些作品生成更大系統(tǒng)的實(shí)物模型。由于這種教學(xué)方式既可以復(fù)現(xiàn)科學(xué)現(xiàn)象，又可以演示科學(xué)原理，因此在教學(xué)中可依據(jù)教學(xué)目標(biāo)實(shí)際，對(duì)其他跨學(xué)科概念的加入進(jìn)行科學(xué)判定。但不宜設(shè)計(jì)過(guò)多，以滲透兩個(gè)為宜，并要根據(jù)學(xué)科內(nèi)容對(duì)跨學(xué)科概念進(jìn)行甄選。

跨學(xué)科概念屬于上位思維模式，屬于上位概念的范疇，有兩個(gè)方面的特點(diǎn)，一是統(tǒng)攝性，二是引領(lǐng)性。新課程標(biāo)準(zhǔn)指出，課程核心素養(yǎng)最主要的一個(gè)方面就是具有跨學(xué)科概念，同時(shí)，教學(xué)目標(biāo)全面實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)也是有效轉(zhuǎn)化跨學(xué)科概念。作為教師，我們應(yīng)深入了解與認(rèn)識(shí)系統(tǒng)和模型的本質(zhì)，重視構(gòu)建系統(tǒng)與模型的實(shí)踐活動(dòng)，進(jìn)一步深入學(xué)習(xí)研究，促成學(xué)生對(duì)科學(xué)整體性理解的形成，為新時(shí)代背景下科學(xué)教育的深入發(fā)展提供支撐。

參考文獻(xiàn)

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