跨學科教學的問題與要義

·名師工作室簡介·

吳紅偉，浙江省特級教師、浙江省技術能手、正高級教師，舟山市技術學科名師工作室主持人。工作室由22位技術教師組成，以“做嚴謹治學的技術教師”為建設理念，聚焦技術學科教師的專業成長；通過為工作室成員搭建“教學設計用書”編寫平臺等載體，開展了一系列“同課異構、評價研修、論文評讀、主題競賽”等研討活動，引領工作室內成員逐漸走向“學者型”技術教師。

【摘 要】《義務教育課程方案（2022年版）》頒布后，跨學科很快成為中小學教師關注的熱點。源于對STEM教育理念的誤解，很多教師對跨學科教學的理解和實踐，存在學科拼盤、深度欠缺和協同缺位等跨學科教學問題。文章從梳理STEM教育與跨學科教學的概念入手，闡述當前跨學科教學存在的問題，并從“跨的本質需求、跨的學科選擇、跨學科的特征”三個維度闡述了跨學科教學的要義。

【關鍵詞】跨學科；STEM教育；數學建模；技術

【中圖分類號】G434 【文獻標志碼】A

【論文編號】1671-7384（2024）010-048-04

《義務教育課程方案（2022年版）》要求“原則上，每門學科要用不少于10%的課時開展跨學科主題學習”[1]。2019年，教育部《關于實施全國中小學教師信息技術應用能力提升工程2.0的意見》指出：打造一批基于信息技術開展跨學科教學的骨干教師，全面提升學生核心素養[2]。這兩個文件頒布后，跨學科教學很快成為中小學教師關注的熱點。只是現有的跨學科教學普遍因理論理解和實踐操作偏差，存在學科簡單拼盤、內容無深度、學科間少協同等“為跨而跨”的不良現象，還有部分跨學科學術書籍雖然有較先進的理論，但卻缺少實際的案例示范。因此，有必要從2022年版義務教育課程方案本質上回應中小學跨學科教學實踐中存在的問題，指明跨學科教學的要義，為廣大教師提供可供參考的跨學科設計范式和實施建議。

跨學科教學面臨的問題

無法正確區分STEM教育和跨學科教學的關系是產生跨學科教學眾多問題的根源。筆者面向浙江、廣東、安徽和河南等省近900名教師開展了相關調研，發現有74%的教師認為“STEM教育”與“跨學科教學”是同種概念的不同表達，有84%的教師認為STEM課程是融合科學、技術、工程、數學等學科的綜合課程，更有部分專家和教育行政管理者的文章，會讓中小學教師認為STEM教育就是跨學科或綜合學習。

1.理論誤區：以為STEM、多學科都是跨學科

不理解STEM教育的法律定義，不理解跨學科教學是STEM教育倡導的一種學習方式，不理解STEM教育的理念是讓學生愛上理工科并為國家培養更多的理工科創新人才[3]。這“三個不理解”是引起中小學教師誤解跨學科教學的最根本原因。

（1）美國STEM教育法案定義的STEM內涵

在我國STEM教育的各類專家講座和STEM教育的各類文獻中，很少有人提及美國發布的《STEM教育法案2014（H.R.5031）》（STEM EDUCATION ACT 2014）[4]。筆者以“STEM”為關鍵詞在中國萬方數據庫檢索到相關文獻39 054篇（其中核心期刊共3359篇），并以抽樣的方式仔細研讀了20篇核心刊物、20篇普通學術期刊和10篇特色期刊上的文章，只有一篇文獻提到STEM教育法案[5]，大多數只是簡單地把STEM教育四個字母代表的學科羅列了一下，這就讓很多中小學教師以為STEM教育沒有專業的概念界定，而只是一個中小學教育系統內部的概念描述，更有部分教師把STEM教育當作一種學科間的拼裝與組合的教學方式。其實，美國的《STEM教育法案2014》第2部分對STEM教育作出了明確的法律定義，即術語“STEM教育”是指科學、技術、工程和數學領域科目的教育，包括建立在這些科目基礎上的其他學科如計算機科學[6]。STEM教育法案沒有任何詞匯涉及綜合學習和跨學科學習。

（2）跨學科是STEM倡導的學習方法

跨學科教學常與STEM教育聯系起來，但兩者屬于不同范疇的概念。美國2018年發布的第二個STEM教育五年戰略計劃指出“最好的STEM教育提供了一種跨學科學習的方法”[7]。因此，從該STEM教育五年戰略計劃中可以清晰感知到跨學科學習只是STEM教育倡導的一種學習方式，STEM教育是國家宏觀層面的方針政策，跨學科則是一種學校微觀層面的教學策略。STEM教育的著眼點完全與跨學科學習不在同一個維度。STEM教育與跨學科教學更不是等價或類似的關系。美國在STEM教育中倡導跨學科教學，主要原因：一是分科教學雖然是STEM教育的基石，但是越來越多的美國孩子不愛修習這些指向數學、物理、生物、計算機等領域的高難度理工類專業課程；二是分科教學模式在面對很多實際的生活和工程問題時無法用單一學科問題解決。因此，美國政府在STEM教育中倡導加強跨學科學習。

（3）混淆多學科教學和跨學科教學

所謂“多學科學習”，即保留學科界限，用多個學科的視角、觀念和方法，探究一個問題或主題，由此發展“多學科理解”。不同學科之間可以并列關聯，亦可先后關聯，以探究問題或主題為核心實現學科知識的情境化[8]。跨學科教學則是一種跨越學科邊界的教學方法，強調將不同學科的知識和方法整合在一起，解決實際問題。在這種教學模式下，教師會引導學生從多個學科的角度去思考問題，鼓勵他們運用所學的知識進行創新性的思考和實踐。以下案例是典型的多學科教學案例，但卻被教師當作跨學科教學。如體育教師在課堂上介紹發令槍使用時順帶普及發令槍火藥的化學知識，介紹舉重前運動員兩手先伸入盛有鎂粉的盆中以提升手掌吸濕性的化學知識；物理教師在課堂上介紹錢學森物理成就時順帶著加強愛國主義教育以實現教育的立德樹人目標[9]。筆者認為，在跨學科教學案例中有一個明顯的標志：如果去掉被跨學科內容，則主學科教學中的關鍵知識點就很難講透或講深。而在所謂的“跨學科”教學中，其他學科知識教與不教都不會影響主學科本身的教學目標和教學達成度，只是讓學生多了解些別的學科知識。

2.實踐偏差：把綜合學習、STEM當成跨學科

正是因為把STEM教育等同于跨學科教學，對STEM教育字母縮寫背后的原因一知半解，從而使很多中小學教師在跨學科教學中習慣性地用上了“學科字母拼盤思維”，最典型的表現就是“STEAM”中對“A”字母的誤讀。在“STEM”基礎上加入“A”的表述最早可見于美國專家Georgette Yakman的研究，該研究對“A”的解釋是：Arts liberal，即社會人文學科領域，但在很多中小學教師心中早就把A與“Arts（藝術）”劃上了等號，卻忽略了后面的libera。更有部分教師開始創新字母游戲，如提出“STEARM”變體，并特別強調R表示閱讀，其實Arts liberal學科領域已經包含了對學生閱讀素養的培養[10]。在這種思維模式下，很多流行于中小學教師的跨學科教學設計明顯缺少深度學習的烙印，也沒有意識到有些高質量的跨學科教學需要多學科協同。于是，跨學科教學中的一些實踐偏差就產生了。

（1）學科字母拼盤：把綜合學習和學科雜糅當作跨學科

誤解跨學科教學和綜合學習的教師，在內心已經把跨學科等同于STEM教育、在行動上卻把綜合學習當作跨學科。中小學原來的綜合實踐活動課轉眼被包裝成跨學科教學，甚至有教師在日常的跨學科教學設計中開始玩“S、T、E、M”字母拆解和組合拼盤游戲，并以綜合實踐活動課程的形式被展現出來。如小學數學中“度量衡的故事”是《義務教育數學課程標準（2022年版）》第二學段“綜合與實踐”建議的主題活動之一，在這個主題活動中，部分教師會引導學生用信息技術搜索了解計量單位的發展歷史，在發展歷史中找尋度量衡的相關成語，然后再要求學生用文字、圖畫等方式表達對度量衡的理解[11]。這個案例是目前中小學教師常見的跨學科教學的形式。如果這個案例是可行的，那么任何教師都是跨學科教學的設計專家，國家也完全沒有必要在新課標中慎重地提出用10%課時開展跨學科主題教學的要求。

（2）深度欠缺：跨學科結合點浮于表象

“跨學科學習”是一種以解決真實問題為核心的深度學習方式[12]。當主學科教師在教學中有關鍵問題突破受阻時，借用輔助學科的知識或工具來幫助主學科構建跨學科結合點、突破教學難點，這有助于提升學生思維的深度。隨時隨地就能開展跨學科教學的教師類似于“初生牛犢”，“不怕虎”的本質是對“跨學科教學”這個未知概念的不了解，他們設計的跨學科教學往往是無深度的學科跨接。沒有指向深度學習的跨學科教學，往往都會呈現“跨與不跨一個樣、跨只是為了形式要求”等現象。

（3）協同缺位：跨學科教學實施中的“獨角戲”

好的跨學科教學也需要多學科教師協同、需要技術工具支持，STEM語境下有深度的跨學科教學往往也需要數學和科學學科知識作為基礎[13]。跨學科教學中鼓勵不同學科教師協同備課，學生實現跨學科學習。分科教師間的協同不僅有利于豐富教學內容、提升專業深度，還為學生提供了多元化的學習體驗。在主學科的教學過程中，其他學科教師的參與會帶來新的視角和方法。比如，在政治學科中對某一選舉事件進行預測，如果能借助數學教師和技術工具的力量，用數學模型建立起選舉預測工具，必將對政治學科的教學產生很大的助力。再如，在高中地理的“地形等高線”一課教學中，如果能借助信息技術工具，實時把學校所在區域地形的等高線展現在學生面前，必將極大豐富學生的課堂。

跨學科教學的要義

跨學科（interdisciplinarity）是指超越單一學科邊界而進行的涉及兩個或兩個以上學科的知識創造與傳播活動[14]。兩個或兩個以上學科之間往往有主輔之分。“跨學科教學”絕不是為了迎合新課標，犧牲原有分學科內在的知識邏輯價值，把主學科和輔助學科的多個知識應用當作教學目標雜糅在一起。恰恰相反，真正的“跨學科教學”是通過建立起學科與學科、學科與生活的內在聯系，從而建構出高于原有主學科育人目標的一種教學思想。在人工智能高速發展的當下，只需要某些學科常識和簡單學科技能就能勝任的工作正在消亡。誠如美國心理學家Howard Garner所言：“倘若一個人不能至少熟稔一門學科，那他注定要任別人擺布”[15]。

跨學科教學打破了單一學科視角思考問題的局限性，高質量的跨學科教學一般具有以下三個特征。

1.跨的本質需求

當在主學科教學中有關鍵問題突破受阻時，此時借用輔學科的知識或工具來幫助主學科突破教學痛點，便體現了跨學科教學的根本目的，也是跨學科教學的本質需求。真正有意義的跨學科融合不僅能夠幫助學生在主學科上取得實質性的進步，還能促進他們在輔學科上的技能提升，實現知識與能力的雙向增長和多維發展。如在高中物理平拋運動打點實驗中，常規做法是通過打點計時器記錄物體在不同時間點的位置，然后將這些數據點繪制成散點圖。通過觀察這些點，學生可以大致“看出”物體運動的規律，但無法深入了解背后的數學原理。如果運用輔學科如數學和編程知識對這些散點數據進行精確的數據分析和數學函數擬合，進而抽象出相應的數學模型，學生不僅能更清晰地“認識”到隱藏在物理現象背后的定量規律，從而加深對物理概念的理解，還能實現對物體運動軌跡的精確預測。當學生具備這種跨學科思維后，他們就可以借助程序的力量，結合數學模型來驗證自己的想法，這不僅培養了學生的綜合分析能力和創新實踐能力，還可以提高學習的深度和廣度。

2.跨的學科選擇

跨學科教學是一種教育方法，它鼓勵從不同學科領域汲取知識，并在這些知識之間建立聯系。美國整合教育委員會提出了一個富有前瞻性的建議：在整合教育的構架中，應當將數學和科學作為核心元素，在它們的基礎上融入技術和工程學科，并在實際的應用實踐中加強這些學科之間的聯系[16]。跨學科教育方法強調的是知識和創造的互相融合，以及不同學科間的內在關聯性。例如，物理化學、生物化學和計算機生物學就是典型的指向基礎學科領域的跨學科領域[17][18]。在這些領域中，科學家可以通過綜合運用物理學、化學、生物學及計算科學等多學科的理論和實驗手段，來解決傳統單一學科難以應對的復雜問題。此外，跨學科教學也關注應用研究領域的發展，如環境法學和環境社會學，這些領域致力于解決與環境和生態相關的現實問題，它們融合了自然科學與社會科學研究的成果，以形成針對環境保護、資源管理和社會政策等問題的綜合解決方案。

為了有效解決跨學科教學中所遇到的各種問題，教師和學者們常常傾向于使用具備數學建模功能的技術工具，這是很多跨學科教學的常見策略。數學建模是一種強大的解決問題的工具，它可以將現實世界中的問題抽象成數學表達式和方程式，通過計算機模擬和算法求解，從而預測和分析可能的結果。這種方法在跨學科研究中極為重要，因為它可以幫助研究者理解不同系統的行為，并對復雜的自然和社會現象進行定量分析。

3.跨學科的特征

“跨學科學習”是一種以解決真實問題為核心的深度學習方式[19]。跨學科教學鼓勵學生將不同學科的知識和技能結合起來，以便更全面地理解概念和問題。在這種教學環境中，深度學習的實現尤為重要，因為它有助于學生在跨學科的背景下建立深厚的知識基礎和批判性思維能力。跨學科教學中體現深度學習的首要特征是綜合性：學生在掌握分學科的核心概念和理論的基礎上，還需要將這些分學科知識整合到一起；它的第二個特征是遷移性：跨學科教學鼓勵學生把他們已掌握的知識和技能遷移應用到實際生活中，從而創造出新的知識價值，這就要求學生不僅要理解現有的知識體系，還要能夠在這些體系中建立新的聯系，從而產生創新的思維和實踐；深度學習的第三個特征是它的實踐性：跨學科教學往往以主題教學或項目化教學的方式出現，2022年版義教新課標就明確提到每個學科都要進行跨學科主題學習。在跨學科教學中，學生被鼓勵參與項目、實驗和其他實踐活動，這些活動要求他們將分學科的知識綜合運用到生活中去解決實際問題。

跨學科教學中呈現的這些指向深度學習的特征共同促進了學生在不同學科之間建立聯系，深化理解，并培養了解決復雜問題的能力和創新思維。

結 語

開展跨學科教學的前提是“主學科是否有無法突破的關鍵問題”，沒有需求的跨學科教學是無意義和無必要的。跨學科教學能加強知識間的內在關聯，培養學生運用多學科知識協同解決問題的創新思維。跨學科教學是中小學教育的“必修課”，但不是全部；是學生經歷跨學科學習，但教師可以邀請多學科教師協同。我們應該擯棄非良構的跨學科教學D/1tMMpkHtXv8h/7kTZKqw==，把跨學科教學方法用好用深。

注：本文系2024年度浙江省教育信息化研究課題“數字化賦能跨學科教學：要義、設計與實踐研究”（課題批準號：2024ETC040）的研究成果

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