小學科學跨學科概念的教學實踐研究

江蘇省南京曉莊學院第一實驗小學 許曉春

新課標首次明確了學生的科學核心素養(yǎng)包含科學觀念、科學思維、探究實踐和態(tài)度責任四個方面，并從課程內(nèi)容上設置了十三個學科核心概念和四個跨學科概念（系統(tǒng)與模型、物質(zhì)與能量、結構與功能、穩(wěn)定與變化）。其中，跨學科概念是首次提出，屬于概念范疇，與學科核心概念在一個知識層級，兩者既有區(qū)別又有聯(lián)系。因此，處理好科學跨學科概念的學習，對于發(fā)展學生科學素養(yǎng)意義重大。

跨學科概念歷經(jīng)幾十年的形成與發(fā)展，在不同階段有著不同的構成要素與發(fā)展要求。結合當下對科學教育的研究和實踐，我們可以理解為，跨學科概念是學習者經(jīng)歷一段學習歷程后形成的對自然與社會更抽象的一般看法，是不同領域、不同學段的學科核心素養(yǎng)的綜合、連接與再抽象。可以說，它是學習者認知世界、進行科學實踐的一種思維工具。

針對小學科學的學習特點，教師需要注意處理好學科核心概念和跨學科概念的關系，將各學段、各領域的學科核心概念聯(lián)結起來，從綜合整體的視角引領學生看待科學與社會，建構跨學科概念、發(fā)展跨學科概念、運用跨學科概念，讓學生對科學與社會形成客觀、整體的認識。

一、由點到面：建構跨學科概念

從學科核心概念與跨學科概念的關系出發(fā)，教師可以在多個學科概念的學習與實踐的基礎上，幫助學生形成對跨學科概念的整體認知和理解，從而逐步建構跨學科概念。

分析新課標中提出的十三個學科核心概念與四個跨學科概念，我們可以看出，跨學科概念蘊含在學科核心概念中。以“結構與功能”為例，此概念就蘊含在“物質(zhì)的結構與性質(zhì)”“生命系統(tǒng)的構成層次”“生物與環(huán)境的相互關系”“生命的延續(xù)與進化”“技術、工程與社會”“工程設計與物化”等學科核心概念中。

因此，在科學教學中，教師要心中有數(shù)，從跨學科概念的角度來審視和處理日常的概念學習。如對于“結構與功能”這樣的跨學科概念，教師可以結合“物質(zhì)的結構與性質(zhì)”“生命系統(tǒng)的構成層次”等內(nèi)容由點到面地逐步幫助學生建構。

具體到學習內(nèi)容，如蘇教版科學一年級上冊“輪子的故事”，學生在探索發(fā)現(xiàn)輪子發(fā)展歷程的過程中，體驗到輪子由最早的圓木到有軸的圓盤的變化，實際上已經(jīng)對物體結構與功能的關系有了初步感知。再如蘇教版科學三年級下冊“植物與環(huán)境”，教師可以從生命領域的角度引領學生認識到植物體結構與適應環(huán)境的功能之間的關系。

在以上這些例子中，學生將認識到的物體外顯的結構與其內(nèi)隱的功能關聯(lián)起來，可以從結構分析解釋功能，也可以從結構出發(fā)解決功能需求。這正是“結構與功能”這一跨學科概念在具體學科概念學習中的體現(xiàn)。學生在建構具體學科概念的同時，也在逐步形成跨學科概念。所以，教師在學科概念學習過程中，要注意從跨學科概念角度加以引導和滲透，關注到蘊含在不同學科領域中的“點”，幫助學生逐步綜合形成“面”。

二、整體觀照：聯(lián)結跨學科概念

由學科核心概念出發(fā)，逐步形成綜合、連接與再抽象的跨學科概念，這是學科核心概念與跨學科概念之間關系的一種學習方法表達。與此同時，教師還需要注意新課標明確的四個跨學科概念。在學生認知圖式中，它們不是彼此孤立的，共同構成了學生認知科學與社會的思維工具。因此，在具體學科概念學習中，教師要宏觀、整體地看待跨學科概念，關注到跨學科概念之間的聯(lián)結。

客觀分析，學科核心概念之間、學科核心概念與跨學科概念、跨學科概念之間是相互聯(lián)系、交織在一起的，進而形成學習者認知圖式中的概念網(wǎng)絡。我們從新課標中每一個學科核心概念一般蘊含兩個以上的跨學科概念中就不難看出。

具體操作上，以蘇教版科學五年級上冊“水在自然界的循環(huán)”為例，探究自然界中水的多種形式及相互轉(zhuǎn)化，對應了“物質(zhì)的變化與化學反應”的學科核心概念，同時蘊含了“物質(zhì)與能量”“穩(wěn)定與變化”的跨學科概念。在實際教學過程中，教師引導學生開展造霧、造露、造霜、模擬雨的形成等探究活動，建構了以水為代表的物質(zhì)三態(tài)變化的科學概念，概念中的水蒸氣、小水珠、小冰晶等都是水分子的外顯形式，對形成一般物質(zhì)的概念起到奠基作用。

同時，以水為代表的物質(zhì)三態(tài)變化，也蘊含了“穩(wěn)定與變化”的跨學科概念。自然界中不同形式的水，本質(zhì)都是水分子的存在，云、霧、雨、露、霜、雪、冰等形態(tài)表現(xiàn)了水在一定條件下的穩(wěn)定。教師引領學生在具體的造霧、造露、造霜等活動中探究什么樣的情況下會產(chǎn)生怎樣的形態(tài)變化，從而理解水在遇熱、遇冷達到一定條件時才會從一個穩(wěn)定的狀態(tài)轉(zhuǎn)化到另一個穩(wěn)定的狀態(tài)，上升到上位的物質(zhì)變化的概念。

這樣，教師通過自然界中水的三態(tài)變化的整體單元的探究學習，將“物質(zhì)與能量”“穩(wěn)定與變化”兩個跨學科概念聯(lián)結起來，既強化了學科概念的建構，也滲透了相應的跨學科概念，為學生宏觀、整體認識世界奠定了基礎。

三、把握時機：認知跨學科概念

跨學科概念對于小學生來說比較抽象，因此，教師在幫助學生建構跨學科概念時，需要把握好時機。一種是在學科核心概念學習的過程中滲透跨學科概念，讓學生逐步積累對跨學科概念的感知，當這種感知積累到一定程度，由量變達到質(zhì)變，從綜合、整體的高度明確地形成跨學科概念。

而另一種則是直接教授和反復使用跨學科概念。教師可以在日常教學中，在學生建構學科核心概念的同時，當出現(xiàn)對應的跨學科概念時，直接講授以明確，幫助學生確定跨學科概念，并且在隨后的教學設計中，引導學生使用跨學科概念解釋現(xiàn)象、解決問題。值得注意的是，針對不同學段的學生，跨學科概念的直接教授和反復使用，要適時和適度。

針對直接教授和反復使用跨學科概念的方法，以蘇教版科學五年級上冊“地球的表面和內(nèi)部”為例，該單元對應學科核心概念“地球系統(tǒng)”。在學習單元起始課“地球的表面”時，借助圖片和地形地球儀幫助學生認知地球表面，此時，教師可以直接引出“系統(tǒng)與模型”的概念，告訴學生地球表面就是多種元素組成的有序整體，叫做“系統(tǒng)”。為了方便描述和理解，我們將這個“系統(tǒng)”簡化表現(xiàn)出來，就是模型，也就是地形地球儀。這樣可以讓學生在課堂上更加清晰地認知地球表面豐富多樣的地形地貌。

這樣直接教授“系統(tǒng)與模型”的跨學科概念，對于五年級學生的認知水平，是可行的。在單元起始課，學生初步認知了這一跨學科概念，對于本單元后續(xù)的學習研究有良好的促進作用。跨學科概念的不斷出現(xiàn)與學生的反復使用，促使學科核心概念“地球系統(tǒng)”與跨學科概念“系統(tǒng)與模型”的建構相輔相成。學生能夠認識到地球表面是一個系統(tǒng)，地球內(nèi)部也是一個系統(tǒng)，整個地球同樣構成了一個完整的系統(tǒng)。同時，學生能夠嘗試以簡單和突出要素的方式，將自己的認知以模型的方式表達出來。

四、由低到高：進階跨學科概念

科學概念在人腦中的建構是一個不斷完善、進階的過程，尤其抽象、概括的跨學科概念更是如此。學生不論是在多次學科核心概念學習中感知跨學科概念，還是直接學習和運用跨學科概念，都需要經(jīng)歷一個由低到高、由淺入深的螺旋上升的過程。新課標中明確提出的四個跨學科概念，針對的是1～9年級學生。我們可以理解為，學生在小學階段通過一系列科學學習，一步步建構起這些跨學科概念，并不斷提升其完整性、綜合性、全面性。到了初中，在物理、化學、生物等科學學科學習中，學生會再次反復接觸到這些跨學科概念，進一步認知、運用，不斷深化概念。

基于進階跨學科概念的認識，在科學學習中，教師就要針對不同年級學生的認識特點，提出關于跨學科概念學習的不同要求。低年級學生側(cè)重感知與熟悉，可以不認知概念名詞，但能對跨學科概念不斷增加熟悉感；中年級學生側(cè)重積累與轉(zhuǎn)化，在學科核心概念學習中，能進一步認識相應的跨學科概念，并將這樣的熟悉感轉(zhuǎn)化為基本的共性的歸納與表達；高年級學生側(cè)重習得與運用，經(jīng)過前期對相應跨學科概念的認知積累，結合教師明確的教授，可以進一步在解釋現(xiàn)象、解決問題時，運用跨學科概念。

以“物質(zhì)與能量”這一跨學科概念為例，在蘇教版小學科學教材中，低年級如“石頭與泥土”“水”“空氣”“它們是用什么做的”等內(nèi)容，除了相應學科核心概念的學習與建構，教師需要有意識地側(cè)重學生對“物質(zhì)與能量”的初步感知和熟悉，讓學生逐步形成觀念——這些事物實質(zhì)上是客觀存在的一個類別。中年級如“物體的運動”“常見的力”等內(nèi)容，幫助學生不斷積累和轉(zhuǎn)化——運動是物質(zhì)的基本屬性。高年級以“神奇的能量”等內(nèi)容為代表，串聯(lián)起學生積累的學習經(jīng)驗，集中認知——能量是一切運動物質(zhì)的共同特性。這樣，學生認知圖式中關于“物質(zhì)與能量”的概念，在學科核心概念的支撐、聯(lián)結下，其內(nèi)涵與外延、深度與廣度都得到進一步深化與提升。

五、聯(lián)系生活：運用跨學科概念

建構與運用跨學科概念往往是密不可分的。學生建構跨學科概念需要將多個學科核心概念聯(lián)結起來，歸納共性，整體考量，才能逐步建構，而不同領域、數(shù)量繁多的學科核心概念最有效的突破口就是學生的生活經(jīng)驗。因此，將學生的生活經(jīng)驗和實驗現(xiàn)象緊密聯(lián)系，能夠更好地幫助他們建構跨學科概念。如蘇教版科學三年級下冊“身邊的材料”單元中，出現(xiàn)了紙、金屬、塑料這些常見材料，教師一般會選擇從學生實際生活中的具體物品出發(fā)，因為他們對具體物品有直觀體驗和使用經(jīng)驗，這樣才能有效地進行探究活動，上升到對跨學科概念的認識——物體結構與對應功能是聯(lián)系和統(tǒng)一的。

跨學科概念不僅是概念知識，還是思維工具、認知工具。因此，學生要建構跨學科概念，還要運用跨學科概念，而運用的最好場域則是學生的生活世界。以“系統(tǒng)與模型”跨學科概念為例，教師在學習中可以引導和鼓勵學生從“系統(tǒng)”與“模型”的角度認識事物、發(fā)現(xiàn)規(guī)律、解決問題。如在“生命系統(tǒng)的構成層次”的學科核心概念學習中，教師可以從學生對自然世界的客觀認識經(jīng)驗出發(fā)，指導他們進行系統(tǒng)分析，將常見的物種進行分類，認識地球上存在的動物、植物、微生物等不同類型。學生在進行分類的過程中，會以圖表、文字的方式表征出來，這實質(zhì)上是模型建構思維的運用。這樣，不斷地將跨學科概念融入學生的生活情境中，并在不同的學科核心概念學習中加以運用，將使學生逐步掌握“系統(tǒng)”分析、“模型”建構的方法，從而更加有效地建構學科核心概念和跨學科概念，進一步完善自我認知圖式中的科學概念體系。