小学科学跨学科概念的教学实践研究

江苏省南京晓庄学院第一实验小学 许晓春

新课标首次明确了学生的科学核心素养包含科学观念、科学思维、探究实践和态度责任四个方面，并从课程内容上设置了十三个学科核心概念和四个跨学科概念（系统与模型、物质与能量、结构与功能、稳定与变化）。其中，跨学科概念是首次提出，属于概念范畴，与学科核心概念在一个知识层级，两者既有区别又有联系。因此，处理好科学跨学科概念的学习，对于发展学生科学素养意义重大。

跨学科概念历经几十年的形成与发展，在不同阶段有着不同的构成要素与发展要求。结合当下对科学教育的研究和实践，我们可以理解为，跨学科概念是学习者经历一段学习历程后形成的对自然与社会更抽象的一般看法，是不同领域、不同学段的学科核心素养的综合、连接与再抽象。可以说，它是学习者认知世界、进行科学实践的一种思维工具。

针对小学科学的学习特点，教师需要注意处理好学科核心概念和跨学科概念的关系，将各学段、各领域的学科核心概念联结起来，从综合整体的视角引领学生看待科学与社会，建构跨学科概念、发展跨学科概念、运用跨学科概念，让学生对科学与社会形成客观、整体的认识。

一、由点到面：建构跨学科概念

从学科核心概念与跨学科概念的关系出发，教师可以在多个学科概念的学习与实践的基础上，帮助学生形成对跨学科概念的整体认知和理解，从而逐步建构跨学科概念。

分析新课标中提出的十三个学科核心概念与四个跨学科概念，我们可以看出，跨学科概念蕴含在学科核心概念中。以“结构与功能”为例，此概念就蕴含在“物质的结构与性质”“生命系统的构成层次”“生物与环境的相互关系”“生命的延续与进化”“技术、工程与社会”“工程设计与物化”等学科核心概念中。

因此，在科学教学中，教师要心中有数，从跨学科概念的角度来审视和处理日常的概念学习。如对于“结构与功能”这样的跨学科概念，教师可以结合“物质的结构与性质”“生命系统的构成层次”等内容由点到面地逐步帮助学生建构。

具体到学习内容，如苏教版科学一年级上册“轮子的故事”，学生在探索发现轮子发展历程的过程中，体验到轮子由最早的圆木到有轴的圆盘的变化，实际上已经对物体结构与功能的关系有了初步感知。再如苏教版科学三年级下册“植物与环境”，教师可以从生命领域的角度引领学生认识到植物体结构与适应环境的功能之间的关系。

在以上这些例子中，学生将认识到的物体外显的结构与其内隐的功能关联起来，可以从结构分析解释功能，也可以从结构出发解决功能需求。这正是“结构与功能”这一跨学科概念在具体学科概念学习中的体现。学生在建构具体学科概念的同时，也在逐步形成跨学科概念。所以，教师在学科概念学习过程中，要注意从跨学科概念角度加以引导和渗透，关注到蕴含在不同学科领域中的“点”，帮助学生逐步综合形成“面”。

二、整体观照：联结跨学科概念

由学科核心概念出发，逐步形成综合、连接与再抽象的跨学科概念，这是学科核心概念与跨学科概念之间关系的一种学习方法表达。与此同时，教师还需要注意新课标明确的四个跨学科概念。在学生认知图式中，它们不是彼此孤立的，共同构成了学生认知科学与社会的思维工具。因此，在具体学科概念学习中，教师要宏观、整体地看待跨学科概念，关注到跨学科概念之间的联结。

客观分析，学科核心概念之间、学科核心概念与跨学科概念、跨学科概念之间是相互联系、交织在一起的，进而形成学习者认知图式中的概念网络。我们从新课标中每一个学科核心概念一般蕴含两个以上的跨学科概念中就不难看出。

具体操作上，以苏教版科学五年级上册“水在自然界的循环”为例，探究自然界中水的多种形式及相互转化，对应了“物质的变化与化学反应”的学科核心概念，同时蕴含了“物质与能量”“稳定与变化”的跨学科概念。在实际教学过程中，教师引导学生开展造雾、造露、造霜、模拟雨的形成等探究活动，建构了以水为代表的物质三态变化的科学概念，概念中的水蒸气、小水珠、小冰晶等都是水分子的外显形式，对形成一般物质的概念起到奠基作用。

同时，以水为代表的物质三态变化，也蕴含了“稳定与变化”的跨学科概念。自然界中不同形式的水，本质都是水分子的存在，云、雾、雨、露、霜、雪、冰等形态表现了水在一定条件下的稳定。教师引领学生在具体的造雾、造露、造霜等活动中探究什么样的情况下会产生怎样的形态变化，从而理解水在遇热、遇冷达到一定条件时才会从一个稳定的状态转化到另一个稳定的状态，上升到上位的物质变化的概念。

这样，教师通过自然界中水的三态变化的整体单元的探究学习，将“物质与能量”“稳定与变化”两个跨学科概念联结起来，既强化了学科概念的建构，也渗透了相应的跨学科概念，为学生宏观、整体认识世界奠定了基础。

三、把握时机：认知跨学科概念

跨学科概念对于小学生来说比较抽象，因此，教师在帮助学生建构跨学科概念时，需要把握好时机。一种是在学科核心概念学习的过程中渗透跨学科概念，让学生逐步积累对跨学科概念的感知，当这种感知积累到一定程度，由量变达到质变，从综合、整体的高度明确地形成跨学科概念。

而另一种则是直接教授和反复使用跨学科概念。教师可以在日常教学中，在学生建构学科核心概念的同时，当出现对应的跨学科概念时，直接讲授以明确，帮助学生确定跨学科概念，并且在随后的教学设计中，引导学生使用跨学科概念解释现象、解决问题。值得注意的是，针对不同学段的学生，跨学科概念的直接教授和反复使用，要适时和适度。

针对直接教授和反复使用跨学科概念的方法，以苏教版科学五年级上册“地球的表面和内部”为例，该单元对应学科核心概念“地球系统”。在学习单元起始课“地球的表面”时，借助图片和地形地球仪帮助学生认知地球表面，此时，教师可以直接引出“系统与模型”的概念，告诉学生地球表面就是多种元素组成的有序整体，叫做“系统”。为了方便描述和理解，我们将这个“系统”简化表现出来，就是模型，也就是地形地球仪。这样可以让学生在课堂上更加清晰地认知地球表面丰富多样的地形地貌。

这样直接教授“系统与模型”的跨学科概念，对于五年级学生的认知水平，是可行的。在单元起始课，学生初步认知了这一跨学科概念，对于本单元后续的学习研究有良好的促进作用。跨学科概念的不断出现与学生的反复使用，促使学科核心概念“地球系统”与跨学科概念“系统与模型”的建构相辅相成。学生能够认识到地球表面是一个系统，地球内部也是一个系统，整个地球同样构成了一个完整的系统。同时，学生能够尝试以简单和突出要素的方式，将自己的认知以模型的方式表达出来。

四、由低到高：进阶跨学科概念

科学概念在人脑中的建构是一个不断完善、进阶的过程，尤其抽象、概括的跨学科概念更是如此。学生不论是在多次学科核心概念学习中感知跨学科概念，还是直接学习和运用跨学科概念，都需要经历一个由低到高、由浅入深的螺旋上升的过程。新课标中明确提出的四个跨学科概念，针对的是1～9年级学生。我们可以理解为，学生在小学阶段通过一系列科学学习，一步步建构起这些跨学科概念，并不断提升其完整性、综合性、全面性。到了初中，在物理、化学、生物等科学学科学习中，学生会再次反复接触到这些跨学科概念，进一步认知、运用，不断深化概念。

基于进阶跨学科概念的认识，在科学学习中，教师就要针对不同年级学生的认识特点，提出关于跨学科概念学习的不同要求。低年级学生侧重感知与熟悉，可以不认知概念名词，但能对跨学科概念不断增加熟悉感；中年级学生侧重积累与转化，在学科核心概念学习中，能进一步认识相应的跨学科概念，并将这样的熟悉感转化为基本的共性的归纳与表达；高年级学生侧重习得与运用，经过前期对相应跨学科概念的认知积累，结合教师明确的教授，可以进一步在解释现象、解决问题时，运用跨学科概念。

以“物质与能量”这一跨学科概念为例，在苏教版小学科学教材中，低年级如“石头与泥土”“水”“空气”“它们是用什么做的”等内容，除了相应学科核心概念的学习与建构，教师需要有意识地侧重学生对“物质与能量”的初步感知和熟悉，让学生逐步形成观念——这些事物实质上是客观存在的一个类别。中年级如“物体的运动”“常见的力”等内容，帮助学生不断积累和转化——运动是物质的基本属性。高年级以“神奇的能量”等内容为代表，串联起学生积累的学习经验，集中认知——能量是一切运动物质的共同特性。这样，学生认知图式中关于“物质与能量”的概念，在学科核心概念的支撑、联结下，其内涵与外延、深度与广度都得到进一步深化与提升。

五、联系生活：运用跨学科概念

建构与运用跨学科概念往往是密不可分的。学生建构跨学科概念需要将多个学科核心概念联结起来，归纳共性，整体考量，才能逐步建构，而不同领域、数量繁多的学科核心概念最有效的突破口就是学生的生活经验。因此，将学生的生活经验和实验现象紧密联系，能够更好地帮助他们建构跨学科概念。如苏教版科学三年级下册“身边的材料”单元中，出现了纸、金属、塑料这些常见材料，教师一般会选择从学生实际生活中的具体物品出发，因为他们对具体物品有直观体验和使用经验，这样才能有效地进行探究活动，上升到对跨学科概念的认识——物体结构与对应功能是联系和统一的。

跨学科概念不仅是概念知识，还是思维工具、认知工具。因此，学生要建构跨学科概念，还要运用跨学科概念，而运用的最好场域则是学生的生活世界。以“系统与模型”跨学科概念为例，教师在学习中可以引导和鼓励学生从“系统”与“模型”的角度认识事物、发现规律、解决问题。如在“生命系统的构成层次”的学科核心概念学习中，教师可以从学生对自然世界的客观认识经验出发，指导他们进行系统分析，将常见的物种进行分类，认识地球上存在的动物、植物、微生物等不同类型。学生在进行分类的过程中，会以图表、文字的方式表征出来，这实质上是模型建构思维的运用。这样，不断地将跨学科概念融入学生的生活情境中，并在不同的学科核心概念学习中加以运用，将使学生逐步掌握“系统”分析、“模型”建构的方法，从而更加有效地建构学科核心概念和跨学科概念，进一步完善自我认知图式中的科学概念体系。