【摘 要】跨學科概念及大單元教學是科學教育發(fā)展的趨勢，二者相結(jié)合，能為學生提供更豐富的視角認知，提升學生的科學素養(yǎng)。文章立足2022年版科學課程標準，設(shè)計指向“系統(tǒng)與模型”跨學科概念的大單元教學，精選概念載體，制訂教學目標，梳理形成問題鏈，推動概念發(fā)展，并通過系列探究實踐活動助力概念形成，評價任務與學習活動相結(jié)合，幫助學生在單元學習中逐步完善和發(fā)展“系統(tǒng)與模型”跨學科概念的認識。

【關(guān)鍵詞】跨學科概念；系統(tǒng)與模型；大單元教學；科學教育

指向跨學科概念的教學在科學教育領(lǐng)域日益受到重視，“系統(tǒng)與模型”作為理解和研究復雜現(xiàn)象的重要認知工具，已成為《義務教育科學課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”）明確要求學生掌握的關(guān)鍵內(nèi)容。然而，由于該概念的抽象性和跨學科性，教師在進行教學實踐時往往面臨諸多挑戰(zhàn)，如定義模糊、建構(gòu)過程不清晰以及實施效果不佳等。深入剖析“系統(tǒng)與模型”的內(nèi)涵，采用大單元教學的方法，通過設(shè)計合理的單元情境任務，有效整合學習資源，能夠促使學生在學習過程中深化對“系統(tǒng)與模型”這一跨學科概念的理解。

一、理論引領(lǐng)：認識“系統(tǒng)與模型”這一跨學科概念

科學領(lǐng)域的跨學科概念學習對提升學生的科學素養(yǎng)和未來終身發(fā)展能力具有重要價值。教師正確理解跨學科概念，能夠從宏觀上把控課程內(nèi)容，從而開展有效教學，引導學生建構(gòu)跨學科概念。

（一）跨學科概念簡要溯源與范疇界定

跨學科概念在美國于20世紀60年代開始萌芽，在1996年美國發(fā)布的《國家科學教育標準》中，其以“統(tǒng)一概念和過程”的形式提出，逐漸引起科學教育工作者的廣泛重視。歷經(jīng)半個世紀的不斷探索和發(fā)展，直到2011年美國《K-12科學教育框架：實踐、跨學科概念、核心概念》發(fā)布，跨學科概念正式確定了其在科學教育領(lǐng)域中的重要地位和核心價值。［1］

順應國際教育發(fā)展，我國在深入研究國外教育理論的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國的國情及教育發(fā)展水平，整合小學與初中內(nèi)容，首次在課程標準層面明確提出四個跨學科概念：物質(zhì)與能量、結(jié)構(gòu)與功能、系統(tǒng)與模型、穩(wěn)定與變化［2］。

（二）“系統(tǒng)與模型”跨學科概念解讀

《義務教育科學課程標準（2022年版）解讀》（以下簡稱《解讀》）對于“系統(tǒng)與模型”的基本定義為：系統(tǒng)是根據(jù)研究目的人為界定的，它是由關(guān)聯(lián)的物體或元件組成的有秩序整體，包含邊界、組分及組分間的相互作用；模型是對系統(tǒng)的理解和清晰的表達，可以是列表、簡單草圖、計算機模擬或功能原型等形式。［3］65同時，《解讀》對于學習內(nèi)容給出兩個層級的要求，一是系統(tǒng)由多個相互作用的部分組成，具有明確的邊界；二是系統(tǒng)模型表達了系統(tǒng)內(nèi)部各部分間的相互作用關(guān)系以及系統(tǒng)與外部作用的關(guān)系。［3］66

由“系統(tǒng)與模型”的基本定義及學習內(nèi)容可以發(fā)現(xiàn)，“系統(tǒng)與模型”是四個跨學科概念中最抽象和最上位的，它既是重要的概念知識，也是重要的認知方法、認知工具。當學生學會用“系統(tǒng)與模型”的視角去揭開大自然的奧秘，他們會發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的各部分之間存在著相互關(guān)系，而用一定的模型表示這樣的關(guān)系，就能依此揭示系統(tǒng)運行的機制，并在日常的學習生活中廣泛運用這種思維工具解決現(xiàn)實中的問題。

二、路徑探索：指向“系統(tǒng)與模型”的大單元教學路徑實踐

跨學科概念與核心概念融合教學是跨學科概念教學的主要形式之一。在小學科學課堂中，挖掘跨學科概念與核心概念之間的內(nèi)在聯(lián)系，深入分析單元知識結(jié)構(gòu)體系，采用大單元教學的方式，從一個完整的教學主題出發(fā)，整合、重組具有關(guān)聯(lián)性的教學內(nèi)容，可以有效幫助學生逐步構(gòu)建跨學科概念。本文以蘇教版小學科學三年級下冊“聲音的奧秘”為例，闡述跨學科概念教學與大單元教學相融合的實踐路徑。

（一）深度解讀教材，精選跨學科概念載體

跨學科概念作為概念層級較高的大概念，內(nèi)涵深刻且豐富，具有普遍廣泛的解釋力?；趯W生年齡特點與認知規(guī)律，以新課標為依據(jù)，選擇結(jié)構(gòu)性的教材內(nèi)容作為學習載體，更有利于概念的逐層建構(gòu)，進而使學生建立學科內(nèi)及跨學科間的聯(lián)系。

1.依據(jù)課標解讀教材確定主題

《解讀》中提到，“物質(zhì)的運動與相互作用”的學習有助于學生形成物質(zhì)與能量、系統(tǒng)與模型的跨學科概念；“工程設(shè)計與物化”的學習有助于學生形成物質(zhì)與能量、結(jié)構(gòu)與功能、系統(tǒng)與模型、穩(wěn)定與變化的跨學科概念。［3］231

“聲音的奧秘”單元主要圍繞“物質(zhì)的運動與相互作用”及“工程設(shè)計與物化”核心概念展開編寫。因此，“聲音的奧秘”單元適合作為物質(zhì)與能量、系統(tǒng)與模型跨學科概念的單元學習載體。但在新課標中，關(guān)于聲能的學習主要體現(xiàn)在7～9年級，小學3年級階段關(guān)于“物質(zhì)與能量”的結(jié)合不夠緊密。因此，指向“系統(tǒng)與模型”進行單元重構(gòu)更符合學生的認知發(fā)展水平。

2.梳理單元概念體系判斷關(guān)聯(lián)

模型包含多種形式，主要表現(xiàn)形式為物理模型，可以是草圖或者實物作品。而對于實物作品的制作流程，在科學中有明確的學習內(nèi)容及其學科價值。本單元核心概念“工程設(shè)計與物化”向下可衍生出模型制作相關(guān)的具體概念（如圖1）。在概念的逐層建構(gòu)下，教師可以引導學生更加直觀地認識、理解模型，使學生學會實物模型制作的基本流程及規(guī)范。因此，“系統(tǒng)與模型”在本單元的學習中，具有概念性知識的學習價值。

3.演繹教學活動價值確定內(nèi)容

在“聲音的奧秘”單元中，“系統(tǒng)與模型”還能作為認知方法指導教學活動。首先，教師引領(lǐng)學生以系統(tǒng)的視角分析聲音，通過探究性建模活動，發(fā)現(xiàn)聽到的聲音和觀察到的現(xiàn)象之間的關(guān)系，洞悉現(xiàn)象本質(zhì)，借文字、符號等表征繪制思維導圖，將思維的過程可視化、結(jié)構(gòu)化，逐步形成模型。這樣的認知方法有利于學生后續(xù)對光、電、磁等現(xiàn)象的學習遷移。然后，學生借助表達性建模活動制作樂器模型，學會制作實物模型的基本流程，并進一步闡述、修正關(guān)于聲音的個人知識結(jié)構(gòu)。最后，學生在交流展示中，運用多種模型解釋聲音產(chǎn)生、傳播與變化的過程及規(guī)律。

綜上分析，以“聲音的奧秘”單元作為教學載體，能夠再現(xiàn)原型系統(tǒng)的基本屬性及其關(guān)系，幫助學生在學習中形成模型意識，促進學科內(nèi)、跨學科間的知識聯(lián)結(jié)。

（二）錨定概念要求，規(guī)劃教學目標

概念要求指的是本單元跨學科概念及學科概念在新課標中所對應的學業(yè)要求、內(nèi)容要求、質(zhì)量標準等描述。由于跨學科概念超越單一學科的特殊性，在制訂教學目標時，基于概念要求規(guī)劃目標能幫助教師明確教學方向，便于及時評價，促進學生學習的真實發(fā)生。

1.根據(jù)學業(yè)質(zhì)量確定單元目標

單元目標能明確教學的素養(yǎng)要求，教師應參考跨學科概念在新課標中的學業(yè)要求、質(zhì)量標準等描述，分析整體教學內(nèi)容，著眼于學生的最近發(fā)展區(qū)，設(shè)計出符合真實教學情況的單元教學目標。新課標對3～4年級學生關(guān)于“系統(tǒng)與模型”的學業(yè)質(zhì)量要求是使用模型或者自己設(shè)計制作模型解釋簡單的科學現(xiàn)象。因此，筆者結(jié)合單元學習內(nèi)容，制訂了本單元的教學目標，即學生在樂器小講壇的單元活動中，能采用思維導圖、實物作品等形式闡述聲音的產(chǎn)生、傳播和變化等知識，并不斷修正、改進自己的模型。

2.結(jié)合教學內(nèi)容分解課時目標

學生的認知能力發(fā)展是循序漸進的，單元目標需要通過每一課時的教學來實現(xiàn)，課時目標是單元目標的具體化和操作化。將單元目標分解為課時目標，能夠確保單元目標的逐步達成和具體落實。細化課時目標時，應以新課標中學科核心概念的素養(yǎng)要求為導向，從整體性出發(fā)，定位于跨學科概念的發(fā)展，結(jié)合課時教學內(nèi)容細分課時目標，使學習有標可循，有據(jù)可依［4］，可操作、可評價。筆者根據(jù)新課標中3～4年級“物質(zhì)的運動與相互作用”“工程設(shè)計與物化”學業(yè)要求和本單元相關(guān)的內(nèi)容，結(jié)合制作樂器的綜合性學習活動，設(shè)計課時教學目標如表1所示。

（三）設(shè)計單元問題，推動概念發(fā)展

圍繞跨學科概念、學科核心概念及學生興趣點等提出單元問題，能促進學習真實發(fā)生。教師可以以單元問題為綱，具體學科概念為支撐，根據(jù)學生概念建構(gòu)的需求，分解出具有一定邏輯結(jié)構(gòu)的核心問題，形成問題鏈，驅(qū)動學生持續(xù)思考、深入探究，引導其逐步建構(gòu)跨學科概念。

1.梳理教材內(nèi)容明確單元問題

教師把握單元整體教材內(nèi)容，明晰知識點之間的內(nèi)在邏輯關(guān)系，才能明確單元問題。在此基礎(chǔ)上，創(chuàng)設(shè)貼合學生生活的真實情境，引發(fā)學生思考。教師通讀教材內(nèi)容發(fā)現(xiàn)，“聲音的奧秘”單元以聲音為主題，學習聲音的產(chǎn)生、傳播與變化相關(guān)知識，并在最后進行小樂器的制作。因此，教師由學生熟悉的校園情境入手，整合創(chuàng)設(shè)“參加校園音樂節(jié)系列活動”的大情境，以學生感興趣的樂器制作活動為引，明確單元問題為：“在音樂節(jié)樂器大講壇上活動中，如何向同學介紹自制的小樂器？”

2.基于問題鏈形成概念體系

基于學生已有的知識或經(jīng)驗設(shè)計問題鏈，有助于學生將分散的知識點串聯(lián)起來，形成具有邏輯性和系統(tǒng)性的知識網(wǎng)絡(luò)。單元問題較為復雜，教師將復雜的單元問題依據(jù)教學內(nèi)容分解為若干具有邏輯關(guān)系的核心問題，形成完整的問題鏈條體系，有利于學生體驗各級概念的形成過程，實現(xiàn)概念進階，理解跨學科概念的內(nèi)涵。教師首先將單元問題細分為6個子問題（如圖2），以“你在音樂會上能聽到哪些聲音？”作為單元首課，挖掘?qū)W生前概念；接著，設(shè)計問題讓學生充分理解物體振動、物質(zhì)傳聲和聲音變化；最后，讓學生運用前面所學自制樂器的方法，開展工程實踐。學生由描述聲音入手，探究聲音的產(chǎn)生、傳播和變化，構(gòu)建學科思維模型，設(shè)計樂器，搭建樂器物理模型，在展示交流中用模型進行分析，深入感悟系統(tǒng)、模型在真實生活的運用，逐步完善概念體系。

（四）設(shè)計探究實踐，促進概念建構(gòu)

探究實踐活動能促進學生新舊知識間的交互，架設(shè)事實知識和形象思維到概念知識和抽象思維的橋梁。教師可以以課時目標為指導，以問題鏈為主軸，設(shè)計關(guān)鍵的探究實踐活動，讓學生體驗由易到難、由淺入深的概念建構(gòu)過程，強化概念聯(lián)結(jié)。

1.尋找概念聯(lián)結(jié)點設(shè)計學習活動

跨學科概念層級高，其發(fā)展需要學科核心概念的支撐，跨學科概念與學科核心概念之間關(guān)系密切且相輔相成。因此，在實際教學中，教師必須尋找與跨學科概念和學科概念的聯(lián)結(jié)點，設(shè)計學生感興趣的探究實踐活動，從而促進二者產(chǎn)生關(guān)聯(lián)?！奥曇舻膴W秘”單元圍繞“系統(tǒng)與模型”跨學科概念設(shè)計了探究性建模活動和表達性建?；顒?，根據(jù)聲音產(chǎn)生、傳播和變化的原因設(shè)計相應的學科系列實驗，組成探究性建?；顒?，以制作樂器的實踐活動為引，形成表達性建?；顒印＝處熗ㄟ^尋找概念聯(lián)結(jié)點并設(shè)計相應的學習活動，引導學生從淺層的知識記憶轉(zhuǎn)向深層的概念理解和應用，將零散的知識整合成一個有機的知識體系，將相關(guān)概念聯(lián)系起來，使學生掌握它們之間的內(nèi)在聯(lián)系和相互作用，從而深化對跨學科概念的理解。

2.借助探究活動領(lǐng)悟“系統(tǒng)與模型”

教師圍繞單元問題設(shè)計探究實踐活動，使學生在解決問題的活動中，運用已有的知識、技能進行探索實踐，加深對科學概念的理解，并將這些概念與實際問題相聯(lián)系，促進跨學科整合的能力。以“聲音的奧秘”單元為例，學生通過探究實踐充分理解聲音的學科概念，在“系統(tǒng)與模型”這一認知方法的指導下，將實驗中的宏觀現(xiàn)象及現(xiàn)象背后的科學本質(zhì)與如何用符號表征結(jié)合起來思考，繪制聲音概念的思維導圖，形成思維模型。在制作樂器活動中，學生搭建樂器模型，解釋樂器發(fā)聲的相應結(jié)構(gòu)、關(guān)系和變化過程，理解學科概念，發(fā)展“系統(tǒng)與模型”跨學科概念。當再次出現(xiàn)“聲音”“工程”之類的真實問題時，學生便可以快速調(diào)動頭腦中的相關(guān)模型，提高解決問題的綜合能力。

（五）強化過程評價，助力概念內(nèi)化

學生內(nèi)化大概念需要經(jīng)歷螺旋上升的過程，采用過程性評價能實時反饋學生概念認知情況，幫助教師調(diào)控教學進程，使教學更有目的性。單元教學評價的核心是檢驗學生對大概念的理解與應用情況。［5］在單元教學評價中，教師運用多樣化的評價方法，多維度搜集學生的知識內(nèi)化情況，能幫助學生及時反思學習進程，并進行自我審視概念建構(gòu)程度。

“系統(tǒng)與模型”跨學科概念在本單元的學習中主要表現(xiàn)為理解聲音系統(tǒng)概念、建立思維模型、動手制作物理模型，并嘗試應用所學知識進行分析解釋。根據(jù)以上表現(xiàn)制訂明確的評價標準及方式，設(shè)計與之對應的過程性評價任務，能確保評價起到檢驗學生概念內(nèi)化程度的作用。對于“聲音的奧秘”單元，教師制訂了3個評價任務及對應的評價標準（見表2），將評價任務融入單元教學過程，使評價任務與學習活動相匹配，借助評價的反饋和指導作用，幫助學生深化“系統(tǒng)與模型”的認知方法及建模知識。

三、理性回顧：指向“系統(tǒng)與模型”的大單元教學審思

指向跨學科概念的大單元教學研究是順應科學教育發(fā)展趨勢的嘗試，也是基于“素養(yǎng)本位”新課程改革推進的實踐探索。教學實踐表明，以跨學科概念作為大概念重構(gòu)大單元教學，打破了以單課時教學、單一學科概念為主的傳統(tǒng)教學模式，解決了學科內(nèi)、跨學科間知識聯(lián)結(jié)不緊密，單元活動設(shè)計各自獨立等問題，對促進學生理解事物的科學本質(zhì)，領(lǐng)悟跨學科概念的內(nèi)涵，聯(lián)結(jié)校園知識與生活問題產(chǎn)生積極的影響。需要注意的是，實際教學不是一成不變的，教師應結(jié)合教學內(nèi)容及學生具體情況做出適切調(diào)整，如真實情境的創(chuàng)設(shè)、表現(xiàn)性任務的設(shè)計等，以幫助學生逐步完善對“系統(tǒng)與模型”跨學科概念的認識，提升科學素養(yǎng)。

參考文獻：

［1］李瑞雪，王健. 美國科學課程中的跨學科概念：演進、實踐及啟示［J］. 外國教育研究，2021（4）：102-117.

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

［3］義務教育科學課程標準修訂組.義務教育科學課程標準（2022年版）解讀［M］. 北京：高等教育出版社，2022.

［4］賈妍蘭，曹澎. 主題意義引領(lǐng)下的初中英語單元整體教學探究：“You are supposed to shake hands.”的教學設(shè)計案例［J］.教學月刊·中學版（外語教學），2022（9）：59-63.

［5］頓繼安，何彩霞. 大概念統(tǒng)攝下的單元教學設(shè)計［J］. 基礎(chǔ)教育課程，2019（18）：6-11.

（責任編輯：羅小熒）