二十年来我国中学理科课程跨学科研究现状及展望.pdf

2024年第2期总第91期【作者简介】刘佳丽，长江大学物理与光电工程学院硕士研究生；郭晨跃，人民教育出版社期刊编辑室编辑；张静（通讯作者），教授，硕士生导师，长江大学物理教育研究所所长，主要研究方向为课程与教学论研究。【基金项目】教育部人文社会科学研究规划基金项目“科学核心素养导向下中小学进阶式实践性作业设计与增值评价研究”（23YJA880074）；湖北省教育厅哲学社会科学研究重点项目“面向核心素养发展的跨学科实践性作业设计研究”（22D067）【课堂评论】二十年来我国中学理科课程跨学科研究现状及展望刘佳丽1，郭晨跃2，张静1（1.长江大学 物理与光电工程学院，湖北荆州434023；2.人民教育出版社，北京100081）【摘要】以中国知网20032022年的中学理科课程跨学科研究论文为对象，通过文献计量法和内容分析法分析发现：我国早期理科课程的跨学科教育主要源自STEM理念，跨学科教学模式以问题式学习为主，跨学科评价缺少对跨学科实践的关注。未来，中学理科课程跨学科研究应突出跨学科的主题化内涵，注重跨学科的项目化教学模式，加强跨学科的表现性评价。【关键词】跨学科；中学理科课程；研究现状一、引言跨学科的理论与实践研究源自20世纪20年代。1926年，美国著名心理学家伍德沃斯（R.S.Woodworth）首次提出跨学科的概念。直到20世纪80年代初，跨学科这一概念才首次传入我国。我国中等教育十分关注跨学科教学，综合课程、学科融合、项目式学习、跨学科主题学习等综合多学科知识的教学层出不穷。普通高中课程方案（2017年版2020年修订）规定，在高中综合实践活动课程中安排研究性学习活动，以指导学生开展跨学科学习的项目研究。1 义务教育课程方案（2022年版）（以下简称“新课程方案”）规定，各门课程用不少于10%的课时设计跨学科主题学习。2随着上述课程文件的颁布实施，跨学科研究持续深入，相关研究成果日益增多。本文基于中国知网（CNKI）的高级文献检索功能，将时间范围设定为20032022年，以“跨学科”为主题词，以“北大核心”及“CSSCI”为文献来源，在文献分类中选择“中等教育”进行检索。随后，通过阅读文献标题和摘要，剔除与科学、物理、化学、生物、地理等5门中学理科课程无关的研究，选定符合主题的154篇文献作为研究对象进行内容分析。二、计量分析（一）总体趋势分析文章发表趋势与该主题内容的受关注程度及研究程度成正相关3。跨学科主题发文量趋势显示，2016年以前相关研究数量较少；随着普通高中课程方案（2017年版2020年修订）对高中综合实践活动课程提出明确要求，国内对跨学科的研究热度呈逐年上涨趋势，2018年的发文量达到2015年的5倍；随着新课程方案对跨学科主题学习提出明确要求，2022年跨学科研究的发文量再次显著增加。（见图1）12024年第2期总第91期图1跨学科主题发文量变化趋势（二）文献来源分布研究发现，我国中学理科跨学科研究论文来源的刊物主要分为学科类期刊、教育综合类期刊和高校学报等三个类型。如图2所示，2021年之前，学科类期刊中的 化学教学 和 地理教学是刊发跨学科研究论文数量排在前两位的刊物，其次是生物学教学和化学教育，物理教师和物理教学刊发跨学科论文较少，均仅有2篇。2022年，地理教学和生物学教学仍在持续关注跨学科研究，物理教师 全球教育展望 课程教材教法等对跨学科的关注度明显提高，发文篇数均有了大幅度的增加。图2文献来源分布（发文篇数3篇）三、研究现状根据对文献内容的分析，本文将现有研究归纳为跨学科内涵澄明、跨学科教学模式构建以及跨学科评价研究等三个方面。（一）跨学科内涵澄明跨学科的理论发展较为迅速，很多与跨学科相似的概念被相继提出，如多学科与超学科等。这些概念的内涵特征有相似之处，但在本质上是存在差别的。其中，多学科强调学科间的并置和排序，跨学科强调学科间的融合与衔接，而超学科指超越学科边界，进行学科重组并发展新的解释体系（见图3）4。跨学科软化了学科边界，不限于单一学科，提倡整合多学科的方法和手段来解决实际问题。图3多学科、跨学科与超学科模式的基本特征4理科课程的跨学科教育主要源自 STEM 理念，强调理科工程思维的问题驱动性以及跨学科整合性。STEM整合了科学、工程、数学和技术这四门学科领域的知识，通过解决实际问题培养学生发现问题、解决问题的能力。这种整合具有的情境性、实践性和跨学科性，是一种跨学科学习的范式。跨学科中的学科类别界定与 STEM 类似，但又不限于STEM强调的四门学科。我国学者提出的较有代表性的跨学科内涵如表1所示。表1我国学者提出的跨学科内涵学者谢坤（2017年）张玉滨（2018年）唐晓勇（2019年）苏传清等（2019年）荆鹏等（2022年）内涵在课堂教学中打破学科壁垒，同时构建两门或两门以上的学科知识互动，运用本学科知识解决其他学科问题或利用其他学科知识完善本学科知识系统的交叉性教学方式5打破学科壁垒，运用多学科知识融会贯通地对学生加以指导，实现不同学科之间的沟通和互动6在课堂教学中围绕某学科所引发的学习主题，多学科教师基于共同的学习目标，从不同的学科视角或采用不同的学科方式进行合作教学7以某学科为中心，在该学科中选取一个中心主题，围绕该中心主题，运用不同学科的知识和方法，开展对所指向的共同问题进行讨论和设计解决方案的教学活动8以某个议题、任务为研究主题，运用并整合其他学科的知识与方法，开展综合实践学习的一种方式9特点强调学科交叉融合强调主题学习由表1可见，前期研究者认为跨学科跟学科交叉融合的内涵（见图4）相似，即跨学科是在某一学科教学过程中引入其他相关学科的知识概22024年第2期总第91期念和方法去解决问题，更强调单一学科。自新课程方案和新版义务教育理科类课程标准颁布以来，为改变我国一直以来单科教学的传统，研究者主张跨学科与学科交叉融合存在差异，认为跨学科是基于学生对学科学习发展的需求，立足学科本位，强调主题学习，通常以某个任务为主题，运用并整合不同学科的知识和方法，开展综合实践学习9，旨在理解、解决问题（见图5）。如物理新课标中提到，选取跨学科实践的课题，既要立足于物理课程内容，又要跨出物理学科10。只有坚持学科立场，才能“跨出”本学科知识的视野，将学习内容拓展到其他学科及社会性科学议题中，围绕科学、技术、社会、环境等主题进行跨学科实践探究，借助其他学科的工具解决问题，从而实现学科“外跨”，体现综合性和实践性。如化学新课标设立“化学与社会”跨学科实践学习主题，安排了调查我国航天科技领域新能源、新材料的应用等活动。图4学科交叉融合概念图图5跨学科教学概念图随着新课程方案和新课标的颁布，研究者对跨学科内涵的理解不断更新，并且正在逐渐趋向统一，这有利于促进教师建构准确的跨学科立场，明确跨学科教学“教什么”和“如何教”的问题，从而促进学生更好地开展跨学科实践并有效培养学生的核心素养。（二）跨学科教学模式构建近年来，为了更加有效地实施跨学科整合课程，进一步培育学生的核心素养，跨学科教学模式不断涌现，包括问题式学习、项目式学习、探究式学习和设计式学习。四种跨学科教学模式的文献分布情况如图6所示。由图6可知，问题式学习是我国理科课程跨学科的主流教学模式，相关研究数量占比高达62%。问题式学习强调在有意义的复杂问题情境中设计学习活动，通过学生合作解决实际问题，促进学生理解与建构所学知识，从而形成解决问题的技能11。该模式侧重培养学生解决问题的能力，如有研究者提出，从某个学科的角度出发提出问题，在探究活动的过程中引入其他学科解决问题，从而拓宽学生的横向思维能力12。其次是项目式学习，相关研究数量占比为30%。项目式学习以实践性项目为中心，将跨学科内容和思维能力发展与实际生活环境相联系11。该模式侧重培养学生的合作能力，如有研究者尝试让学生通过小组合作学习，在任务解决的过程中运用并整合多学科知识，提升科学思维能力13。探究式学习和设计式学习的相关研究最少，仅各占4%。探究式学习指基于对科学探究的理解，创设促进学生认知、情感发展的教学情境，让学生动手动脑主动获取科学知识，发展探究能力14。该模式侧重培养学生的探究式学习能力，如有研究者以生活和社会问题为中心，设计跨学科的探究学习活动，帮助学生形成丰富多样且互相关联的探究学习体验15。设计式学习通过课程学习让学生学会设计，是以问题解决为目标的学习模式16。该模式侧重培养学生的合作能力和创新能力，如有研究者基于双循环探究模型，建构了整合计算思维的STEM工程设计教学模式17。目前，我国跨学科教学主要采用问题式学习和项目式学习模式。实际上，不同教学模式对于学生素养的发展各有侧重，但同时也各有局限。例如，项目式学习耗时较长，需要学生利用课后时间完成，具有较强的挑战性；设计式学习已在国外得到广泛使用，经常出现在STEM课程的工程设计方法中，但国内相关研究起步较晚，本土化应用还有待进一步完善。（三）跨学科评价研究现有研究发现多方面评价在跨学科中至关重图6跨学科教学模式的文献分布情况32024年第2期总第91期要。为了给予学生更全面的评价，有研究者设计了多维度的评价方式，例如高潇怡18尝试从学习目标的知识、技能、实践和情感等四个维度来对跨学科教学进行评价。因其面向学生素养的培育，贯彻了教、学、评一致性的理念，故本文基于这一维度划分，对跨学科评价类研究进行分析（见表2）。统计跨学科评价涉及的维度时，如果某篇文献涉及多方面的评价，则在相应维度上分别计入1篇。表2跨学科评价维度的定义及相关研究分布情况维度知识技能实践情感定义指结构化和系统化的概念，以及连接多个学科的交叉概念或一般概念，包括基本概念、基础原理、跨学科知识的关联以及整合建构的大概念等指学习者做某事的能力，包括交流技能、使用信息与技术的技能、整合知识的技能和学科技能（如物理实验操作技能）等指学习者能够将所学的知识和技能联系起来，并运用到实际的问题解决中去，包括解决问题的能力、合作精神和创新意识等涉及学习者的情感领域，包括态度、信念、动机、兴趣及价值观等篇数101436占比30.3%42.4%9.1%18.2%研究结果表明，跨学科评价研究更多关注技能与知识。其中，跨学科技能评价研究占42.4%，说明国内跨学科教学开始关注学习者的技能，如有研究者采用过程性评价表，根据学生课堂上的化学实验操作、表达交流等表现检测教学效果19。跨学科知识评价研究占30.3%，如有研究者设计项目反思卡，引导学生对项目内容、结果、开展过程进行回顾和整理20。涉及跨学科情感评价的研究占18.2%，如有研究者运用表现性评价，考查学生对地理知识的理解与应用程度，学生地理能力的发展状况，以及学生情感、态度、价值观及核心素养的形成等21。而跨学科实践评价的研究最少，仅有9.1%，如有研究者以形成性评价为主，从问题导向的探究、逻辑推理、团队合作等维度来评价中学生探究学习的效果15。当前，跨学科评价研究开始逐渐关注学生素养的发展，强调在真实情境中开展多元评价。评价的内容主要涉及学生积累的知识、参与的态度、掌握的方法、展示的成果、收获的情感、合作精神、解决问题的能力以及创新意识等，但评价的环节往往是对概念知识和作品进行隐性评价，很少有详细的评价方案和量规。四、总结与展望（一）突出跨学科的主题化内涵跨学科意味着对传统学科观的颠覆。传统学科观认为，每个学科都有其独立的研究对象和独特的研究方法。近年来，随着跨学科教学在义务教育阶段的逐渐兴起和相关研究的逐渐丰富，关于跨学科教学能否取代分科教学的探讨也已出现。实质上，跨学科教学是在分科教学的基础上实施的，两者相互促进，跨学科教学是不可能也不应该完全取代分科教学的。新课程方案规定，各学科应用不少于本学科总课时10%的时间来开展跨学科主题学习（实践活动）2，比如地理新课标首次加入跨学科主题学习，生物新课标也设立了“生物学与社会”跨学科实践学习主题等。目前，有不少教师认为跨学科就是各学科的“拼盘”，在教学中一味地堆砌不同学科的知识内容，这与跨学科实践的教学目标背离。9与单一学科学习不同，跨学科主题学习一般是围绕真实情境中的问题、任务和项目来展开的，首先要将实际学习问题转化为大概念，再用大概念统摄，去确定各学科不同的学习主题。理科新课标特别强调学科大概念在教学中的统摄作用，注重基于大概念来整体设计单元教学，如科学、化学新课标中突出了关键概念和跨学科大概念22。实践中，需采用基于学科又超越学科的教学方式，以避免拼盘式的跨学科主题学习对知识学习的忽视23。未来，跨学科教学要在跨越单一学科的基础上，围绕核心主题进行教学设计并实施，着眼于对真实问题的理解和解决，突出跨学科的主题化内涵。（二）注重跨学科的项目化教学跨学科教学模式意味着对传统教学观的颠覆。传统教学观认为，教师是教学的主体，是知42024年第2期总第91期识的传授者，注重单向的知识传递。在新课程改革的理念下，教师在进行跨学科教学时，要及时转变教学观念，不能满足于让学生掌握基本知识，还要注重培养学生综合运用所学知识解决实际问题的能力。新课程方案提出，推进综合学习的课程实施方案，倡导教师积极开展项目化学习等综合性教学活动。2这些要求有助于促进教育教学观念的转变，使教学观从知识本位转向素养本位。教师应以学生为中心，以发展学生的能力素养为鹄，研制更适切的跨学科教学模式，更好地培养学生的必备品格和关键能力。在当前各学科的教学实践中，跨学科问题式学习最为常见，其结合学生的实际能力水平来设计问题，更容易形成有梯度、分阶段的学习进程。但问题式学习的缺点在于设计的问题可能会脱离现实，问题解决的实用价值会受到一定限制。此外，问题式学习对于实际操作能力的培养略显不足。项目式学习可以有效改善问题式学习存在的缺陷，未来应更加注重对跨学科项目式学习模式的研究。与此同时，目前我国跨学科的本土化研究相对薄弱，大多是套用国外的教学理论，缺乏具有中国特色、反映中国实情的理论思辨与实践探索。未来，需要加强对跨学科理论及实践的本土化研究，基于跨学科本质内涵和新时代人才培养目标，结合我国基础教育阶段学生的能力水平与特点，探索出适合我国教育新形势的跨学科教学模式。（三）加强跨学科的表现性评价跨学科评价体系意味着对传统评价观的颠覆。传统评价观认为，学生考试的分数即其能力的外在表现，强调终结性评价，重视甄别和选拔。在新课程改革理念下，教师应革新评价观念，改变应试教育背景下形成的以考核书本知识掌握程度为主的课程考核评价观。教师、研究者应依据新课程方案提出的素养目标，着力探索考核学生的知识技能掌握，发现问题、探索问题、解决问题的能力，学习态度及价值观等多方面发展情况的表现性评价。新课程方案指出，加强知识学习与学生生活、社会间的联系，关注典型行为表现，推进表现性评价；对跨学科实践坚持以过程性评价为主2。如物理新课标设立的跨学科实践学习主题侧重体现物理学与日常生活、工程实践、社会发展等方面的联系。不同于常规教学，跨学科实践具有活动性、开放性的特点，评价跨学科实践教学应指向学生的过程表现以及素养习得，这正是表现性评价的关键所在。表现性评价通过关键表现和物化成果来考核学生在实践活动中的探究学习、问题解决以及沟通合作等能力；实现了从“考知识”到“考素养”的转变，突破了传统评价形式的局限，进而推动跨学科实践教学质量诊断工具的开发9。未来，跨学科的评价研究应关注跨学科实践，加强表现性评价。参考文献：1 中华人民共和国教育部.普通高中课程方案（2017年版2020年修订）M.北京：人民教育出版社，2020.2 中华人民共和国教育部.义务教育课程方案（2022年版）M.北京：北京师范大学出版社，2022.3于士博，于海波.国内科学思维研究内容的综述与思考：以物理学科视角J.物理教师，2022（4）：2-6，9.4兰彧，王祖浩.科学教育中跨学科理解能力测评的国际经验与启示J.中国考试，2021（8）：69-78.5 谢坤.教师在跨学科教学中的异质性知识耦合探讨J.教育理论与实践，2017（32）：36-38.6 张玉滨.高中跨学科教学的本位价值与实施路径J.中小学管理，2018（4）：21-23.7唐晓勇.互联时代的课程重构：构建基于跨学科的统整项目课程J.中小学管理，2019（10）：57-59.8苏传清，占小红.化学课程中跨学科主题教学设计的探索：以“指纹破案”为例 J.化学教学，2019（10）：49-53.9荆鹏，侯恕.初中物理跨学科实践教学的内涵、价值与路径J.物理教师，2022（10）：32-36.10 中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准（2022年版）M.北京：北京师范大学出版社，2022.11 余胜泉，胡翔.STEM教育理念与跨学科整合模式J.开放教育研究，2015（4）：13-22.12 孙越，史艺，詹光奕，等.STEM理念下基于问题的学习探索与实践：以“物体上滚实验”为例J.物理教师，2020（2）：7-10.13黄满霞，秦晋，杨燕，等.核心素养导向下的“跨学科-项目式”教学设计：以“我帮稻农选好种”为例J.化学教学，2020（10）：50-55.14王俊.探究式学习：改善高校双语教学实效的一个新思路J.江苏高教，2013（2）：68-69.（下转第15页）52024年第2期总第91期的单调性？如何求出（1+1n）n的上界？如何证明（1+1n）n无限逼近e？如何把（1+1n）ne转化为切线不等式1-1xln x x-1？这些问题不仅可以为数学探究活动提供持续的动力，而且可以帮助学生拓展对数学问题的认识和理解。4.在应用迁移中提升解题水平当然，应用是解题教学中不可或缺的环节，有了概念再认知的铺垫，解题教学回归数学结论、性质的应用就更自然，即把所学的知识迁移到新的环境和挑战中，学生的表现也会更加得心应手。问题1设m为整数，且对于任意正整数n，（1+12）（1+122）（1+12n）m，求m的最小值。先把切线不等式ln x x-1变形为ln（1+12n）12n，则 ln（1+12）（1+122）（1+12n）=ln（1+12）+ln（1+122）+ln（112）12+122+12=12(1-12n)1-12=1-12n1，所以m的最小值为3。问题2证明调和级数1+12+13+1n+是发散的。先把切线不等式 1-1xln x x-1转化为1x+1ln（1+1x）1x1n+1ln（1+1n）1n，则Tn=1+12+1nln（1+1）+ln（1+12)+ln（1+1n）=ln2+ln32+ln43+lnn+1n=ln（n+1）。当n+时，ln（1+n）+，所以1+12+13+1n+是发散的。如果学生对于切线不等式没有深入的认识，就很难把结论与要解决的问题联系起来，也就无法体会到数学中化归思想的魅力。尽管从形式上看，考试可能只考解题，不会直接考概念，但毫无疑问掌握概念是解题的基础。尽管熟练的解题需要运用到大量的数学思想方法，但概念学习是孕育数学思想方法的沃土。因此，把对概念再认知作为解题教学的前提与重要组成部分，不仅是对传统的解题教学的补充和提升，更是在核心素养育人目标导向下赋予解题教学新的意蕴。参考文献：1安学保.评价体系新实践高考命题新突破：新高考卷数学试题评析J.数学通报，2020（9）：52-55，63.2史宁中，吕世虎，李淑文.改革开放四十年来中国中学数学课程发展的历程及特点分析 J.数学教育学报，2021（1）：1-11.3吕增锋.数学解题教学不只是“解题”：由一次县优质课评比引发的思考J.数学通讯，2021（12）：16-18.4赵楠.大概念课程如何落地？：以加拿大不列颠哥伦比亚省的课程改革为例 J.现代教育技术，2020（11）：40-46.（责任编辑：陆顺演）15 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