（一）跨學(xué)科概念的構(gòu)成要素

       跨學(xué)科概念是科學(xué)研究中的一個(gè)概念范疇，包括一系列內(nèi)容，呈現(xiàn)出比較復(fù)雜、相對(duì)完整的體系。它普遍適用于科學(xué)（包括物質(zhì)科學(xué)、生命科學(xué)、地球和空間科學(xué)）、技術(shù)、工程中，能夠超越各個(gè)學(xué)科的界限，但又將其聯(lián)系為統(tǒng)一體，是一種反映科學(xué)本身的上位思維方式或工具。在確定科學(xué)教育領(lǐng)域的跨學(xué)科概念時(shí)，需要遵循相關(guān)的原則或標(biāo)準(zhǔn)：能夠體現(xiàn)科學(xué)學(xué)科之間的聯(lián)系和共同思維方式；是基本的、應(yīng)用廣泛的；能夠?yàn)閷?shí)施科學(xué)大綱的人所理解和運(yùn)用；能夠在K-12年級(jí)教育中以由淺入深的方式表達(dá)（具有學(xué)習(xí)進(jìn)階的屬性）。

       根據(jù)以上標(biāo)準(zhǔn)和原則，美國(guó)國(guó)家研究理事會(huì)（NRC）共確定了模式，因果關(guān)系，尺度、比例和數(shù)量，系統(tǒng)與系統(tǒng)模型，物質(zhì)與能量，結(jié)構(gòu)與功能，穩(wěn)定與變化七個(gè)跨學(xué)科概念。

       每個(gè)跨學(xué)科概念都是由要素組成的。有些跨學(xué)科概念由單一要素組成，如模式。還有些跨學(xué)科概念由兩個(gè)或兩個(gè)以上相互聯(lián)系和相互作用的要素共同組成，如“結(jié)構(gòu)和功能”是由結(jié)構(gòu)、功能兩個(gè)要素組成?？鐚W(xué)科概念的構(gòu)成要素依性質(zhì)可分為兩類：第一類主要說(shuō)明事物變化的特征，是對(duì)科學(xué)內(nèi)容的高度抽象和概括，稱為框架性要素，如物質(zhì)、能量、結(jié)構(gòu)、功能等；第二類主要反映事物運(yùn)作的根本原因，是對(duì)事物進(jìn)行外在描述，以及對(duì)事物進(jìn)行分析的方法，重點(diǎn)指向科學(xué)本身，屬于分析方法的范疇，稱為工具性要素，如模式、機(jī)制、模型等。

       根據(jù)構(gòu)成要素的不同，可將跨學(xué)科概念分為兩大類，由工具性要素組成的跨學(xué)科概念稱為工具性跨學(xué)科概念，由框架性要素組成的跨學(xué)科概念稱為框架性跨學(xué)科概念。其中系統(tǒng)和系統(tǒng)模型既屬于框架性跨學(xué)科概念，又屬于工具性跨學(xué)科概念（詳見(jiàn)圖1）。

       （二）跨學(xué)科概念之間的關(guān)系

       由于跨學(xué)科概念是人們認(rèn)識(shí)自然界的構(gòu)成及其運(yùn)作方式的思維工具，因此，跨學(xué)科概念體系應(yīng)該能夠從各科學(xué)學(xué)科共同的角度幫助人們來(lái)認(rèn)識(shí)和理解自然界?？梢詮南到y(tǒng)的靜態(tài)屬性、動(dòng)態(tài)屬性和運(yùn)作機(jī)制三個(gè)方面來(lái)分析跨學(xué)科概念之間的關(guān)系，如圖2所示。

       自然界是由各種各樣的系統(tǒng)組成的，這些系統(tǒng)可能是簡(jiǎn)單系統(tǒng)（如一杯溶液），也有可能是復(fù)雜系統(tǒng)（如生態(tài)系統(tǒng)）。因此，系統(tǒng)是跨學(xué)科概念分析對(duì)象的基本單位。

       在靜態(tài)屬性方面，系統(tǒng)都是由物質(zhì)構(gòu)成的，而物質(zhì)又構(gòu)成了自然界中各種事物的基本結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)都能執(zhí)行相應(yīng)的功能。例如蛋白質(zhì)、糖類、核酸和脂質(zhì)等物質(zhì)構(gòu)成細(xì)胞膜、細(xì)胞器、細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)等細(xì)胞結(jié)構(gòu)，分別執(zhí)行不同的功能，其中細(xì)胞核是遺傳的控制中心，細(xì)胞膜可以控制物質(zhì)進(jìn)出，核糖體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體等細(xì)胞器負(fù)責(zé)蛋白質(zhì)的合成、加工和運(yùn)輸?shù)?。此外，與物質(zhì)相伴的是能量，自然界中存在各種能量形式，能量可以在不同形式之間相互轉(zhuǎn)化，但遵守能量守恒定律。自然界是由物質(zhì)構(gòu)成的，既然是一種客觀存在，那么就存在一定的數(shù)量。自然界這一超級(jí)復(fù)雜的系統(tǒng)是由若干更小的系統(tǒng)來(lái)構(gòu)成的，在不同的“尺度（或范圍）”上，它們的大小各不相同，存在一定的尺度和比例關(guān)系。例如，銀河系、恒星、行星是由大到小的順序，它們之間存在一定的大小比例。

       在動(dòng)態(tài)屬性方面，任何系統(tǒng)都處在不斷地變化過(guò)程中，而這種變化最終會(huì)達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，一旦內(nèi)部和外部的環(huán)境發(fā)生變化，系統(tǒng)的便捷和性質(zhì)就會(huì)發(fā)生改變，因而這種相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)被打破，然后又處于動(dòng)態(tài)的變化中，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)與環(huán)境以及系統(tǒng)內(nèi)部各成分之間的多重相互作用，再達(dá)到新的穩(wěn)定狀態(tài)。因此，系統(tǒng)總是處于穩(wěn)定和變化的持續(xù)動(dòng)態(tài)變化之中。穩(wěn)定和變化是描繪系統(tǒng)發(fā)揮作用的方式。

       在運(yùn)行機(jī)制方面，靜態(tài)屬性是用以描述系統(tǒng)的基本方式，而動(dòng)態(tài)屬性則是系統(tǒng)所呈現(xiàn)出來(lái)的發(fā)展?fàn)顟B(tài)，科學(xué)研究的實(shí)質(zhì)就是探索動(dòng)態(tài)發(fā)展的運(yùn)行機(jī)制。通過(guò)不斷地探索，收集多方面的證據(jù)，尋找規(guī)律，運(yùn)用模式或模型來(lái)解釋所觀察到的自然現(xiàn)象，并進(jìn)一步通過(guò)因果關(guān)系來(lái)闡釋其內(nèi)在機(jī)制。

       （一）跨學(xué)科概念參與科學(xué)課程設(shè)計(jì)

       1.將跨學(xué)科概念作為整合科學(xué)課程的一個(gè)重要維度

       科學(xué)課程的整合已成為美國(guó)科學(xué)教育的重要理念?！禟-12科學(xué)教育框架》和《下一代科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)》（NGSS）的發(fā)布，標(biāo)志著科學(xué)學(xué)科整合進(jìn)入實(shí)質(zhì)性實(shí)施階段?？鐚W(xué)科概念是整合各科學(xué)學(xué)科、建構(gòu)整體科學(xué)的重要工具。

       《K-12科學(xué)教育框架》建立了學(xué)科核心概念、跨學(xué)科概念、科學(xué)與工程學(xué)實(shí)踐三個(gè)維度相融合的科學(xué)課程范式。其中學(xué)科核心概念共涉及物質(zhì)科學(xué)、生命科學(xué)、地球與空間科學(xué)，以及技術(shù)、工程與科學(xué)應(yīng)用四個(gè)領(lǐng)域的13個(gè)核心概念?？茖W(xué)與工程學(xué)實(shí)踐維度包含8個(gè)基本要素。這三個(gè)維度貫穿于課程理念、內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)、教學(xué)和評(píng)價(jià)等各個(gè)環(huán)節(jié)，形成連貫、統(tǒng)一的整體。例如，在2年級(jí)學(xué)生學(xué)習(xí)生命科學(xué)概念“生命科學(xué)（LS）2生態(tài)系統(tǒng)：相互作用、能量與動(dòng)態(tài)”時(shí)，NGSS中提出了學(xué)生應(yīng)該達(dá)成的兩項(xiàng)學(xué)習(xí)表現(xiàn)預(yù)期，同時(shí)還說(shuō)明了這兩項(xiàng)學(xué)習(xí)表現(xiàn)預(yù)期所涉及的科學(xué)與工程學(xué)實(shí)踐、學(xué)科核心概念和跨學(xué)科概念（詳見(jiàn)表1）。

       由上述案例可以看出，課程標(biāo)準(zhǔn)特別強(qiáng)調(diào)三個(gè)維度的整合，形成合力，最終體現(xiàn)在學(xué)生的表現(xiàn)預(yù)期方面。因此，跨學(xué)科概念是科學(xué)課程整合的一個(gè)重要維度，需要和科學(xué)與工程學(xué)實(shí)踐及學(xué)科核心概念有機(jī)地整合在一起。

       2.運(yùn)用學(xué)習(xí)進(jìn)階的思想指導(dǎo)跨學(xué)科概念的課程設(shè)計(jì)

       每一個(gè)跨學(xué)科概念在K-12的不同階段都有不同的要求，隨著學(xué)段的增加，對(duì)跨學(xué)科概念的學(xué)習(xí)要求也不斷提高，深度和復(fù)雜程度也相應(yīng)加大。這也體現(xiàn)了學(xué)習(xí)進(jìn)階的思想。例如，對(duì)于跨學(xué)科概念“結(jié)構(gòu)與功能”，其學(xué)習(xí)進(jìn)階共分為4個(gè)水平：（1）K-2年級(jí)：學(xué)生觀察自然或人工設(shè)計(jì)對(duì)象的形狀，了解其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與功能相關(guān)。（2）3-5年級(jí)：學(xué)生了解不同材料有不同的子結(jié)構(gòu)，比如通過(guò)觀察，同時(shí)，子結(jié)構(gòu)具有與功能相關(guān)的形狀和組成部分。（3）6-8年級(jí)：學(xué)生對(duì)復(fù)雜和微觀的結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)進(jìn)行建模，并基于其形狀、組成及各組成部分之間的關(guān)系可視化其功能。學(xué)生通過(guò)分析復(fù)雜的自然及人工設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)以確定它們的功能，通過(guò)考慮不同材料的屬性及這些材料可以被如何塑形并使用使其具備特定的功能。（4）9-12年級(jí)：學(xué)生通過(guò)測(cè)試系統(tǒng)中不同材料的性質(zhì)、不同組成部分的結(jié)構(gòu)及其之間的關(guān)聯(lián)，來(lái)揭示系統(tǒng)的功能或解決問(wèn)題。他們基于自然或人工設(shè)計(jì)的對(duì)象和系統(tǒng)整體的結(jié)構(gòu)、其組成部分被塑形及使用的方式以及不同材料的分子亞結(jié)構(gòu)等，推斷其結(jié)構(gòu)和屬性。

       由此可以看出，NGSS從學(xué)生理解和應(yīng)用的角度來(lái)闡釋關(guān)于跨學(xué)科概念的學(xué)習(xí)進(jìn)階，強(qiáng)調(diào)運(yùn)用水平，從低要求到高要求，從簡(jiǎn)單運(yùn)用到復(fù)雜運(yùn)用，從熟悉情境中的運(yùn)用到在陌生情境運(yùn)用。跨學(xué)科概念的學(xué)習(xí)進(jìn)階與學(xué)科核心概念及科學(xué)與工程實(shí)踐的學(xué)習(xí)進(jìn)階并行，保持了科學(xué)課程發(fā)展的連貫、有序。

       （二）跨學(xué)科概念教學(xué)

       1.在與核心概念和實(shí)踐的融合中學(xué)習(xí)跨學(xué)科概念

       美國(guó)學(xué)界強(qiáng)調(diào)三維科學(xué)學(xué)習(xí)（TDSL），即教學(xué)時(shí)要使學(xué)生處于某個(gè)核心概念和跨學(xué)科概念的情境中，同時(shí)應(yīng)組織其參與到某種科學(xué)與工程實(shí)踐中。

       在美國(guó)，基于NGSS的教學(xué)設(shè)計(jì)依然處于探索階段。從跨學(xué)科概念教學(xué)的角度出發(fā)，值得關(guān)注以下兩種思考：一是以表現(xiàn)預(yù)期作為學(xué)習(xí)目標(biāo)，將實(shí)踐、跨學(xué)科概念、學(xué)科核心概念的相關(guān)內(nèi)容整合作為學(xué)習(xí)內(nèi)容。把表現(xiàn)預(yù)期作為學(xué)習(xí)成果，將表現(xiàn)預(yù)期與基礎(chǔ)框架聯(lián)系，是教學(xué)設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)和歸宿。比如，為一年級(jí)學(xué)生學(xué)習(xí)生命科學(xué)概念“從分子到生物體：結(jié)構(gòu)和過(guò)程”設(shè)計(jì)教學(xué)時(shí)，要以表現(xiàn)預(yù)期“理解植物和動(dòng)物是由哪些結(jié)構(gòu)組成的以及這些結(jié)構(gòu)如何作用以支持其生存、生長(zhǎng)、行為和繁殖，模擬設(shè)計(jì)解決人類現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的方案”作為學(xué)習(xí)目標(biāo)，將跨學(xué)科概念“結(jié)構(gòu)與功能”融合于教學(xué)，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到自然和人工設(shè)計(jì)的物體的形狀和穩(wěn)定性與其功能有關(guān)，同時(shí)使用材料設(shè)計(jì)或制備簡(jiǎn)單設(shè)備，解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，將“構(gòu)建解釋和設(shè)計(jì)解決方案”這一科學(xué)與工程實(shí)踐的內(nèi)容融入教學(xué)。二是以科學(xué)探究作為基本抓手，在“做”中學(xué)習(xí)跨學(xué)科概念和學(xué)科核心概念。應(yīng)該在真實(shí)情境中開(kāi)展科學(xué)探究，開(kāi)展工程實(shí)踐活動(dòng)，尋找真實(shí)問(wèn)題及解決方案，解釋觀察到的現(xiàn)象，從中學(xué)習(xí)相關(guān)跨學(xué)科概念和學(xué)科核心概念。比如，在一年級(jí)學(xué)生學(xué)習(xí)生命科學(xué)概念“從分子到生物體：結(jié)構(gòu)和過(guò)程”時(shí)，讓學(xué)生對(duì)觀察到的有關(guān)現(xiàn)象分析總結(jié)，讓學(xué)生設(shè)計(jì)、制作有關(guān)模擬動(dòng)物或植物的作品，尋求問(wèn)題解決方案，從中理解該學(xué)科概念和“結(jié)構(gòu)與功能”這一跨學(xué)科概念，以達(dá)到表現(xiàn)預(yù)期界定的學(xué)習(xí)效果。實(shí)際上，這些基本上都還處于理念狀態(tài)，距離實(shí)踐操作方面還有一定距離。

       2.直接教授和反復(fù)使用跨學(xué)科概念

       針對(duì)同一跨學(xué)科概念，在學(xué)生成長(zhǎng)的不同階段，教師應(yīng)以不同的方式和標(biāo)準(zhǔn)反復(fù)強(qiáng)調(diào)，使其逐步深化理解，并能夠較高水平地運(yùn)用。對(duì)于工具性跨學(xué)科概念，應(yīng)不斷地直接向?qū)W生介紹、說(shuō)明，推進(jìn)學(xué)生在科學(xué)學(xué)習(xí)過(guò)程中經(jīng)常使用。比如教師以由淺入深的方式讓學(xué)生認(rèn)識(shí)“模式”這一跨學(xué)科概念，并將其運(yùn)用到學(xué)科學(xué)習(xí)中。對(duì)于框架性跨學(xué)科概念，應(yīng)不斷滲透，經(jīng)常性固化、提升。如“結(jié)構(gòu)與功能”這一跨學(xué)科概念，首先從縱向進(jìn)階角度反復(fù)學(xué)習(xí)，逐漸提高水平；其次從橫向的各學(xué)科核心概念的角度，多方面聯(lián)系學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)“物質(zhì)科學(xué)（PS）1.A物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)”和“（LS）1.A結(jié)構(gòu)和功能”時(shí)，都能夠指向跨學(xué)科概念“結(jié)構(gòu)與功能”的學(xué)習(xí)。這種學(xué)習(xí)有兩種取向，一種是由相關(guān)學(xué)科核心概念延伸至跨學(xué)科概念的學(xué)習(xí)，這是主要的；另一種是學(xué)習(xí)跨學(xué)科概念相關(guān)知識(shí)，再推至相關(guān)學(xué)科核心概念，予以驗(yàn)證、鏈接，這是次要的。

       3.依托特定的情境和真實(shí)體驗(yàn)落實(shí)跨學(xué)科概念的教學(xué)

       跨學(xué)科概念需要以堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)為生長(zhǎng)點(diǎn)，在實(shí)踐中不斷地體驗(yàn)、感悟、積累、提煉和升華。教授跨學(xué)科概念，應(yīng)該聯(lián)系學(xué)生熟悉的現(xiàn)實(shí)生活，結(jié)合學(xué)生的自身體驗(yàn)，注重跨學(xué)科概念在具體科學(xué)學(xué)習(xí)中的運(yùn)用，不斷滲透、內(nèi)化，逐漸養(yǎng)成、提升。美國(guó)科學(xué)教育中非常注重學(xué)生的真實(shí)體驗(yàn)，比如提出一些問(wèn)題，讓學(xué)生思考、感悟結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的思想：為什么飛機(jī)需要設(shè)計(jì)兩翼？為什么車子的輪胎外表是褶皺的？為什么菜刀的一側(cè)薄細(xì)？學(xué)生可以通過(guò)討論問(wèn)題，理解結(jié)構(gòu)與功能的內(nèi)涵、本質(zhì)。

       （三）跨學(xué)科概念的評(píng)價(jià)

       依據(jù)NGSS，美國(guó)對(duì)科學(xué)與工程實(shí)踐、跨學(xué)科概念和學(xué)科核心概念三個(gè)維度的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行整合式評(píng)價(jià)。貫徹“作為學(xué)習(xí)的評(píng)價(jià)”理念，將課程、教學(xué)、評(píng)價(jià)融為一體，評(píng)價(jià)被作為教學(xué)的一部分。表現(xiàn)預(yù)期是三維學(xué)習(xí)目標(biāo)的綜合，是評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)。表現(xiàn)任務(wù)基于三個(gè)維度內(nèi)容設(shè)計(jì)，為“多重成分評(píng)價(jià)任務(wù)”，結(jié)合最終學(xué)習(xí)成果表現(xiàn)，通過(guò)評(píng)價(jià)任務(wù)的不同成分，可以關(guān)注到相對(duì)獨(dú)立維度，如跨學(xué)科概念的具體表現(xiàn)。評(píng)價(jià)時(shí)，凸顯科學(xué)學(xué)習(xí)的社會(huì)化、概念化特征，在“做”科學(xué)中實(shí)現(xiàn)對(duì)科學(xué)學(xué)習(xí)的評(píng)價(jià)，將知識(shí)和操作相結(jié)合。通過(guò)活動(dòng)、測(cè)驗(yàn)、作品等收集科學(xué)學(xué)習(xí)證據(jù)，基于證據(jù)信息，作出判斷，實(shí)施評(píng)價(jià)。指向跨學(xué)科概念的測(cè)評(píng)，設(shè)計(jì)的任務(wù)大多數(shù)是構(gòu)答反應(yīng)和績(jī)效評(píng)估，學(xué)生被要求查明模式，形成機(jī)制和解釋，區(qū)分穩(wěn)定和變化，提供尺度的表征，并數(shù)據(jù)建模。如果測(cè)評(píng)的目的是度量學(xué)生對(duì)跨學(xué)科概念的認(rèn)知，那么學(xué)生必須展示出“做”科學(xué)的證據(jù)，以及能評(píng)論和交流已做工作的證據(jù)。

       （一）充分認(rèn)識(shí)跨學(xué)科概念對(duì)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)發(fā)展的重要價(jià)值

       跨學(xué)科概念是認(rèn)識(shí)自然界的基本思想工具和科學(xué)領(lǐng)域必需的跨學(xué)科素養(yǎng)，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)和認(rèn)識(shí)科學(xué)學(xué)科的本質(zhì)具有不可或缺的作用。在我國(guó)，課程整合理念在基礎(chǔ)科學(xué)教育中處于不斷探索的階段，綜合科學(xué)課程發(fā)展比較緩慢，而分科科學(xué)課程占據(jù)著主流地位，造成各科學(xué)學(xué)科間的統(tǒng)一性和聯(lián)通性不夠明確。這在一定程度上阻礙和影響了跨學(xué)科概念融入我國(guó)基礎(chǔ)科學(xué)教育中，致使我國(guó)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的發(fā)展呈現(xiàn)出不完整、不平衡的特征?？鐚W(xué)科概念對(duì)于我國(guó)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提升和未來(lái)更好的發(fā)展，具有獨(dú)特而重要的價(jià)值。

       學(xué)習(xí)跨學(xué)科概念，有助于塑造學(xué)生整體的科學(xué)觀和素養(yǎng)觀。以跨學(xué)科概念為工具，能夠?qū)⒏骺茖W(xué)學(xué)科相關(guān)的核心素養(yǎng)統(tǒng)整、協(xié)調(diào)起來(lái)，建立學(xué)科間的聯(lián)系。比如，生命觀念是生物學(xué)科的核心素養(yǎng)，物理觀念是物理學(xué)科的核心素養(yǎng)，這些都可以納入跨學(xué)科概念的框架，形成整體的科學(xué)觀念，讓學(xué)生能夠從科學(xué)的視角全面了解、系統(tǒng)認(rèn)識(shí)自然界。在科學(xué)分科教育的背景下，學(xué)生對(duì)各學(xué)科中的基本概念的理解是孤立的、單向的，學(xué)習(xí)跨學(xué)科概念后，可以在不同學(xué)科領(lǐng)域相同或相似的概念間建立鏈條和網(wǎng)絡(luò)，從宏觀上整體把握科學(xué)概念對(duì)自然界的反映。例如，能量是物理、化學(xué)、生物等學(xué)科的基本或主要的概念，學(xué)生可以從不同學(xué)科獲得能量相關(guān)概念和規(guī)律的概括性認(rèn)識(shí)，用于解決具體學(xué)科領(lǐng)域問(wèn)題。這些能量的內(nèi)容和存在形式并不完全相同。作為跨學(xué)科概念要素的能量，是這些學(xué)科領(lǐng)域能量概念的高度抽象和最終概括，為它們提供根本范式和基礎(chǔ)框架，能夠從哲學(xué)視角把握能量的本質(zhì)，揭示能量與物質(zhì)在自然界的客觀存在和運(yùn)行規(guī)律。

       學(xué)習(xí)跨學(xué)科概念，可以幫助學(xué)生更好地理解和運(yùn)用科學(xué)知識(shí)?？鐚W(xué)科概念與學(xué)科核心概念聯(lián)系密切，掌握相關(guān)跨學(xué)科概念，能夠加深學(xué)生對(duì)學(xué)科核心概念的理解。例如，學(xué)習(xí)生物學(xué)中“生態(tài)系統(tǒng)”的有關(guān)內(nèi)容時(shí)，如果掌握了跨學(xué)科概念要素系統(tǒng)的相關(guān)知識(shí)，比如系統(tǒng)的組成、運(yùn)行、對(duì)外聯(lián)系、守恒等，就擁有了理解生態(tài)系統(tǒng)及相關(guān)概念的思想方法和思維工具。掌握跨學(xué)科概念這一工具，還能夠提升學(xué)生的科學(xué)探究能力和科學(xué)運(yùn)用水平。比如，開(kāi)展科學(xué)實(shí)踐和進(jìn)行工程設(shè)計(jì)時(shí)，通過(guò)建構(gòu)、確定、使用、評(píng)估、修正模型，能夠確定模型中潛在的因果機(jī)制，說(shuō)明系統(tǒng)及各部分之間的組成關(guān)系。

       （二）通過(guò)循證研究研制符合我國(guó)學(xué)生實(shí)際情況的跨學(xué)科概念框架及其學(xué)習(xí)進(jìn)階標(biāo)準(zhǔn)

       目前，我國(guó)科學(xué)教育界對(duì)跨學(xué)科概念的研究，大都采用了美國(guó)NGSS中提出的七個(gè)跨學(xué)科概念。由于美國(guó)科學(xué)教育界刻畫(huà)的跨學(xué)科概念進(jìn)階水平是基于美國(guó)科學(xué)教育的經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際情況而提出的，因此，對(duì)我國(guó)中小學(xué)科學(xué)教育中跨學(xué)科概念教學(xué)的適用性還有待進(jìn)一步論證和檢驗(yàn)。我國(guó)需聚合有關(guān)方面的力量，科學(xué)家、課程專家、科學(xué)教育工作者應(yīng)聯(lián)手攻關(guān)，從我國(guó)科學(xué)教育的實(shí)際情況出發(fā)，借鑒美國(guó)跨學(xué)科概念框架和分類理念，通過(guò)調(diào)查和分析，遴選出一組重要的、彼此關(guān)聯(lián)的跨學(xué)科概念，建立適合我國(guó)實(shí)際情況的跨學(xué)科概念框架體系。然后基于對(duì)跨學(xué)科概念本質(zhì)特征和學(xué)生認(rèn)知發(fā)展規(guī)律的認(rèn)識(shí)，選取不同教育水平的地區(qū)和學(xué)校開(kāi)展跨學(xué)科概念教學(xué)實(shí)踐探索，收集有關(guān)學(xué)生學(xué)習(xí)表現(xiàn)的資料和證據(jù)，基于循證研究和產(chǎn)品迭代思想，確立主客觀統(tǒng)一的、科學(xué)規(guī)范并普遍適用的進(jìn)階標(biāo)準(zhǔn)，確定不同學(xué)段學(xué)生跨學(xué)科概念學(xué)習(xí)的水平和表現(xiàn)指標(biāo)體系，為將跨學(xué)科概念融入科學(xué)課程做好必要的準(zhǔn)備，進(jìn)而為跨學(xué)科概念的教學(xué)實(shí)施和評(píng)價(jià)提供可靠的理論和實(shí)證依據(jù)。

       （三）積極探索將跨學(xué)科概念融入分科科學(xué)課程中的設(shè)計(jì)思路與方法

       將跨學(xué)科概念融入分科科學(xué)課程中，主要有以下三種設(shè)計(jì)思路：

       第一種思路是將跨學(xué)科概念作為分學(xué)科課程中的概念表征單位，將相應(yīng)的重要概念和核心概念作為具體跨學(xué)科概念的下位概念，形成以跨學(xué)科概念為主、學(xué)科重要概念為輔的分學(xué)科課程概念體系。這種設(shè)計(jì)思路需要將某一學(xué)科的重要概念打散，再以跨學(xué)科概念為單位進(jìn)行重新組織和整合，因此設(shè)計(jì)難度較大。同時(shí)，在教學(xué)過(guò)程中，教師對(duì)于在跨學(xué)科概念和具體學(xué)科本質(zhì)之間建立平衡也存在較大的難度。

       第二種思路是以分學(xué)科的內(nèi)容體系為主線，以學(xué)科大概念為課程內(nèi)容表征單位，將跨學(xué)科概念融入到具體的大概念中。在這種設(shè)計(jì)思路中，具體學(xué)科的概念體系是外顯邏輯，跨學(xué)科概念是內(nèi)隱性的，這種設(shè)計(jì)的難度較小，操作起來(lái)更容易。由于跨學(xué)科概念是內(nèi)隱的，因此在教學(xué)過(guò)程中，需要特別強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科概念的橋梁作用，幫助學(xué)生利用這些概念將不同科學(xué)學(xué)科的內(nèi)容聯(lián)系起來(lái)，形成協(xié)調(diào)和統(tǒng)一的科學(xué)課程內(nèi)容體系。

       第三種思路是在分科課程邏輯性的基礎(chǔ)上，專門(mén)設(shè)計(jì)跨學(xué)科概念的內(nèi)容主題，即，將分學(xué)科的大概念與跨學(xué)科概念并列，同時(shí)在分學(xué)科大概念和跨學(xué)科概念之間說(shuō)明彼此的聯(lián)系，使得二者共同構(gòu)成分科課程的內(nèi)容體系。在這種設(shè)計(jì)思路中，跨學(xué)科概念和分學(xué)科大概念的地位是相同的，既注重了具體學(xué)科的本質(zhì)特征和內(nèi)在邏輯，又能凸顯跨學(xué)科概念在分科課程中的重要地位。這也為在分科教學(xué)中落實(shí)跨學(xué)科概念的教學(xué)提供了重要的課程政策支持。

       （四）切實(shí)推動(dòng)跨學(xué)科概念在科學(xué)綜合課程中深度融合

       從當(dāng)前我國(guó)科學(xué)課程的實(shí)施情況來(lái)看，小學(xué)全部是綜合課程，初中既有分科課程也有綜合課程，但是僅浙江省使用綜合課程，絕大多數(shù)地區(qū)采取分科課程的形式。

       現(xiàn)行的小學(xué)、初中科學(xué)綜合課程均以《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》《義務(wù)教育初中科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》作為重要的參考依據(jù)。從課程標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)置來(lái)看，雖然都是綜合課程，但課程內(nèi)容主要是以學(xué)科為單位設(shè)定，包括物質(zhì)科學(xué)、生命科學(xué)、地球與宇宙科學(xué)、技術(shù)與工程等領(lǐng)域，每個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的內(nèi)容也是按照學(xué)科邏輯來(lái)呈現(xiàn)的，并未體現(xiàn)出跨學(xué)科概念在科學(xué)綜合課程的重要地位和核心價(jià)值。

       基于我國(guó)以分科科學(xué)課程作為主流課程形式的情況，要真正實(shí)現(xiàn)科學(xué)課程的綜合性屬性，需要打破學(xué)科的界限，嘗試以學(xué)科核心概念和跨學(xué)科概念并行作為基本理念，將跨學(xué)科概念置于和學(xué)科核心概念同等重要的地位。同時(shí)，從橫向的學(xué)科內(nèi)容維度進(jìn)行關(guān)聯(lián)擴(kuò)展，可以在同一學(xué)科核心概念內(nèi)部的概念之間建立關(guān)系，也可以在不同學(xué)科核心概念下的子概念之間建立關(guān)聯(lián)；從縱向的學(xué)科核心概念的共通性來(lái)看，將涉及在相同跨學(xué)科概念的不同學(xué)科核心概念之間建立關(guān)聯(lián)，多個(gè)維度下構(gòu)建系統(tǒng)的科學(xué)概念框架。

       鑒于此，應(yīng)建構(gòu)系統(tǒng)、完整的科學(xué)概念框架，并作為開(kāi)發(fā)科學(xué)綜合課程的重要依據(jù)，將跨學(xué)科概念以與學(xué)科核心概念同等重要的地位融入科學(xué)綜合課程的設(shè)計(jì)中，從理論到實(shí)踐，將對(duì)跨學(xué)科概念的學(xué)習(xí)體現(xiàn)在具體的學(xué)習(xí)過(guò)程和成果中，將跨學(xué)科概念真正落實(shí)到科學(xué)綜合課程中。

       詳見(jiàn)人大復(fù)印報(bào)刊資料《素質(zhì)教育》2021年第8期