摘要：跨学科概念在世界各国的科学课程改革中发挥着关键作用，被广泛认为是促进综合性科学学习的重要组成部分。为此，教育工作者致力于确保跨学科概念在科学教学中得到充分体现，以提高学生的科学素养和加深对科学的理解。然而，实际教学仍面临许多挑战和障碍，需要不断探索和改进有关跨学科概念的教学方法和实施策略。过去10年的研究回顾表明，跨学科概念不应仅被视为具体科学内容的学习，而应探索如何融入科学探究与实践策略，培养学生的系统科学思维。这种整合性的教学方法有助于促进学生对科学知识的连贯性和应用性的理解，形成对科学世界的整体认知。

关键词：跨学科概念　新科学课程标准　思维教学

一、背景

党的二十大报告、“十四五”规划和2035年远景目标都分别强调了教育、科技、人才是建设社会主义现代化国家的基础性、战略性支撑。为了实现这一目标，教育部等十八部门于2023年5月发布了《关于加强新时代中小学科学教育工作的意见》，系统部署在教育“双减”中做好科学教育加法。这一重要举措凸显了国家对中小学科学教育的重视，并表明了改革的迫切性。意见中强调了各部门形成“大科学教育”格局，推动科学教育提质增效，使中小学科学教育成为全面培养学生科学素养和实践能力的重要途径。

跨学科概念的引入是新一轮基础教育科学课程标准改革中的重大转变之一，其在美国等英语国家已经积累了丰富的理论基础和有效的实践经验^[1][2]。然而，在我国科学教育领域，关于跨学科概念的定义、教授方法、教学主体，以及具体的教学策略等方面仍然存在一些困境和争议^[3]。首先，由于跨学科概念的复杂性，学科教师可能缺乏相关的跨学科知识，难以有效地引入跨学科概念，限制了学生对于跨学科概念的深入理解和在科学实践中的应用能力^[4]。其次，由于传统的学科分隔教学模式，教师通常将重点放在自己的学科领域上，难以全面理解和应用跨学科概念^[5]。这种局限性导致学生对跨学科概念的认识变得模糊不清，影响了其在课堂中的应用和发挥。

国际上的研究已经表明，明确引入跨学科概念的教学不仅可以帮助学科教师自身增强科学专业素养，还能够帮助学生建立更全面、更深入的科学认知，培养他们解决复杂问题的科学思维能力^[6][7][8]。

二、跨学科概念解析

从20世纪七八十年代开始，美国的课程改革人员率先尝试在布鲁纳的结构化课程理论基础上，以大概念（big idea）组织统一的科学研究框架，科学课程从显著的分科走向了围绕特定主题、统一概念或学科关联域的统整设计^[2]。根据大概念的内涵，跨学科概念具有几层含义：首先从认知发展角度，它是个体认知结构中重要的关联点，使个体能够有意义地联结零散知识点；其次，从学科知识结构角度，它是各自然学科事实基础上抽象出来的深层次、可迁移、交叉学科水平的核心概念；最后，从课程教学角度，它是课程教学中心位置上的“锚点”，能够连接其他学科知识^[9]。随后，澳大利亚、加拿大和新加坡等地的科学课程标准中也都强调了跨学科概念的统领地位和核心价值。这些概念的内容选择也具有较强的一致性，这进一步表明了跨学科概念在科学教育中的重要性（见表1，以各国最新颁发的科学课程标准为例）。

跨学科概念是从各自然学科事实基础中抽象出来的核心概念，具有深层次、可迁移和交叉学科的特点[9]。简单地对学生进行跨学科概念的教授，并不能真正帮助他们理解和掌握不同领域知识之间的相互联系、依赖和转化。Fick等（2022）的研究回顾了过去10年如何应用跨学科概念进行科学教学的文献指出，跨学科概念不应被视为具体科学内容的学习，而应通过探究教学策略培养学生的系统科学思维^[10]。科学探究在学校科学课程中兴起已有近百年的历史，探究教学旨在让学生深入了解科学家进行科学探究的本质，培养学生像科学家一样具备发现问题与解决问题的能力^[11]。例如科学家并不会被告知需要解决哪些科学问题，以及如何解决这些问题。科学家需要通过观察自然现象、提出问题、构建假设，并运用科学方法和推理推动研究的进行，从而逐步获得对问题的更深入理解和可能的解决方案。

三、基于跨学科概念的教学设计框架与要点

科学哲学家认为，科学就是对自然所发生的一切事物都进行解释。科学解释的目的是唤起对世界的理解，被解释的现象是自然界一般规律的个例，通过解释自然界现象，发现自然现象和规律之间的关系，并通过这些关系建立科学理论。在科学教育中，学生也应该参与与科学家同样的认识活动，即通过构建科学解释增进对科学知识的理解和对科学本质的认识。因此，构建科学解释被认为是学生在科学实践中的关键能力之一，已被纳入由经济合作与发展组织（OECD）发起的国际学生评估项目（PISA）的测量框架，以及英国、美国、澳大利亚、新加坡等国家或地区的科学课程纲领文件中^[12]。