孔晶 楊媛 廖倩 劉家亮

摘要：近年來，跨學科學習已經成為國內外學習科學領域的熱點和重點，但研究者在其內涵、學科整合本質及實踐路徑等方面尚未達成共識。為此，文章聚焦國內外基礎教育領域跨學科學習實踐中學科整合、項目實施、目標達成三大問題，采用系統(tǒng)性文獻綜述法梳理分析。研究發(fā)現：相關課程和廣域課程是目前學科整合的兩大模式，相關課程是基于學科大概念、結合學生生活形成問題，廣域課程是基于學生真實生活，結合自然生態(tài)、社會熱點、科技產品等形成問題，技術和工程是實現學科整合的關鍵途徑；基于項目、問題、探究、設計的學習均是開展跨學科學習實踐的常用模式，但相對而言，國外強調工程設計實踐，國內較為關注產品創(chuàng)新思維；學生對STEM學科的理解、態(tài)度、學科素養(yǎng)、21世紀技能、自我效能感、自信心、STEM職業(yè)興趣等是研究者所普遍關注的培養(yǎng)目標。文章通過研究，旨在為一線教師打破傳統(tǒng)思維模式、提升教學法和技術整合能力以深入開展跨學科學習實踐提供支持。

關鍵詞：跨學科學習；STEM教育；基礎教育；系統(tǒng)性文獻綜述

【中圖分類號】G40-057 【文獻標識碼】A 【論文編號】1009—8097（2024）06—0063—08?【DOI】10.3969/j.issn.1009-8097.2024.06.007

一 研究背景

傳統(tǒng)教育視域下涇渭分明、條塊分割的知識體系在一定程度上造成了學科邊界的靜止，學科間融合存在封閉和僵化現象，學科內教學更多的是向學生傳授記憶或實踐單一的知識與技能，但教育的目標重在培養(yǎng)學生解決真實生活中復雜問題的綜合能力。近幾十年來，我國的教育改革一直致力于打破傳統(tǒng)教育范式，強調學生要經歷發(fā)現問題、解決問題、建構知識和運用知識的過程^[1]，倡導學生能夠像科學家一樣善于發(fā)現和探究、像工程師一樣精于設計和創(chuàng)造。正是對人才培養(yǎng)的要求和與之配套的系列改革舉措推動了跨學科學習在我國的迅速發(fā)展?？鐚W科學習，又稱STEM教育或STEAM教育，強調學生能夠以跨學科的思維方式解決真實生活中的復雜問題^[2]、關注學生參與學習的過程體驗^[3]。思維培養(yǎng)是跨學科學習有別于傳統(tǒng)單一學科教學的首要目標^[4]，由此跨學科學習也是幫助學生“體會學科思想方法”“習得學科思維能力”的重要路徑。

研究發(fā)現，相較于我國教育研究者關于跨學科學習所形成的多維理論研究成果而言，中小學一線教師對于跨學科學習課程開發(fā)、主題設計、教學設計等仍處于“茫然探索”之中^[5]，一線跨學科學習實踐更多只是用到了其他學科的知識或情境^[6]，或是將多學科知識進行“拼盤式”的混合^[7]等。究其原因，一方面跨學科學習相關的研究成果雖然較多，但其理論性、學術性、抽象性較強，并且呈碎片化特征，缺乏一致性和系統(tǒng)性，相關界定也較為寬泛并帶有不確定性^[8]，不易為一線教師所內化，尤其是能夠分析如何將STEM教育融入教學實踐以對一線教師提供有效指導的研究成果相對較少^[9]；另一方面，單一學科背景的一線教師缺乏對其他學科領域的了解，在工程、技術等領域更是沒有經驗，無法分辨工程設計和科學探究的異同^[10]，甚至缺少跨學科概念及教學法等方面的知識，導致其在重構課程內容結構、開展項目學習等跨學科學習實踐過程中受到了嚴峻挑戰(zhàn)^[11]。義務教育新課標頒布后，各地教育機構、一線學校等紛紛組織學科教師開展新課標解讀培訓，但對于究竟如何開展中小學學科教學中的跨學科學習實踐，一線學校及學科教師仍存在較大困惑?；诖耍瑸樯钊牖卮稹爸行W學科教學中跨學科學習實踐究竟如何開展”這一問題，本研究將采用系統(tǒng)性文獻綜述法對跨學科學習在國內外基礎教育領域的實證研究文獻進行梳理與分析，以探求基礎教育領域跨學科學習實踐的開展路徑。

二 研究設計

1 研究問題

本研究關注國內外基礎教育領域所開展的跨學科學習實踐，具體研究問題包括：①國內外基礎教育領域跨學科學習實踐中各學科如何整合？②國內外基礎教育領域跨學科學習實踐具體如何實施？③國內外基礎教育領域跨學科學習實踐主要關注學生哪些目標維度的達成？

2 文獻納入和排除標準

為得到能回答研究問題的文獻，本研究通過以下條件對初步獲取的文獻進行篩選：①研究領域須是基礎教育領域（K-12），排除職業(yè)教育、高等教育、特殊教育等研究情境；②必須是實證研究或有跨學科實踐案例的呈現，排除綜述性質、純理論探討的文章；③有明確闡述跨學科學習實踐的完整過程，排除僅是碎片化舉例且舉例沒有呈現跨學科學習實踐完整過程的文章。

3 文獻檢索策略

文獻檢索分國內和國外數據庫檢索，國內文獻檢索選擇中國知網數據庫中的8本教育技術學CSSCI期刊和1本基礎教育領域CSSCI期刊，分別為《中國電化教育》《電化教育研究》《開放教育研究》《現代教育技術》《現代遠距離教育》《現代遠程教育研究》《中國遠程教育》《遠程教育雜志》《課程·教材·教法》，檢索關鍵詞定為“STEM+STEAM+跨學科”。國外文獻檢索選擇國際上比較流行的Web of Science數據庫，檢索關鍵詞為“STEM OR STEAM OR Interdisciplinary OR Integrated STEM education OR STEM Integration”AND“K-12 OR Primary School OR Secondary School”AND“Empirical Research OR Project OR Case?OR?Practice”，檢索語種為英文。鑒于我國教育部2016年6月發(fā)布的《教育信息化“十三五”規(guī)劃》政策文件第一次提及跨學科學習，為便于國內外對比分析，本研究將國內數據庫和國外數據庫文獻檢索的起止年限均設為2016年1月～2023年1月。

教學模式

4 數據篩選

國內外文獻數據篩選情況如圖1所示。首先，基于選定關鍵詞在對應數據庫進行檢索，其中國內共計檢索出358篇無重復文獻，國外共計檢索出328篇無重復文獻；然后，通過分步瀏覽文獻題目、摘要以及全文等，按照文獻納入和排除標準對文獻進行剔除；最后，納入最終分析的國內文獻27篇，國外文獻26篇。

5 數據抽取

本研究借助知網研學管理文獻，利用Excel工具抽取文獻數據，包括研究背景、案例主題、主題確定方式、案例類型、關聯學科、學段、實踐成果、教法、時長、評價及研究核心觀點、尚存在問題等。最終納入分析的53篇文獻中，小學案例28個（國內16個，國外12個），初中案例17個（國內6個，國外11個），高中案例8個（國內5個，國外3個）。由此可以看出，國內跨學科學習實踐主要集中在小學，初中和高中相對較少；國外跨學科學習實踐主要集中在小學和初中，高中相對較少。另外，國外26篇文獻中，美國14個，澳大利亞6個，馬來西亞2個，土耳其、泰國、印度尼西亞、塞浦路斯各1個。

6 研究方法

本研究采用系統(tǒng)性文獻綜述法對相關文獻進行梳理和分析。相對于傳統(tǒng)文獻綜述所凸顯的主觀性和偏見而言，系統(tǒng)性文獻綜述法能夠利用不同的數據庫和多種檢索與分析技術，全面而準確地掌握某一專題研究的進展^[12]。為系統(tǒng)且準確獲取能夠回答研究問題的文獻資料，本研究采用Moher等^[13]提出的PRISMA指南進行文獻的梳理和分析，主要包括數據庫及關鍵詞選取、文獻納入和排除標準確定、文獻篩選和分析、文獻分析框架設計四個階段。

三 結果與討論

1 國內外基礎教育領域跨學科學習實踐中各學科如何整合

相對于分科教學而言，跨學科視域下的學科整合是研究者關注的重點，也是跨學科學習倡導者努力的方向。學科整合可以將學科知識與個人經驗、生活實際相聯系，給予學生豐富的學習體驗。但學科整合并不代表一種具體的課程設計或教學設計模式，美國馬里蘭州州立大學的Herschbach^[14]認為STEM隱含了課程整合的設計，從課程整合的視角將STEM歸納為相關課程和廣域課程兩種模式，其中相關課程模式仍將各學科作為獨立學科，但在教學及學習內容的安排上注重各學科彼此之間的聯系；廣域課程模式不再強調獨立學科的存在，而是將所有學科內容整合至一個新的學習領域，問題的解決需要綜合運用到不同學科的知識內容。從這個視角來看，國內外共計53篇文獻所提及的跨學科學習實踐案例中，相關課程模式案例28個（國內15個，國外13個），廣域課程模式案例25個（國內12個，國外13個），由此可見，國內外中小學一線教師對兩種模式導向下的跨學科學習實踐均有深入探索。對比分析發(fā)現，“藝術”在國內實踐中較為凸顯，尤其體現在產品設計上，如會打招呼的機器人^[15]、小紅鷹氣象站^[16]等，相應產品均有強調“藝術”元素。但“技術”“工程”在國外實踐中較為凸顯，尤其是相關課程模式對應的13個實踐案例中，3個是“技術”支持的學科實踐案例，如創(chuàng)造仿生機器人^[17]；4個是“工程”支持的學科實踐案例，如設計DNA模型^[18]；6個是“技術”“工程”等共同支持的學科實踐案例，如設計水循環(huán)模型^[19]。這一現狀應與美國頒布的《下一代科學教育標準》有關，該標準將工程和技術教育完全整合到科學教育中^[20]。技術或工程設計是實現學科整合的關鍵途徑，其可以建立科學、數學中的概念和實踐之間的聯系^[21]，為在各學科之間找到交叉點和建立連接提供機會^[22]。正如Shaughnessy^[23]指出的，STEM教育是利用數學和科學的概念與程序，結合工程學的團隊合作和設計方法，并使用恰當的技術解決問題。

具體到學科整合方式，余勝泉等^[24]提出了學科知識整合、生活經驗整合、學習者中心整合三種取向。Moore等^[25]認為有“內容整合”和“情境整合”兩種方式。其中，“內容整合”和“學科知識整合”的內涵具有一致性，即尋找不同學科知識之間的連接點與整合點，形成“大概念”，每一門學科都是理解這個“大概念”的關鍵?！扒榫痴稀笔抢闷渌麑W科為所要學習的學科提供一個有意義、相關且有學習動機的情境。但夏雪梅^[26]指出，只是用到其他學科的知識或情境并不是真正意義上的跨學科學習，借助其他學科的知識共同解決問題以產生整合性理解，或在真實的問題解決過程中有意識地學習不同學科的知識并創(chuàng)造性地整合形成成果才可稱為跨學科學習。文獻分析發(fā)現，相關課程模式首先要考慮的要素是課程內容。教師需要在理解任教學科內容、把握學科大概念的基礎上，結合學生真實生活提出問題，繼而融入其他學科的知識技能和思維方法，如技術、工程等尋求問題解決方案。廣域課程模式下的跨學科學習設計則是從學生的真實生活出發(fā)，結合生態(tài)、環(huán)境、生物多樣性等自然界問題（如蜜蜂的困境^[27]），或結合國際、國家等全球視域下的社會熱點問題（如長途步行^[28]），或結合科學技術、工程技術等解決真實生活中的產品設計和制作問題（如設計火星車^[29]、會打招呼的機器人^[30]）等進行跨學科學習主題的設計，并在此基礎上協(xié)同各學科知識和技能以進行問題的解決。

2國內外基礎教育領域跨學科學習實踐具體如何實施

教法和學法的使用是決定學生在科目中參與和成功的主要因素^[31]?？鐚W科學習實踐強調學生對真實問題的發(fā)現和解決、知識的建構和運用。文獻中提及的跨學科學習實踐案例所采用的教學模式如圖2所示，其中國外基于項目的學習、基于問題的學習等跨學科學習實踐案例中較多滲透有工程設計的思維。

基于項目的學習在國內外跨學科學習實踐中應用頻率最高，其搭建了知識與實踐之間的橋梁，能讓學生基于真實生活中的問題學習和應用知識^[32]。文獻分析發(fā)現，相對于國內而言，工程設計、基于問題、基于探究的學習等在國外跨學科學習實踐中有廣泛應用。真實的動手實踐活動能夠增強學生對學科知識的理解^[33]，而工程設計可以找到學科之間的交叉點并建立連接^[34]，如工程設計的過程需用到科學、數學等學科中的概念^[35]，并建立科學、數學中概念和實踐之間的聯系^[36]。由此可見，工程設計是實現學科整合的關鍵途徑，提供了解決跨學科領域中各種問題的系統(tǒng)方法^[37]。相對于基于項目的學習而言，基于問題、基于探究的學習更為強調對復雜問題進行識別分析，形成問題解決的序列模塊，建立問題解決模型，確定問題解決方案并對其進行評估和決策^[38]，如蜜蜂的困境、長途步行等案例均凸顯了面向復雜問題解決的基本序列。另外，規(guī)模問題也是區(qū)分基于問題的學習和基于項目的學習的關鍵要素，基于問題的學習活動往往持續(xù)時間較短，而基于項目的學習活動則發(fā)生在較長時間內^[39]。

基于設計的學習在國內跨學科學習實踐中有頻繁應用，主要依托Kolodner等^[40]提出的“基于設計的科學探究學習循環(huán)模型”，包括“設計/再設計”和“調查/探索”兩個循環(huán)?；谠O計的學習是讓學生通過項目學會設計^[41]，但相對于基于項目的學習而言，基于設計的學習更為強調設計性和迭代性^[42]，強調通過物化制品及反饋使學生的推理過程具體化^[43]，從而實現產品的創(chuàng)新性設計。國內基于設計的跨學科學習實踐集中在計算思維、創(chuàng)造力等方面的提升以及“藝術”在產品設計過程中的體現。另外，國內基于設計的學習更強調設計思維，依托斯坦福大學設計學院提出的五階段設計思維模型進行教學實踐或在五階段的基礎上進行一定的變式^[44]。

此外，國內研究者基于學習進階、知識建構、游戲化學習等理論提出了基于學習進階的STEM教育模式^[45]、基于知識建構的一般過程^[46]、游戲化學習活動設計框架DMP^[47]等。

3國內外基礎教育領域跨學科學習實踐主要關注學生哪些目標維度的達成

明確跨學科學習目標是學校推進相關實踐的關鍵。STEM整合輸出成果在于加深、拓寬學生對STEM學科的理解及增強對STEM學科的興趣^[48]。Bybee^[49]提出STEM素養(yǎng)包括概念理解、操作技能以及解決與STEM相關的個人、社會、全球問題的能力，關聯知識、能力、態(tài)度等多維度。楊彥軍等^[50]從知能、情意、價值三個維度分析STEM素養(yǎng)結構，提出STEM素養(yǎng)結構金字塔模型，并將知能維度的STEM素養(yǎng)劃分為STEM學科基礎知能、STEM學科核心素養(yǎng)、STEM共同核心素養(yǎng)三層內容。有研究者將STEM素養(yǎng)定義為一種能夠識別、應用和整合科學、技術、工程、數學概念，從而進行創(chuàng)新、解決真實世界復雜問題的能力^[51]，也正是在這一復雜問題解決的過程中，學生可同步達成對STEM及相關學科的理解、發(fā)展“21世紀技能”。

文獻提及的跨學科學習實踐所關注的學生目標均覆蓋知識、能力、態(tài)度等維度，但相對而言，國內外研究者的關注存在差異性：①問題解決能力、溝通能力、協(xié)作能力、批判性思維、創(chuàng)造力、團隊合作等21世紀技能及科學素養(yǎng)、技術素養(yǎng)、工程素養(yǎng)、計算思維等學科核心素養(yǎng)得到了國內外的共同關注。相對而言，協(xié)作、溝通能力在國外實踐中提及較多，即合作、協(xié)作學習能夠促進個人成就^[52]。但合作學習中的群體沖突和工作負荷會影響學生的過程性體驗^[53]，且自主學習能力不強的學生存在學習困難。因此，作為引導者的教師是影響學生學習效果的重要因素之一，需要基于學生的學習行為提供即時性反饋^[54]。②計算思維培養(yǎng)在國內實踐中較為凸顯，且對于其指標的分析均來自Korkmaz等^[55]開發(fā)的計算思維量表，但其所包含的指標表述稍有差異，如張屹等^[56]將計算思維界定為包含創(chuàng)造力、邏輯思維、批判性思維、問題解決、協(xié)作學習等；李幸等^[57]將計算思維界定為創(chuàng)造力、算法思維、批判性思維、問題解決、協(xié)作思維五個維度等。③國外較多研究者關注跨學科學習實踐中學生STEM領域各學科知識的習得情況，如學生設計Bee-Bot機器人行走過程中對于道路安全方面知識的理解^[58]、學生對蜜蜂在食品生產中重要性的了解和認識^[59]等。④STEM態(tài)度、興趣也是國內外跨學科學習實踐所關注的熱點。相關指標基于Mahoney^[60]開發(fā)的STEM態(tài)度調查問卷進行設計，包括意識、能力感知、價值、傾向等維度。自我效能感、自信心的評估在國外跨學科學習實踐中有所涉及^[61]；國內有研究者則關注到學生對于STEM職業(yè)的興趣，相關指標改編自Mahoney^[62]的《STEM職業(yè)抱負量表》。

四 結語

作為跨學科學習的踐行者，一線教師對于跨學科學習內涵的理解、學科整合本質的把握以及跨學科學習實踐的明晰是有效推進跨學科學習的關鍵。而相較于一線教師開展跨學科學習實踐所形成的案例，盡管在眾多方面仍未達成統(tǒng)一共識，但研究者關于跨學科學習已經形成了較為豐碩的理論研究成果。對于一線教師而言，如何將這些學術化研究成果轉為對跨學科學習實踐的支撐和指引尤為重要，這對于單一學科背景下的教師而言極具挑戰(zhàn)性。本研究采用系統(tǒng)性文獻綜述法，從國內外跨學科學習實踐的視角進行文獻的梳理和分析，可為一線教師提供更多的案例參考且所形成的成果更易于為一線教師所吸收和內化。國內外跨學科學習實踐均正在進行時，但有效路徑仍在探尋，亟需一線教師突破傳統(tǒng)思維模式，提升教學法與技術整合能力，以推動跨學科學習實踐的進一步深入。這需要一線教師具備創(chuàng)新意識和創(chuàng)新實踐的勇氣，以及跨學科的知識儲備和靈活運用的能力，以幫助學生更好地應對未來的挑戰(zhàn)和機遇。

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Research on Interdisciplinary Learning Practice in Basic?Education at Home and Abroad

——Based on Systematic Literature Review

KONG Jing¹?YANG?Yuan¹LIU Jia-Liang^{2[Corresponding Author]}

（1. Department of Humanities and Education， Foshan University， Foshan，?Guangdong， China?528000;2. Center of Education Technology and Information， Guangdong Medical University， Dongguan， Guangdong， China?523808）

Abstract：In recent years， interdisciplinary learning?has become a hot spot and focus in the field of learning science?at home and abroad. However， researchers?have not reached a consensus on its connotation， the essence of disciplinary?integration and the implementation path. Therefore， focusing on three major problems of discipline integration， project implementation and goal achievement in the interdisciplinary learning practice of basic education， this paper adopted the systematic literature review method to tease and analyze. It was found that the?relevant curricula and the broad-fields curricula were currently the two main models for disciplinary?integration. The relevant curricula formed problems based on the broad concept of disciplines and combine with students?life， while broad-fields curricula formed problems based on students?real life and combined with natural ecology， social hot spots， and technological products， etc， and?technology?and?engineering?were the key ways?to integrate different disciplines. Learning based on project， problem， inquiry and design were the common modes to carry out interdisciplinary learning practice. However， generally speaking， engineering design practice was emphasized in foreign countries， while product innovation thinking was paid more attention in China. Researchers generally focused on the cultivation goals of students?understanding， attitude to STEM disciplines， disciplinary?literacy， 21st century skills， self-efficacy， self-confidence，?and?interest in STEM career， etc.?Through research， it was expected?to provide support for frontline teachers to break traditional thinking patterns， improve the teaching method and technology integration ability， and carry out in-depth interdisciplinary learning practice.

Keywords：interdisciplinary learning; STEM education;?basic education; systematic literature review

*基金項目：本文為國家社會科學基金“十三五”規(guī)劃2020年度教育學一般課題“在線教學的深度互動與精準評價研究”（項目編號：BCA200090）的階段性研究成果。

作者簡介：孔晶，副教授，博士，研究方向為跨學科學習、技術支持的教與學，郵箱為280033460@qq.com。

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