新加坡小學科學教材中跨學科概念的建構與啟示*

摘要 通過對新加坡小學科學教材STAR SCIENCE進行分析，發現該教材在跨學科概念方面具有以跨學科概念為中心架構課程內容、將跨學科概念轉化為問題驅動學生認知參與、豐富的活動為跨學科概念建構提供直接經驗、“圖文并茂”的知識結構圖將概念聯系顯性化等特點，并從內容組織、概念傳遞、欄目設置等方面為我國科學教材的編寫提出了建議。

關? 鍵? 詞 跨學科概念；科學教材；新加坡；科學課程；多樣性

引用格式 孫慧芳.新加坡小學科學教材中跨學科概念的建構與啟示[J].教學與管理，2024（17）：73-76.

小學科學是一門綜合性學科，涵蓋物理、化學、生物、地理、技術與工程等不同學科范疇，而跨學科概念超越了學科邊界，在各個領域都普遍適用，能夠為學生提供一個組織框架，將不同學科的知識連接到一起，從而系統、整體地認識科學[1]。因此，跨學科概念成為科學教育領域關注的核心命題。

《義務教育科學課程標準（2022年版）》首次提出了跨學科概念，要求學生通過學習13個學科核心概念，理解“物質與能量、結構與功能、系統與模型、穩定與變化”這4個跨學科概念[2]。雖然課標對跨學科概念提出了要求，但并沒有給出對應跨學科概念的具體學習內容以及學習要求，教材中跨學科概念的編寫缺少相應依據，科學教師在課堂教學中落實跨學科概念存在極大挑戰。而新加坡科學課程中的跨學科概念較為成熟，對其主流教材STAR SCIENCE進行分析研究能為我國小學科學教材的編寫及研究提供參考和借鑒。

一、以跨學科概念為中心架構課程內容

新加坡小學科學教材STAR SCIENCE以“多樣性、循環、系統、能量、相互作用”五大跨學科概念（原文為theme，為與我國語境一致，翻譯為跨學科概念）架構課程內容（見表1）[3]。這些跨學科概念包括生命和物質領域的核心概念，能夠幫助學生看到科學學科不同領域（如生命科學、物質科學）內部以及跨學科的概念之間的聯系；同時提供了一個框架，使不同年級的學生在科學理解方面的進階可見[4]。

表1呈現了新加坡小學科學課程中的跨學科概念在不同年級中的主題，確保學生從小學三年級到六年級期間所學概念的連貫，并有助于為學生的未來學習奠定基礎。以跨學科概念“系統”為例，系統是一個由各部分組成的整體，它們中有一些是自然系統，也有一些是人造系統。自然系統的例子是消化系統和呼吸系統；人造系統的例子是電氣系統。要了解這些系統，就要知道它們是如何運作的，以及各組分是如何相互影響、相互作用，以發揮其功能的。雖然課程內容分為五個跨學科概念，但每個跨學科概念下的主題并不是劃分的知識塊。這些跨學科概念之間沒有明確的界限，不同的跨學科概念可能有共同的主題，例如，系統和循環兩個跨學科概念都包含了植物主題，通過主題可以將不同的跨學科概念聯系起來。

該教材中跨學科概念架構的特點是螺旋式上升。在不同的年級中深入地重溫概念和技能，能夠使得跨學科概念的學習符合學生的認知發展。同時，新的學習建立在學生對跨學科概念的現有理解上，可以實現新舊知識的連接以及概念學習的逐步深入。

以跨學科概念系統中的人體系統的學習為例，四年級主要學習身體系統、消化系統，五年級聚焦循環系統和呼吸系統。四年級學習的系統單元包括兩課：“什么是系統”和“身體系統”。由于第一次提出系統的概念，教材以鉛筆為例，介紹了什么是系統，分析了組成系統的各個組分及其所執行的功能。如果系統中的某一組分損壞，系統就無法正常行使全部功能。之后，簡要介紹了動物和植物也是系統，不同的器官對于生命活動都發揮著重要功能。第二課“身體系統”先介紹了人體由運動系統、循環系統、呼吸系統、神經系統、消化系統等構成。本年級只對所學知識作概述，學生只需要了解循環系統將食物中的營養、水和氧氣通過血液運送到身體的各個部分，并將各部分的代謝廢物運出身體。

而五年級學習的循環系統建立在學生初步了解了身體系統的基礎上，學習內容聚焦循環系統的各個組成器官及其功能，通過血液在循環系統中流動，分析物質在系統中的輸入和輸出，最后解決循環系統如何與消化系統、呼吸系統共同協作，以維持人體健康。我們可以發現，學生對系統這一跨學科概念的建構經歷了“系統由各部分組成，共同執行功能”到“系統中物質的輸入和輸出”，以及“不同系統間的協作配合”，在已有理解的基礎上逐步深入，層層遞進。通過不同主題和不同年級的重復使用，學生可以建構對于跨學科概念的完整理解[5]。

二、將跨學科概念轉化為問題驅動學生認知參與

學生的學習需要通過問題來激發，認知參與需要基于問題而深化[6]?？鐚W科概念是理解現象的“透鏡”（Lenses），為學生思考科學現象提供了新的視角，因此，在實踐中落實跨學科概念的一種方式是提出與跨學科概念相一致的問題[7]。為了幫助學生理解跨學科概念，教材將每個概念轉化為不同層次的問題，從而驅動學生認知并參與建構跨學科概念。

首先，將跨學科概念的要點轉化為關鍵探究問題。如表2所示，“系統”這一概念有兩個要點，可以轉化為三個關鍵探究問題。教材在此基礎上又進一步細化，在相應的話題中提出更具體的問題。例如，四年級在“系統”單元起始頁提出了“什么是系統？身體系統的功能是什么？消化系統的各個組分及其功能是什么？”這3個關鍵問題來引領整個單元的學習。

在單元關鍵問題的基礎上，每一課中也結合具體的主題將問題進行了分解。（1）鉛筆是一個簡單系統，它由哪些組分構成？每個組分幫助鉛筆執行什么功能？（2）動物也是系統，小貓有哪些身體部位？各部位如何發揮作用幫助小貓健康生活？（3）植物也是系統，根、莖、葉、花、果實等各部位對于生命活動有什么重要作用？

每個單元的最后有“回顧”欄目，同樣以問題的形式呈現：“1.什么是系統？2.身體系統如何幫助人運動？3.身體的哪個系統獲取人體需要的氧氣？4.消化系統的主要功能是什么？5.消化系統由哪些組分構成？”將問題作為學生學習自查的手段，體現出“教材”與“學材”的統一性[8]。

此外，在教材的正文中，通過概念卡通和“思考時間”（think time）等小欄目提出相關問題，引導學生深入思考。概念卡通的結構一般為：幾個卡通人物圍繞一個日常情境中的問題進行討論，人物對話圈在卡通泡泡里[9]。例如，在“生物與非生物”的學習中，在一大幅包含荷花、草地、水、獅子等大自然事物的圖景中，兩個卡通小朋友分別提出問題：“人們怎樣獲取所需的空氣、食物和水呢？”“你認為植物的有些身體部位能移動嗎？”這兩個問題分別指向“生物需要空氣、水和食物”以及“生物會運動”兩個核心概念，進而指向跨學科概念多樣性的學習要點：“在我們周圍有各種各樣的生物和非生物”。消化系統部分，以“思考時間”這一小欄目提出問題：“一年中大概吃500千克的食物，但人的重量為什么沒有增加500千克呢”，引導學生思考消化系統中物質的輸入和輸出。

新加坡小學科學教材STAR SCIENCE以各種層次、不同類型的問題貫穿整本書，分布在“單元關鍵問題、正文、回顧、思考時間”等不同的欄目，無時無刻不在以問題驅動學生深入思考，理解核心概念，進而建構跨學科概念。

三、豐富的活動為跨學科概念建構提供直接經驗

概念的學習需要以經驗為基礎。STAR SCIENNCE科學教材采用并推廣基于探究的方法，書中的“試一試”（try it）和“動手做”（hands on）欄目以及活動手冊都提供了豐富的動手體驗活動，讓學生在參與中探索并建構概念。

活動包含各種各樣的類型，有實地考察、游戲、實驗、調查、制作等，在各種環境中展開，學生通過觀察、收集數據來認識身邊的世界。例如，通過參觀自然公園和動物園，對各種動植物進行分類，觀察它們的多樣性；進行簡單實驗，找到一種材料制作讓飲料保溫的瓶子；通過玩?；蚰M的游戲活動讓學生參與到概念的學習中。

該教材配備了相應的活動手冊，為學生開展科學探究和實踐活動提供指導。以跨學科概念“多樣性”為例，四年級教材第一個模塊為“多樣性與分類”，包含“生物與非生物、生物分類、材料分類”三個單元，分別設計了“比較蠕蟲和橡皮筋、給植物分類、識別不同的材料”等動手活動，為學生建立多樣性概念提供直接經驗。以“比較蠕蟲和橡皮筋的活動”為例，活動手冊給出了實驗的材料、方法和結果三部分。實驗材料有蠕蟲、橡皮筋、放大鏡、棉棒、培養皿、蘋果等。實驗分三步：1.使用放大鏡近距離觀察蠕蟲和橡皮筋，并記錄你的觀察結果；2.輕輕地用棉棒觸碰蠕蟲和橡皮筋，記錄你的觀察結果；3.把蠕蟲和一片蘋果放到培養皿中，記錄現象。結果部分，提供了簡要的記錄單供學生記錄觀察結果。

該活動分別聚焦生物和非生物的外部特征、對環境的行為，以及是否攝取食物等特點，指向生物和非生物概念的建構，理解多樣性的第一個要點：“我們周圍存在著各種各樣的生物和非生物”。學生通過直接的活動理解跨學科概念的某一要點，通過多次、不同情境中的活動逐步豐富對不同要點的理解，歷經長時間的學習去建構跨學科概念（見表3）。

四、“圖文并茂”的知識結構圖將概念聯系顯性化

知識結構化是教材編寫的內在邏輯[10]，STAR SCIENCE科學教材利用圖文并茂的知識結構圖將概念之間的聯系顯性化，明確概念之間的層次性，最終指向統攝性最強的跨學科概念。在新加坡小學科學教材中，知識結構化在每一單元、每一課，甚至每一個活動中都得到了充分而具體的體現。

在每個單元結束時都有“放在一起”（put it together）欄目，其中用箭頭將圖片、文字連接起來形成結構圖。以跨學科概念“多樣性”下的“生物與非生物”為例，物體分為生物和非生物，生物以貓和綠蘿為例，非生物以鉛筆和皮球為例，并在圖片下方標出它們各自的特點：“生物需要空氣、食物和水，能運動、會生長、對變化有反應、能繁殖”“非生物不需要空氣、食物和水，不能自己運動、不生長、對變化不產生反應、不能繁殖”。這樣的結構圖契合兒童的年齡特點，又能作為腳手架幫助孩子梳理概念之間的聯系，為學生的跨學科概念建構奠定基礎。

同時，在每一課或者每個活動中有很多“圖文并茂”的知識結構圖，特別是用大量、大幅的真實照片吸引學生的注意力。在跨學科概念循環的模塊中，有晝夜交替圖、雞的生命循環圖，還有“豌豆、椰子、向日葵”等學生生活中熟悉的熱帶植物生命循環圖，以及“姜、土豆、洋蔥”等無性繁殖的植物生命循環圖。只有在豐富的大量的事實性知識的基礎上，學生才有可能建構概念性知識，尤其是最為上位的跨學科概念。

五、對我國小學科學教材編寫的啟示

我國《義務教育科學課程標準（2022年版）》提出了學生需要通過核心概念的學習理解跨學科概念。目前已經有一些學者開始關注如何在教材中融入跨學科概念，他們主要聚焦化學、生物、物理等學科，而小學科學教材的研究尚有不足。新加坡小學科學教材STAR SCIENCE的編寫特點對于我國小學科學教材的編寫具有重要的啟示價值。

1.以跨學科概念作為線索組織內容

教材編排要考慮科學概念的發展順序已經成為共識[11]，然而如何在技術層面實現這一理想則任重道遠。我國當前各版本的小學科學教材仍然以“宇宙、植物、水、空氣”等不同領域的主題來架構單元，學生在理解核心概念以及在概念之間建立聯系方面較為薄弱。因此，可以將跨學科概念作為組織內容的視角，例如從系統的視角將人體系統、電路系統編排在一起，打破學科領域的界限，發揮跨學科概念具有的整體性、綜合性等特點。

2.明確對應問題與概念，突出概念的直接傳遞

新加坡小學科學教材先將跨學科概念分解為要點，然后轉化為問題，同時在正文中呈現問題的答案。我國的教材中很多內容只呈現問題與活動，活動之后所形成的回應問題的概念在教材中并未表達。除了課堂教學之外，教材還是學生科學閱讀的載體，缺少明確的概念表達，不利于學生建構概念。因此，教材編寫需要適當兼顧概念的直接傳遞，突出對于概念內涵的探索[12]，進而幫助學生理解和應用跨學科概念。

3.以多元欄目設置顯性呈現跨學科概念

除正文之外，新加坡小學科學教材還采用“思考時間、回顧、放在一起”等不同的欄目設計，分別聚焦對跨學科概念的深入思考、概念內涵的解釋、將概念建立連接等，以多種方式來幫助學生建構跨學科概念。教材如果沒有明確展現跨學科概念，而是將其隱藏在具體內容之中，可能會因隱性教學和個人感悟而使學生產生理解差異[13]。因此，我們需要對跨學科概念進行顯性化呈現，通過設置多元化的欄目，使之反復出現，讓學生經過長期學習實現跨學科概念的建構。

參考文獻

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