摘 要：“結構與功能”跨學科概念是學生認識物質世界的基礎，其建構過程是學生形成科學思維方式的重要途徑，需注重正逆思維的合理選用、縱橫建模的綜合考量與規(guī)范循證的真實呈現(xiàn)。教學中，以核心問題為驅動，通過觀察、比較與分析、歸納與概括等方法的綜合運用進行逐級建模，聚焦概念的生成與理解；再以核心問題為導向，進行真實規(guī)范的循證研究，凸顯概念的內(nèi)化與遷移。

關鍵詞：小學科學；結構與功能；跨學科概念；建模；循證研究

*本文系國家社科基金教育學一般課題“數(shù)字教育背景下小學生創(chuàng)造性學習的發(fā)生機制與培育模式研究”（批準號：BHA240244）的階段性研究成果。

為了使知識在各種科學實踐情境中變得可用，學生需要建立一個以關鍵觀點或概念（大概念）為中心、相互連接良好的知識網(wǎng)絡。這樣的知識組織可以幫助學生在不同的情境中激活和調用相關概念，從而解決問題并作出決策。事實上，在各國的科學課程改革中，這種關于學習的觀點已經(jīng)得到了廣泛應用。各國的科學新課程都強調了學生在科學學習中最需要理解的關鍵概念（如德國自然科學課程標準中的“基本概念”，美國《K-12年級科學教育框架》中的“跨學科概念”），以及圍繞這些概念組織知識網(wǎng)絡，加強知識間的內(nèi)在關聯(lián)，促進知識結構化的重要性。^［1］同樣地，我國《義務教育科學課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”）凝練了“系統(tǒng)與模型”“物質與能量”“結構與功能”“穩(wěn)定與變化”4個跨學科概念，與13個學科核心概念一起，構成了義務教育科學課程的主體內(nèi)容。^［2］本文主要聚焦“結構與功能”這一跨學科概念，分享一些思考。

一、“結構與功能”跨學科概念的內(nèi)涵及具體體現(xiàn)

“結構”是物體或系統(tǒng)的內(nèi)部組織和構造方式，“功能”是這些結構所表現(xiàn)出的作用或效能。功能可以用結構來解釋，結構可以通過功能進行推測，兩者相統(tǒng)一，是系統(tǒng)的兩個互補方面。

“結構與功能”跨學科概念在多個領域中均有運用：在生物科學中，生物體的結構與其功能密切相關，如魚鰓的結構使魚具有了在水下呼吸的本領；在物質科學中，物體的結構決定了其物理性質和功能，如根據(jù)物體的結構和性質，分離兩種混合在一起的物體；在技術與工程中，產(chǎn)品的結構設計是實現(xiàn)產(chǎn)品預期功能的關鍵。“結構與功能”跨學科概念是小學階段學生認識物質世界的基礎，是學生形成用科學的眼光看待問題、分析問題、解決問題這樣的科學思維的重要途徑，也是學生進行知識遷移與應用的重要手段。

梳理新課標及小學科學教材（以蘇教版為例）中的相關內(nèi)容，我們可以發(fā)現(xiàn)，“結構與功能”跨學科概念在學科核心概念及具體教學內(nèi)容中均有體現(xiàn)（詳見表1）。

二、建構“結構與功能”跨學科概念的邏輯向度

以建構“結構與功能”跨學科概念為目標的科學教學，需要基于以下邏輯進行合理考量與設計。

（一）正逆思維的合理選用

“結構”與“功能”是相輔相成的兩個概念，同步結合于生物體（物質）中：一方面，基于生物體（物質）呈現(xiàn)的結構特征，可以用來解釋功能；另一方面，根據(jù)生物體（物質）表現(xiàn)

出的功能，可以推測其內(nèi)部無法直接觀察的結構?；诖耍诮嫛敖Y構與功能”跨學科概念時，教師應依據(jù)學生認知與教學實際，合理選用從結構到功能或從功能到結構的思維方式。如有必要，可以兩者兼有，但應做好合理配置。

（二）縱橫建模的綜合考量

對生物體（物質）進行建模是建構“結構與功能”跨學科概念的基礎，需要綜合考量橫向聯(lián)結與縱向抽象的思維邏輯?；趯ι矬w（物質）的多維觀察，通過梳理多種結構的共同功能，達成橫向聯(lián)結，并進行思維與方法的遷移，初步形成對生物體（物質）的整體印象；再基于對生物體（物質）結構與功能散點認知的概括性理解，包含比較與分析、歸納與概括等，達成縱向抽象，逐步建構、優(yōu)化生物體（物質）的模型。

（三）規(guī)范循證的真實呈現(xiàn)

在建構跨學科概念的過程中，規(guī)范真實的循證研究，是內(nèi)化與拓寬概念理解的必由之路。規(guī)范真實的循證研究應呈現(xiàn)基于真實而系統(tǒng)推進的樣態(tài)：學生在真實的情境中，基于真實的起點與證據(jù)，借助真實的學習支架，開展真實的數(shù)據(jù)收集與分析，呈現(xiàn)真實的系統(tǒng)論證過程。

三、建構“結構與功能”跨學科概念的實踐路徑

教學中，我們可以從“建?！迸c“循證”兩個維度引導學生建構“結構與功能”跨學科概念（如圖1所示）。下面，以蘇教版小學科學四年級上冊《鳥類》一課為例，具體闡述相關實踐。

（一）建模架構：概念的生成與理解

一個物體的結構決定了其可能的功能，而功能又往往反映了結構的某些特性。因此，對物體的結構建立初步的模型，是形成“結構與功能”跨學科概念的基礎。建立物體的模型，以形成對某一類別物體的概念，重點在于“能夠描述某一類物體的共同特征”。例如，要想理解鳥類結構及其功能之間的關系，學生首先要了解鳥類的共同特征，其中涉及觀察、比較、分析、概括、歸納等多種思維活動。

1.觀察

充分的觀察是獲得科學證據(jù)最直接的方式，更是學生科學思維發(fā)生的起點。

《鳥類》一課的開篇即以觀察動物園的視頻和圖片引入，讓學生初步識別鳥類和其他動物的區(qū)別，將學生的經(jīng)驗結構化，以此作為“鳥類”概念發(fā)展的基石。

隨后，教師通過核心問題“請你仔細觀察，把它們的共同點寫在記錄單上”“這兩種羽毛對鳥類有什么作用？”“看一看這些喙分別是什么樣子的，想一想，它們分別適合吃什么樣的食物？”引出本課三個重要的觀察活動：觀察并記錄五種鳥的共同點；觀察鳥類羽毛的特征，進而推理出其作用；遷移應用羽毛的研究方法，觀察不同鳥喙的結構，推理其食性。三個觀察活動由淺入深，以觀察為起點，逐步開展比較、分析、歸納、概括等思維活動，避免了活動內(nèi)容的碎片化。

2.比較與分析

學生在研究一種物體的共同特征時，通常會帶著對這個物體的前概念。他們可能對這個物體很熟悉或者知道它的一些特點，但這些零散的、不系統(tǒng)的前概念，不足以支撐學生建立起這個物體的概念模型，還需要進一步的比較與分析。

分析是將一個復雜的事物、現(xiàn)象或問題拆解成其組成部分或基本元素，以便更好地理解其結構、性質、功能或原因的過程。學生在研究鳥類的共同特征時，需要將鳥這個整體分解為頭、軀干、翅膀、足、尾巴、鳥喙、羽毛等各個部分，通過比較發(fā)現(xiàn)對象之間的異同，進而確定鳥類的分類標準，初步建構出鳥類共同特征的模型。這么多共同特征中，哪些是鳥類特有的呢？學生再一次運用比較、分析的思維方法，消解“會飛是鳥類的本質特征”這一錯誤前概念，加深對鳥類特征的理解，也為接下來進一步研究羽毛和鳥喙“結構”與“功能”的聯(lián)結做了鋪墊。

3.歸納與概括

歸納與概括是兩種常用于整理信息、提煉要點和形成結論的思維方法。歸納是一種從個別到一般的推理方法，即通過觀察、分析一系列具體事例或現(xiàn)象，提煉出它們之間的共同特征或規(guī)律，從而得出一般性的結論或原理。概括是一種將復雜信息或長文本提煉為簡短表述的過程，旨在保留關鍵信息，去除修飾和細節(jié)。

通過比較與分析，學生能夠發(fā)現(xiàn)關于鳥類的諸多特征，但是課堂上給出的觀察材料只是有限的幾種鳥類，還需要學生通過小組討論和匯報，從五種鳥的具體特征中提煉有效信息，概括歸納出鳥類的共同特征（如羽毛、喙等），從而從具體走向抽象，優(yōu)化鳥類特征的模型。

需要注意的是，以上幾種方法不是獨立存在的，而是在模型建構時綜合運用的。建構跨學科概念時，還需要根據(jù)實際情況引導學生合理運用正逆思維理解概念，對問題進行全面而深入的分析；同時，綜合考量橫向聯(lián)結與縱向抽象的思維邏輯，在逐級建構中不斷調整和優(yōu)化模型。

（二）循證探究：概念的內(nèi)化與遷移

“循證”一詞源自醫(yī)學領域，其含義是“遵循證據(jù)”，強調基于可靠的數(shù)據(jù)、研究或經(jīng)驗來制定策略?！而B類》一課的第二個探究活動“搜集信息，分析解釋鳥類羽毛的結構特征和作用”，既是對鳥類特征模型的深化研究，也是一次典型的基于真實證據(jù)的循證探究。學生通過多方面的證據(jù)支持，理解鳥類羽毛結構的獨特性及其對鳥類生存的重要性，建立結構與功能的有效連接，深化對鳥類特征的理解。

1.循證起點

以問題為導向，是循證的起點。只有明確了問題，才能有針對性地收集和分析證據(jù)，從而找到解決問題的方法。

首先，教師讓學生觀察、分類，了解正羽、絨羽的羽毛結構；接著，從“這兩種羽毛對鳥類有什么作用？”這一核心問題出發(fā)，引導學生自主思考并產(chǎn)生探究欲望。

2.循證支持

循證研究強調基于證據(jù)進行決策和實踐，而證據(jù)往往來源于對實際現(xiàn)象的觀察和對實驗數(shù)據(jù)的分析。在小學科學教學中，豐富真實的循證材料可以為學生提供觀察和實驗的對象，使他們直接接觸到科學現(xiàn)象，從而收集到有價值的數(shù)據(jù)和證據(jù)，為后續(xù)整理、分析、解釋實驗數(shù)據(jù)提供支持。這些材料不僅包括各種實驗器材、試劑和工具，還包括與課程內(nèi)容相關的實物、模型、圖片、視頻等多媒體資源。

在研究羽毛的結構和功能時，教師提供了三種鳥的正羽、絨羽實物以及鴿子、鴨子和鵪鶉的活體等真實可感的觀察對象作為循證材料，還提供了剪刀、滴管、水、放大鏡等多樣化的工具。學生通過直觀觀察、分類、記錄等方式收集第一手資料，既滿足了制定個性化探究方案的需求，也有助于教師全面評估學生觀點的可靠性、有效性，為后續(xù)的探究和推理提供堅實的基礎。

3.循證推理

學生在科學探究時根據(jù)收集到的數(shù)據(jù)和證據(jù)進行循證推理是一個復雜而系統(tǒng)的過程。在收集到數(shù)據(jù)和證據(jù)后，學生要將數(shù)據(jù)和證據(jù)按照性質、來源或相關性進行分類整理；然后，基于已有數(shù)據(jù)和證據(jù)，運用科學思維和邏輯推理方法，推導出新結論或新觀點；同時，確保推理過程中所使用的證據(jù)充分、可靠，并能夠有效地支持所得出的結論。

在《鳥類》一課教學中，教師為學生的循證推理設計了一個真實的重要線索——三折頁記錄單?！叭垌摗?，顧名思義，是將一張較大的紙張折疊兩次后形成的具有三個頁面的記錄工具。《鳥類》一課“三折頁記錄單”的三欄內(nèi)容分別為不同羽毛的“生長位置”“羽毛特點”“作用”（如圖2所示）?？v向來看，學生可以方便地對比不同來源的數(shù)據(jù)和證據(jù)；橫向來看，學生可以直觀展示觀點（“作用”一欄）和證據(jù)（“生長位置”“羽毛特點”兩欄）之間的關系，從而更利于“結構與功能”跨學科概念的建構。

通過循證推理，可以確保學生能夠系統(tǒng)記錄和整理觀察結果，從而有效培養(yǎng)學生的觀察能力和信息整合能力。這也將學生的觀察結果和推理過程可視化地呈現(xiàn)出來，促使學生的思維走向深度。

4.證據(jù)呈現(xiàn)與論證

真實證據(jù)的呈現(xiàn)與論證，通?？梢园凑铡蔼毩⑺伎肌〗M討論→全班研討”的流程來進行。獨立思考階段，教師應鼓勵學生依靠證據(jù)和推理，對問題進行深入思考與分析，形成個人對問題的初步理解。這些見解可能是片面、不完全準確的，但恰恰能為后續(xù)的研討提供重要的學習資源。小組討論階段，應允許學生大膽分享他們的見解，從而引發(fā)學生的思維碰撞與融合，引導學生從不同角度看待問題，補充和糾正原有認知。全班研討階段，應為學生提供一個展示小組討論成果的交流平臺。教師可根據(jù)學生的匯報相機板書，將關鍵信息和證據(jù)進行提煉與呈現(xiàn)，在師生共商中，達成共識。

《鳥類》一課中，學生通過獨立思考和研討，得出了“正羽更輕，更利于飛行；絨羽貼在鳥類身體上，可以保暖”等結論。這些結論是基于真實的實證材料和邏輯推理得出的，具有較強的科學性和說服力。

在研究羽毛的結構與功能時，教師通過提供的材料（如剪刀、滴管、水、放大鏡等）啟發(fā)學生自主設計實驗，進行推理分析，探究羽毛結構和功能之間的關系，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維、數(shù)據(jù)分析能力和解決問題能力。此外，教師精心設計了多種記錄工具（氣泡圖、三折頁、表格等），給學生思維發(fā)展搭建了合適的腳手架：氣泡圖能凸顯鳥類的共同特點，三折頁和表格能建立起結構與功能的緊密聯(lián)系，將學生的思維歷程進一步優(yōu)化。

參考文獻：

［1］武倩，裴新寧.利用跨學科概念促進科學學習——基于美國與德國科學課程相關文本分析［J］.比較教育學報，2024（6）：163.

［2］中華人民共和國教育部.義務教育科學課程標準（2022年版）［S］.北京：北京師范大學出版社，2022：16.