萬昆 饒愛京

摘要：跨學科學習已經是義務教育新課程方案倡導的一種重要學習方式，但當前跨學科學習仍存在著“淺層、異化、盲目跨”等問題。研究從跨學科學習的內涵出發(fā)，分析了促進跨學科學習發(fā)生的機制及要素，主要包括三個方面：高階思維技能的發(fā)展、真實情境問題解決的過程、學習環(huán)境設計。在此基礎上，構建了促進跨學科學習的學習環(huán)境設計模型，并從“目標—內容—方法—評價”四個方面提出了實施策略。依據(jù)該模型設計了學習活動，開展了為期一個月的教學實踐研究。研究結果表明：促進跨學科學習的學習環(huán)境設計模型能有效發(fā)展學生的高階思維技能，有效降低學生的外在認知負荷和內在認知負荷，增加關聯(lián)認知負荷，表現(xiàn)出了較好的心流體驗；跨學科學習過程中呈現(xiàn)出“認知負荷—心流體驗—高階思維技能”相互影響的機制。

關鍵詞：跨學科學習；發(fā)生機制；學習環(huán)境設計模型；學習效果

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A

本文系教育部人文社會科學規(guī)劃青年項目“基于集群發(fā)展的縣域基礎教育信息化優(yōu)質均衡提升路徑研究”（項目編號：21YJC880070）、江西省基礎教育研究課題“數(shù)字化環(huán)境下項目化學習的實踐策略研究”（課題編號：SZUSYZH2021-1166）研究成果。

2022年教育部印發(fā)的《義務教育課程方案》中明確提出，各學科要積極開展跨學科學習[1]?？鐚W科學習作為學生學習方式實踐的一種，是學生在日常教與學實踐中所體現(xiàn)的，同時又關注不同學科知識的整合及其背后的意義。在學習科學的語境下，跨學科學習過程及其表現(xiàn)更加關注的是學生理解學科知識背后的意義，關注不同學科知識的整合，強調學科知識整合的方式，以解決真實世界的問題，成為基礎教育階段課程改革所倡導的一種學習方式[2]。

然而，在基礎教育實踐過程中，跨學科學習依然存在著學科知識拼盤、有活動無學科目標、跨學科雜糅與復雜化、跨學科學習可以替代分科學習、低水平跨學科學習實踐等問題[3]。究其原因，在于教師對于跨學科學習發(fā)生機制認識模糊，實施跨學科學習存在實踐誤區(qū)等，難以通過跨學科學習來培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)的目的。而學習環(huán)境設計為跨學科學習的發(fā)生，提供了良好的支架支持[4][5]。因此，跨學科學習發(fā)生的機制及要素如何？如何通過學習環(huán)境設計來促進跨學科學習的發(fā)生？這將對有效落實基礎教育課程改革的需要和推動基礎教育階段學習方式變革具有重要的意義。本研究首先嘗試探索跨學科學習的內涵、發(fā)生機制及要素，在此基礎上構建以促進跨學科學習發(fā)生的學習環(huán)境設計模型，并將其應用在實際的課堂教學中，關注跨學科學習發(fā)生過程中學習者的學習效果，以期為中小學教師開展跨學科教學提供參考。

（一）跨學科學習實踐的研究現(xiàn)狀

當前關于跨學科學習實踐研究主要有兩種研究視角。第一，以STEM教育的方式來實現(xiàn)學習的“跨學科性”。余勝泉等人認為STEM教育跨學科是以整合的教學方式使學生運用技能解決真實世界中的問題，其中一種基本的取向是學科知識整合取向；并提出了STEM跨學科項目設計模式[6]。張屹等人提出了基于設計的跨學科STEM理論框架[7]。也有學者從STEM跨學科視角分析了項目設計，對全國小學STEM展示課進行了分析，其主要流程是導入新課、完成項目、交流評價、總結提高[8]。詹澤慧等人提出了STEAM教育本土化的一種重要途徑是文化本位的跨學科學習[9]。黃璐等人提出了“三步走”的跨學科STEM教育實踐路徑，基于學科基礎知識，達到領域內容標準；通過真實性問題項目，探索學科之間不確定的相關性；借助思維工具，確立相關知識間的邏輯關系模型[10]。第二，基礎教育階段不同方式的跨學科學習的實踐。張澤遠等人以“探秘電池”為例，設計了物理和化學融合的跨學科課程設計思路，并重視教學環(huán)境的設計，將實驗室環(huán)境設計納入教學活動[11]。也有研究者以“大豆‘旅行安家’的啟示”一課為例，探索了基于核心概念和問題導向的跨學科教學[12]?？鐚W科融合主題單元設計與實施流程，包括找到教材單元之間的關聯(lián)、學情分析、確定單元總目標、教學實施、評價反思、策略優(yōu)化[13]。劉艷萍探索了整校都以學科大概念統(tǒng)領來推進單元整體教學[14]。

因此，本研究認為理解跨學科學習的內涵可以從三個方面出發(fā)：第一，從內容上來看，要實現(xiàn)跨學科學習的知識是在事實性知識和程序性知識的基礎上，對不同學科知識之間、概念之間關系的抽象概括和整合，常常是跨學科學習的問題是要架起不同學科知識之間的橋梁。第二，從方法論上看，跨學科學習是需要不同學科知識的概念之間的內在聯(lián)系，形成一個新的整體認識論框架，去理解各個事實、經驗、事物和概念背后的意義。第三，從價值論上來看，跨學科學習過程中，學習者對知識的整合、深度加工，所構造的形象思維和高階想象思維，有利于學習者對不同學科知識的整合和聯(lián)結。知識的整合和聯(lián)結是學習者以大概念為統(tǒng)領，打破學科知識之間的界限，通過一系列的認知活動，如經驗調取、概念理解、意義建構、深度反思等，并整合兩個以上學科知識去解決真實世界中的問題，并在此過程中發(fā)展學生的高階思維技能。

（二）學習環(huán)境設計要素構成及研究現(xiàn)狀

學習環(huán)境設計之初，需要考慮學習的本質和過程以及學習發(fā)生的環(huán)境，具體研究問題包括學生應該獲取哪些知識和技能，如何幫助學生建構知識，內化腳本或獲取實踐技能，怎樣確定學生在學習過程中理解學習內容的價值并保持學習熱情，以及何種方式確定學生可以將他們的知識和技能應用到適合的場景之中。學習的“獲得隱喻”認為傳統(tǒng)的學校教育當中，學習場域與其應用場域是分離的。學徒制學習是基于學習的“參與隱喻”，學習的建構是通過跟隨師父在應用場域進行實踐參與實現(xiàn)的。學習科學領域的學習環(huán)境設計需要將以上兩種“隱喻”提到的路徑整合起來，即同時考慮學校場景中的學習和應用場域中的學習[15]。如果“從教育目標的變化”來理解進行學習環(huán)境設計的意義，也就是新的教育目標需要重新考慮“教師教什么”“教師怎么教”“教師怎么評價學生的學習”這一系列的主題，最終形成一種“教學”的新隱喻——學習環(huán)境的設計[16]。

有關學習環(huán)境的設計，我們需要回到從如何教轉向如何學這個本質問題。尚俊杰等人認為未來學習科學領域要加強智慧學習環(huán)境設計研究[17]。Xu等人研究了技術支持的具身沉浸式學習環(huán)境，提出了具身沉浸的概念框架，包括身體沉浸、感覺沉浸和認知沉浸三個主要維度[18]。Norbet構建了基于心智模型理論為中心的學習環(huán)境，心智模型是對思維的高級建構，因為他們預想了知識將會逐步整合到世界的模型之中的過程[19]。根據(jù)以往文獻來看，不同的學者對學習環(huán)境設計要素的內容認識都不一樣，從學習科學角度來看，學習環(huán)境設計的要素主要包括問題、資源、工具、學習共同體、活動、技術等；學習環(huán)境設計的維度包括物理環(huán)境、社會文化環(huán)境、心智環(huán)境等多個維度。

綜上所述，雖然在學習科學領域研究者關于學習環(huán)境設計基本達成了共識。然而，這些學習環(huán)境設計模型多是聚焦于技術視閾下，融合技術的學習環(huán)境設計，但事實上目前技術與學習環(huán)境設計融合還存在一定的脫嵌等矛盾[20]，且存在以下研究不足：（1）現(xiàn)有研究對跨學科學習的內涵及發(fā)生機制缺乏深度探討和剖析；（2）現(xiàn)有關于學習環(huán)境設計的研究較少聚焦于跨學科學習的發(fā)生過程；多偏重于理論探討，在一定程度上不利于推動跨學科學習的實踐應用；（3）在實證研究中，關注促進跨學科學習的學習環(huán)境設計模型應用及其效果研究較少。鑒于此，本研究擬解決的問題是：促進跨學科學習發(fā)生機制及要素是什么？如何構建促進跨學科學習發(fā)生的學習環(huán)境設計模型及應用效果如何？

（一）促進跨學科學習的發(fā)生機制

學科是相對獨立的知識體系，學科的建構就是要將知識系統(tǒng)化、科學化，知識是學科教與學的關鍵[21]?？鐚W科學習發(fā)生的過程不僅僅是一個知識再生產的過程，而且還是一個運用多學科知識實現(xiàn)真實問題解決的過程，最終目的是發(fā)展學生高階思維技能。那么，適合跨學科學習的知識就不僅僅停留在事實性知識，還需要原理性知識和技能性知識。如果課堂中的學習經過了有效地學習環(huán)境設計，學習者的學習就能經過有組織的結構性活動，才能引發(fā)學生對學習內容的深層次投入，還能為學生深層次的思考提供多元學習環(huán)境支持，從而實現(xiàn)學習者的深度學習。

基礎教育中的學科課程恰恰強調的是知識組織的學科性，但是，學科課程凸顯知識結構的學科性也不是說拒絕和排斥對問題的綜合性探究。如果跨學科學習不是建立在學科學習的基礎上，那么跨學科學習就流于生活經驗式的，不利于學生建構自身學科的認知結構[22]。因此，學科知識的選擇是開展跨學科學習的重要問題。對跨學科學習而言，跨學科學習的主要任務是聯(lián)結不同學科的知識，進行打開、內化、建構，以產生新的知識，并強調通過兩個以上學科知識或方法以解決現(xiàn)實生活中的真實問題。因此，有必要結合跨學科學習的內涵、特征，從知識視角下闡述跨學科學習發(fā)生的機制。

知識和經驗是跨學科學習發(fā)生的基礎。杜威的“經驗”理論的知識具有兩個特點，一是知識本身就是一直高水平發(fā)展到一定程度的經驗，二是知識有其產生過程和發(fā)展的一定情境。也就說，知識和經驗不是憑空產生的，而是在人與對象相互作用過程中不斷發(fā)展起來的。因此，當跨學科學習發(fā)生時，學習者獲得的知識不是灌輸?shù)?，也不是和真實世界沒有聯(lián)系的，學生在跨學科學習過程中是需要不斷去理解知識產生的情境和過程。尤其是跨學科學習的目標是發(fā)展學生的高階思維技能，要求學生不斷調用和激發(fā)先驗知識，并使知識的產生形成一個不斷螺旋上升的過程，并最終內化形成思維能力。

知識理解是跨學科學習發(fā)生的基本前提。在跨學科學習過程中理解知識，歸根結底是要去理解符號所表達的客觀世界和社會實在的關系。學習者對跨學科學習過程中的知識理解很難達到同一性，同時也會存在著理解層次和意義的不同。學習者基于個體感知、先驗知識或具體學科知識中所理解的也是有差異的。但是，學習者在這個過程中主動建構知識與客觀世界的聯(lián)系的過程，是學習者打通真實世界與知識世界的聯(lián)系，從而更深層次地理解學習的發(fā)生。

知識整合和聯(lián)結是跨學科學習發(fā)生的過程?？鐚W科學習的發(fā)生不是一個簡單的認知過程，而是一個不斷地進行著知識整合和建構的活動?？鐚W科學習發(fā)生的過程是一個對不同學科知識進行整合與聯(lián)結的過程，在這個過程中包括學生對不同學科知識的整體感知、深度理解、知識整合、反思遷移等全部過程?？鐚W科學習中基于知識的整合，必須要以學科知識為基礎，同時也要有高階想象思維[23]。因此，跨學科學習過程中，學習者對知識的整合、深度加工，所構造的形象思維和高階想象思維，有利于學習者對不同學科知識的整合和聯(lián)結。知識的整合和聯(lián)結是學習者以大概念為統(tǒng)領，打破學科知識之間的界限，通過一系列的認知活動，如經驗調取、概念理解、意義建構、深度反思等，并整合兩個以上學科知識去解決真實世界中的問題。

高階思維的生成是跨學科學習發(fā)生的歸宿。跨學科學習通過對不同學科知識的整合與聯(lián)結，引導學生在理解真實世界中進行學習?？鐚W科學習的本質不僅僅在于是學習方式的轉變，也不僅僅在于是對學科知識與方法理解的轉變，而是在聯(lián)結不同學科知識和真實世界的知識的基礎上，實現(xiàn)知識的整合和聯(lián)結?？鐚W科學習也不能僅僅靜態(tài)地停留在不同學科知識表層，這既不是知識結果的單向傳遞，也不是基于兩個學科知識的表層應用或機械重復，而必須要超越知識背后的意義系統(tǒng)，探究知識的符號發(fā)生、邏輯發(fā)生，并引導學生建立在世界的關聯(lián)中理解通過兩個以上學科知識去解決真實世界的問題，并生成具有個人意義的高層次理解。

（二）促進跨學科學習發(fā)生的要素

根據(jù)跨學科學習的發(fā)生機制，研究認為要促進跨學科學習的發(fā)生需要滿足三個要素：高階思維技能的發(fā)展、真實情境問題解決的過程、學習環(huán)境設計。高階思維技能的發(fā)展是跨學科學習發(fā)生的目標；真實情境問題解決的過程是學習者實現(xiàn)跨學科學習發(fā)生的表征；學習環(huán)境設計的要素是跨學科學習發(fā)生的基礎。

第一，促進跨學科學習發(fā)生的目標是發(fā)展學習者的高階思維技能，其主要體現(xiàn)在學習者的創(chuàng)造力傾向、批判性思維技能、協(xié)作溝通能力、問題解決等方面技能得到發(fā)展，而具有真實性的問題和任務是促進學習者高階思維能力教學設計的核心，它通常以問題的形式來重新組織課程內容[24]。

第二，促進跨學科學習發(fā)生的過程是要實現(xiàn)真實情境問題的解決，是指學習者在實現(xiàn)跨學科學習時所開展的一系列學習活動，也是跨學科學習發(fā)生的表征，這一系列學習活動主要是圍繞跨學科學習發(fā)生的過程展開，主要包括五個階段，如下頁圖1所示。

第三，促進跨學科學習發(fā)生的基礎是學習環(huán)境設計。本研究主要借鑒喬納森[25]和鐘志賢[26]等學者對學習環(huán)境設計要素的界定，其要素主要由以下幾個方面組成：跨學科學習活動、問題、工具、學習者、跨學科課程設計、學習共同體、支架等要素組成。學習者是跨學科學習的主體，他們的主體性決定了跨學科學習發(fā)生的質量，也決定了學習者的高階思維技能是否能夠通過有效學習環(huán)境設計得以發(fā)展。問題情境是觸發(fā)學習者跨學科學習發(fā)生的基本引擎，其能成為學習者參與跨學科學習活動的基本前提，它決定學習者實現(xiàn)跨學科學習發(fā)生的質量和程度。而且學習環(huán)境不僅僅是指物理的學習環(huán)境，結合學習科學的重要觀點，研究認為學習環(huán)境應包括：（1）物理環(huán)境，指的是教室、多功能教室、戶外、博物館等場所，為跨學科學習提供基本的物理場所；（2）心智環(huán)境，指的是面向真實學習環(huán)境中跨學科學習發(fā)生的過程，其核心是要促進跨學科學習的發(fā)生，聯(lián)接學習環(huán)境和真實世界，以大概念來統(tǒng)領學習環(huán)境中的心智環(huán)境有利于促進學生對知識的深層次理解；（3）技術環(huán)境，指的是借助信息技術等工具來給養(yǎng)學習環(huán)境；（4）社會關系環(huán)境，指的是學習者、教師、技術等之間形成學習的共同體，開展協(xié)商、共建、共享、討論，以促進學習的深層次發(fā)生；（5）課程資源，指的是開展跨學科學習需要的內容資源，包括選擇什么樣的知識進行跨學科學習，如設計大概念；選擇什么樣的課程內容進行設計，如何與真實世界相聯(lián)系等。

促進跨學科學習的學習環(huán)境設計以情境學習理論、建構主義學習理論、活動理論、認知負荷理論為基礎，以重構跨學科學習發(fā)生的學習環(huán)境設計為支撐，以技術作為思維工具，通過學習環(huán)境的設計促進學習者跨學科學習的發(fā)生，實現(xiàn)高階思維的發(fā)展。簡言之，在跨學科學習過程中，學習環(huán)境并不能直接促進學習者的高階思維產生，必須要在特定的情境和文化中，通過開展學習環(huán)境設計，提供一系列的學習活動和學習策略。學習者運用多學科知識實現(xiàn)真實問題解決，既能深入理解學科知識，又能理解不同學科知識之間的聯(lián)結。結合學習環(huán)境設計要素和跨學科學習發(fā)生的過程，本文構建了促進跨學科學習發(fā)生的學習環(huán)境設計模型（如圖2所示）。

（三）促進跨學科學習發(fā)生的學習環(huán)境設計實施策略

1.創(chuàng)建豐富多元化的學習環(huán)境與資源。物理環(huán)境、技術環(huán)境、課程環(huán)境等環(huán)境對學生來說既是學習的場所，也是學生跨學科學習的資源，學生能通過在這些環(huán)境中學習直接獲得和理解知識。物理環(huán)境要求根據(jù)跨學科學習內容進行有效設計，既包括傳統(tǒng)教室，也包括創(chuàng)新學習空間的設計，甚至還包括博物館等場館，聯(lián)結物理環(huán)境和校外、社區(qū)、自然等的環(huán)境。技術環(huán)境要求根據(jù)跨學科學習內容提供適恰的技術，如在線協(xié)作平臺、跨學科學習平臺等，還包括思維導圖等工具技術。課程資源是指學習內容要學科互涉，教師根據(jù)學習內容有效設計有挑戰(zhàn)性的跨學科學習的問題、任務。

2.構建和諧的人際環(huán)境，促進學生主動協(xié)作學習。在促進跨學科學習環(huán)境設計的過程中社會關系環(huán)境方面，教師要精心設計，要尊重小組合作的意愿，更要在跨學科學習過程中注重學生之間的合作、尊重，使教師與學生、學生與學生、學生與環(huán)境之間有良好合作關系，讓學生感受到跨學科學習是有意義的，是互動的，且學習內容與真實世界相聯(lián)系，具有真實情境性，學生便能夠積極地投入學習，獲得較好的心流體驗。

3.構建以大概念引領的心智環(huán)境。促進跨學科學習的學習環(huán)境中，積極構建以大概念為引領的心智環(huán)境，既是大概念形成的過程，其過程可以包括準備、建構、應用三個階段，同時這也有利于促進跨學科學習發(fā)生的過程。通過設計好的問題來突出大概念整合，以聯(lián)結不同學科的知識，達成學科與學科之間知識的整合與融會貫通。

4.以促進學生核心素養(yǎng)的落實為目標。在跨學科學習過程中，學生首先需要通過大概念整合不同學科的知識，理解不同學科知識之間的關系，以通過解決真實情境中的問題來聯(lián)結不同學科之間的知識，以創(chuàng)造產生新的知識。高品質的跨學科學習環(huán)境設計能夠促進學生的跨學科學習，以發(fā)展學生的高階思維技能，從而以促進學生核心素養(yǎng)的落實為目標。

5.設計真實問題序列，開展問題鏈教學。真實的驅動性問題是指學習者能運用多學科知識，通過具身參與實現(xiàn)驅動性問題解決，通過設計真實問題序列，開展問題鏈教學是促進學習者跨學科學習發(fā)生的基礎。好的真實的驅動性問題具有以下幾個特征：一具有可行性，即學生能夠通過設計并執(zhí)行研究方案來解決問題；二具有價值性，即包括豐富的學科內容和跨學科內容，符合促進學習者高階思維技能發(fā)展的目標；三具有情境性，即具有真實且非常重要的情境；四具有意義性，即所要探究的問題對學習者來說是有趣且令人興奮的；五具有倫理性，即所探究的問題不能對個人、集體或環(huán)境造成危害。

6.以高階、挑戰(zhàn)性的學習任務設計為內容。高階、挑戰(zhàn)性的學習任務設計是促進跨學科學習發(fā)生的關鍵，高階、挑戰(zhàn)性的學習任務設計要圍繞不同的學習目標設計不同形式的學習任務，如項目式學習任務、探究式學習任務、問題驅動型學習任務等；同時還要根據(jù)跨學科學習要求，要從不同學科的核心素養(yǎng)要求出發(fā)設計高階、挑戰(zhàn)性的學習任務，既有單學科為主整合其他學科的學習任務，也有以多學科相融通的學習內容為聯(lián)結點的跨學科學習任務，最終形成對學習任務的多維度理解。

7.以大概念整合不同學科的知識為方法。在跨學科學習過程中，學生基于學科知識學習基礎之上，形成對學科知識更加綜合和上位的理解，以形成概念性思維。在跨學科學習過程中，強調學生運用概念來整合思維，實現(xiàn)知識的遷移，以大概念整合不同學科的知識目的是有利于不同學科知識點之間的聯(lián)結與整合。

8.創(chuàng)建真實情境促進積極主動的學習。從本質上說，促進跨學科學習的學習環(huán)境設計是轉變學生的學習方式，使學生通過解決真實情境中的學習而獲得較好的心流體驗。在促進跨學科學習的學習環(huán)境設計過程中，學生需要思考的是如何基于真實情境來提升心流體驗，降低外在認知負荷，提升學生的學習興趣和學習自我效能感。

9.教師從教學執(zhí)行者轉向跨學科課程設計者。隨著義務教育課程標準對實施跨學科學習的要求，實施跨學科教學對教師來說既是機遇又是挑戰(zhàn)，同時對提升教師專業(yè)能力素質、促進教師專業(yè)發(fā)展也具有重要意義。當前，大多數(shù)教師還茫然于什么是跨學科教學，如何設計跨學科學習課程等問題。而要構建有利于跨學科學習發(fā)生的學習環(huán)境設計，教師就必須轉變自己的角色，從原來簡單的教學設計或教學執(zhí)行者，轉變?yōu)榭鐚W科課程設計者。促進跨學科學習的學習環(huán)境設計要求教師在充分了解學生學習興趣和需求的基礎上，結合新一輪義務教育階段課程標準的要求，重新調整教學方法策略，不斷整合、優(yōu)化、重組學科知識內容，并強調學科知識與學科知識的聯(lián)系，與學生共同參與和設計跨學科學習課程，成為跨學科課程設計者。

（一）實驗設計

本研究采取了混合研究設計方法，以探究促進跨學科學習發(fā)生的學習環(huán)境設計效果。研究圍繞“促進跨學科學習發(fā)生的學習環(huán)境設計效果如何？”這一核心問題，按照“效果—關系—機制”的研究視角展開研究。根據(jù)跨學科學習的目標、跨學科學習過程中的心理認知因素等，提出2個主要問題，RQ1：促進跨學科學習的學習環(huán)境設計能否提升學習者高階思維技能和自我效能感？RQ2：在跨學科學習過程中，學習者認知負荷、心流體驗、高階思維技能之間是否存在相互影響？

（二）實驗變量與測量工具

自變量X：學習環(huán)境設計。對于實驗班，采用促進跨學科學習的學習環(huán)境設計組織教學；對于控制班，采用傳統(tǒng)教學模式。

因變量Y：心流體驗、認知負荷、高階思維技能。心流體驗的測量采用Jon Pearce提出的心流量表[27]。認知負荷測量參考了Leppink J等人的認知負荷量表[28]，包括內在認知負荷、外在認知負荷、關聯(lián)認知負荷。高階思維技能量表參考了Carini，Kuh等人[29]、Gwo-Jen Hwang等人[30]、Lee J ， Choi H [31]、姜玉蓮[32]、劉徽[33]等人的研究，并結合21世紀4C技 為四個部分：創(chuàng)造力傾向、問題解決能力、批判性思維、合作溝通能力。

干擾變量及其控制：本次準實驗的干擾變量是學生的學習態(tài)度、學生的知識水平等。為盡可能減少干擾變量的影響，本次實驗是來自一個班的學生，將其分為2組進行實驗。

（三）實驗假設

為進一步探討在跨學科學習過程中學習者認知負荷、心流體驗、高階思維技能之間是否存在相互影響？研究提出如下假設，H1a：內在認知負荷對心流體驗有負向影響；H1b：外在認知負荷對心流體驗有負向影響；H1c：關聯(lián)認知負荷對心流體驗有正向影響；H2a：心流體驗對創(chuàng)造力傾向具有積極正向影響；H2b：心流體驗對批判性思維具有積極正向影響； H2c：心流體驗對合作、溝通技能具有積極正向影響；H2d：心流體驗對問題解決技能具有積極正向影響。

（四）實驗過程

1.學習者特征分析

實驗對象為一所普通中學的九年級學生，該班級學生已經掌握了一定的初中數(shù)學和物理知識；具有較好的溝通、表達能力；學生思維處于形式運算階段，但是總體而言學生班級成績屬于中下水平。

2.促進跨學科學習的學習環(huán)境設計

第一，在學習任務設計、問題的設計等方面重點關注降低外在認知負荷、增加相關認知負荷方面，如增加頭腦風暴環(huán)節(jié)，改變傳統(tǒng)講授“反比例函數(shù)”的教學過程。第二，強化學科核心素養(yǎng)，更加關注學生的“邏輯推理”“直觀想象”等數(shù)學學科核心素養(yǎng)和“科學探究”“科學思維”等物理學科核心素養(yǎng)。第三，問題的設計，更加關注學科知識和方法的整合，創(chuàng)設的情境也能引起學生的學習興趣。第四，設計高階、挑戰(zhàn)性的任務，如設計問題序列。第五，研究者與數(shù)學、物理老師共同備課、討論?；谏鲜觯覀冊O計了“撬動地球”跨學科學習的學習環(huán)境設計，如表1所示。

3.實施過程

研究時間為2021年11月—2021年12月，選擇九年級數(shù)學課程中的“反比例函數(shù)”內容為縱向跟蹤的研究情境。為了將研究干擾程度降到最低，僅在課中讓參與對象填寫問卷。整個實驗過程持續(xù)時長為三周左右。在第一周，研究者與數(shù)學、物理學科教師共同開展教研、討論課程內容選擇和學習環(huán)境設計。第二周到第三周是實驗的實施過程。第三周課程結束后，所有學習者進行問卷調查，具體包括心流體驗、認知負荷、高階思維技能等問卷。此外，對實驗組的學生開展半結構化訪談。實驗班采用“撬動地球”的跨學科學習環(huán)境設計進行反比例函數(shù)的學習，控制班采用傳統(tǒng)的講授方式。

實驗完成后，對實驗班和控制班學生的高階思維技能、自我效能感、認知負荷、心流體驗進行后測，分析學生的高階思維技能、自我效能感、認知負荷、心流體驗等方面是否存在差異。

（一）各變量的單因素方差分析

通過對實驗班和控制班的收集到的后測問卷進行單因素方差分析，得到結果，如下頁表2所示。研究發(fā)現(xiàn)，實驗班在心流體驗、自我效能、以及高階思維的各個維度都高于控制班，內在認知負荷低于控制班，且在自我效能感、高階思維技能、心流體驗、內在認知負荷等維度具有統(tǒng)計學意義上的顯著，雖然外在認知負荷和關聯(lián)認知負荷沒有統(tǒng)計學意義上的顯著，但是實驗班的外在認知負荷低于控制班，關聯(lián)認知負荷高于控制班。換句話說，促進跨學科學習的學習環(huán)境設計模型對學生的認知負荷具有一定的作用且有效提升學生了自我效能感及高階思維技能，在一定程度上可以說，該學習環(huán)境設計有效促進跨學科學習的發(fā)生。

（二）跨學科學習過程中學習者的心流體驗、認知負荷、高階思維技能的關系

我們主要選擇了實驗班的數(shù)據(jù)進行分析，采用基于偏最小二乘結構方程模型的SmartPLS3.0軟件研究各變量之間的關系，并對模型進行解釋和預測，檢驗實驗中提出的研究假設。本次問卷所設維度的Cronbach’s Alpha最小值為批判性思維的0.709，其余均大于0.828，說明信度較好。

研究假設模型中各變量之間路徑系數(shù)的分析結果，如表3所示?？梢钥吹?，在學生認知負荷與心流體驗的三條路徑中，唯有關聯(lián)認知負荷對心流體驗顯著影響，其路徑系數(shù)、標準誤、t統(tǒng)計量、P值分別為-0.515、0.223、2.311、0.021，說明關聯(lián)認知負荷負向影響學生心流體驗，假設H1c成立。而由于內在認知負荷、外在認知負荷與心流體驗之間路徑系數(shù)的p值大于0.05的原因，假設H1a、H1b不成立。同理，心流體驗與創(chuàng)造力傾向、合作溝通能力、批判性思維、問題解決能力之間路徑系數(shù)的p值均小于0.05，因此，假設H2a、H2b、H2c、H2d均成立。

（三）數(shù)據(jù)分析結果

1.實驗結果顯示，實驗班中學生的高階思維技能、自我效能感、心流體驗等各維度均值得分均高于控制班，且具有統(tǒng)計學意義上的顯著差異。數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，實驗班內在認知負荷與外在認知負荷都低于控制班，關聯(lián)認知負荷高于控制班，且關聯(lián)認知負荷在統(tǒng)計學意義上產生了顯著性的差異。

2.實驗發(fā)現(xiàn)，關聯(lián)認知負荷對心流體驗具有正向影響；換言之，心流狀態(tài)較好的學生應具有較高的關聯(lián)認知負荷和較低的外在認知負荷。

3.假設H2a、H2b、H2c、H2d的結果表明，在跨學科學習過程中，學習者的心流體驗與創(chuàng)造力傾向、批判性思維、合作溝通能力、問題解決能力呈顯著正相關。

（四）實驗結果分析

回應本實驗研究的框架，研究從“效果—關系—機制”三個維度來分析促進跨學科學習發(fā)生的學習環(huán)境設計實踐效果。

1.促進跨學科學習發(fā)生的學習環(huán)境設計模型有效降低了學生的外在認知負荷和內在認知負荷，增加了關聯(lián)認知負荷，表現(xiàn)出了較好的心流體驗，提升了學生的高階思維技能。

第一，該模型的應用能有效降低了學生的外在認知負荷和內在認知負荷，增加了關聯(lián)認知負荷。通過訪談發(fā)現(xiàn)，學生對跨學科學習過程滿意，學生也積極愿意投入到跨學科學習的探究中。而且跨學科學習中學生的學習任務具有挑戰(zhàn)性和創(chuàng)造性。因此，學生在解決這一類型學習任務時，需要增加其關聯(lián)認知負荷，特別是在對問題表征的理解、對所需要解決問題的過程等方面提供腳手架支持。

第二，跨學科學習過程中學生表現(xiàn)出較好的心流體驗。從本質上說，促進跨學科學習的學習環(huán)境設計模型對于轉變學生的學習方式，引導學生主動參與到跨學科學習中，并逐漸獲得對學科知識的理解和高階思維技能的發(fā)展具有一定的作用。因此，在實驗中我們看到學生積極地投入到跨學科學習過程中，學習環(huán)境設計為其提供資源、環(huán)境、工具等，教師提供及時的反饋支持，因此，學生在這樣的過程中進入了一種自主而自由的狀態(tài)，獲得了較好的心流體驗，而獲得較好的心流體驗能引發(fā)學生深層次的跨學科學習。

第三，相比于控制組，實驗組中的促進跨學科學習的學習環(huán)境設計都有效發(fā)展了學生的高階思維技能，也達成了研究提出來的跨學科學習的目標是發(fā)展學生的高階思維技能。

2.在跨學科學習過程中，外在認知負荷對心流體驗有負向影響，關聯(lián)認知負荷對心流體驗有正向影響，心流體驗對學生的高階思維技能具有積極正向影響。

研究發(fā)現(xiàn)，在跨學科學習過程中外在認知負荷對心流體驗有負向影響，關聯(lián)認知負荷對心流體驗有正向影響，心流體驗對創(chuàng)造力取向、批判性思維、問題解決能力、合作溝通能力有積極正向影響。因為外在認知負荷是可以通過教學設計或教學程序改變的；關聯(lián)認知負荷是指學習者在跨學科學習過程中所需要的認知負荷，學習者在跨學科學習中的認知負荷主要來源于問題解決、知識整合、學習認知活動的過程中。因此，在跨學科學習的學習環(huán)境設計模型中，要降低外部認知負荷，增加相關認知負荷，以提升學習者的心流體驗，其核心在于促進跨學科學習的學習環(huán)境設計的原則。

3.根據(jù)結構方程模型結果，在跨學科學習過程中，呈現(xiàn)出“認知負荷—心流體驗—高階思維技能”相互影響的機制。

通過結構方程模型結果發(fā)現(xiàn)，在跨學科學習過程中，學習者的認知負荷與心流體驗、心流體驗與高階思維技能之間都是相互影響的。因此，教師為學習者設計跨學科問題時，要為學習者提供問題的情境設計和合適的支架支撐，能有效幫助學習者降低認知負荷，并引導學習者調取先驗知識，整合不同學科知識或方法，引導其進行深度加工，以獲得更好的心流體驗和更多的學習投入，并最終改善跨學科學習的效果，提升學習者的高階思維技能，實現(xiàn)深度學習。

本研究首先闡釋了跨學科學習的內涵及跨學科學習發(fā)生機制，其次構建了促進跨學科學習發(fā)生的學習環(huán)境設計模型，并從“目標—內容—方法—評價”四個方面提出了實施策略，最后，分析了跨學科學習過程中學習者的學習效果。本研究僅是對促進跨學科學習發(fā)生的學習環(huán)境設計模型應用的初步探索，盡管對跨學科學習的理論和學習環(huán)境設計的實踐進行了豐富，但同時也存在一些研究不足。未來我們將采取基于設計的研究方法，持續(xù)在基礎教育階段開展跨學科學習的實踐探索，以形成更加穩(wěn)定的促進跨學科學習的學習環(huán)境設計模型，推動從學習科學到教學實踐的變革[34]。

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作者簡介：

萬昆：副教授，博士，碩士生導師，江西省哲學社會科學重點研究基地教師發(fā)展與數(shù)字化研究中心副主任，研究方向為學習科學與技術、教育數(shù)字化。

饒愛京：教授，博士，博士生導師，副校長，研究方向為教育數(shù)字化、高等教育管理。

Occurrence Mechanism， Model Construction and Empirical Research of Learning Environment Design to Promote Interdisciplinary Learning

Wan Kun， Rao Aijing

（Research Center of Educational Information， Shangrao Normal University， Shangrao 334001， Jiangxi）

Abstract： Interdisciplinary learning has been an important learning way advocated by the new Compulsory Education Curriculum Program， but there are still problems such as “shallowness， alienation and blind crossing” in interdisciplinary learning currently. Based on the connotation of interdisciplinary learning， this paper analyzes the mechanism and elements of promoting interdisciplinary learning， which mainly includes three aspects： the development of higher-order thinking skills， the process of solving real situation problems and the design of learning environment. On this basis， this paper constructs a learning environment design model to promote interdisciplinary learning， and puts forward implementation strategies from four aspects of “objective-content-method-evaluation”. Based on the model， this research designed a series of related learning activities and conducted a month-long practical study. The research results show that the learning environment design model for promoting interdisciplinary learning can effectively develop students’ high-order thinking skills， effectively reduce students’ external cognitive load and internal cognitive load， increase related cognitive load， and demonstrate a good flow experience. Moreover， in the process of interdisciplinary learning， there is a mechanism of mutual influence between “cognitive load-flow experience-high-order thinking skills”.

Keywords： interdisciplinary learning； occurrence mechanism； design model of learning environment； learning effect

責任編輯：李雅瑄