專題 | 跨學科科學教育：動因、理論與實踐

作者

馬玉娟1　王曉燕1　杜　蕾2*

（1. 北京市八一學校；2. 北京師范大學教育學部；*通訊作者）

跨學科科學教育

跨學科科學教育是培養學生科學素養、創新思維與問題解決能力的有效途徑，也是適應未來社會需求的必然選擇。本期專題以跨學科科學教育為主題，圍繞3種類型的跨學科課程，通過理論探討與實踐案例分析，深入探討初中化學、生物學、物理、地理、歷史等學科間的融合與互動，為科技教育工作者在跨學科課程設計與實踐方面提供參考。

跨學科科學教育，作為科學教育領域的一種新興范式，旨在打破傳統學科壁壘，通過不同學科間的有機融合，引導學生構建全面系統的知識體系，并發展適應未來社會需求的綜合性能力。本文旨在探討跨學科科學教育發展動因、理論內涵與實踐類型，以期為科學教育的改革與創新提供理論依據與實踐指導。

跨學科科學教育的發展動因

黨的二十屆三中全會強調“統籌推進教育科技人才體制機制一體改革”。作為教育科技人才工作的關鍵連接點，科學教育對于提升學生科學素養、培養創新人才、促進科技創新意義重大。其內涵不應僅僅局限于向學生傳輸基礎的知識內容，更為重要的是著力于引導學生靈活運用所學知識，全方位培養學生解決實際問題的能力、創新性思維能力，以及深入理解周圍世界的認知能力[1]。因此，為確保知識能夠在多元且復雜的科學實踐場景中得以有效運用，以科學教育為關鍵著力點，優化教育教學方式，構建全面系統的知識能力體系已成為廣泛共識。

教育部印發的《義務教育課程方案（2022年版）》高度重視跨學科教學的重要意義，積極倡導各學科領域大力開展跨學科學習活動，并明確規定“各門課程用不少于10%的課時設計跨學科主題學習”。其核心目的在于借助跨學科教學內容的有機滲透，切實提升學生的高階思維能力，為教育強國和人才強國構筑智力基石。同時印發的《義務教育科學課程標準（2022年版）》進一步提出科學學科的4大跨學科概念，作為對學科核心概念的深度拓展與升華性理解維度。由此可見，科學教育從碎片化、孤立性及脫離實際情境的知識傳授模式逐步向融合性、整體性且注重實踐的跨學科教學模式轉型勢在必行。

因此，科學教育的發展路徑亟須從單一學科導向的事實性知識習得模式，向跨學科導向的綜合素養培育模式進行根本性轉變。

跨學科科學教育的理論內涵

在我國現行的科學教育架構中，小學階段的科學教育主要采用綜合科學課程的形式，中學階段則主要通過物理、化學、生物學的分科形式實現自然科學學科的教學。然而，無論在哪個階段，科學教育的根本目的始終聚焦于全面提升受教育者的科學素養，涵蓋科學知識累積、科學本質理解、科學思維方式培育、運用科學知識與技能解決實際問題的能力，以及科學精神、科學態度與價值觀塑造[2]。科學素養所展現的綜合性與社會性特質，為跨學科科學教育的實現奠定了堅實基礎。跨學科科學教育的內涵主要體現在課程觀、活動觀及學習觀3個維度。

跨學科科學教育的課程觀

在課程觀層面，跨學科科學教育并非將各學科的知識進行簡單機械的疊加，而是基于科學學科課程，通過學科間的滲透融合，推動課程的綜合化與實踐化。其課程設計旨在突破傳統學科壁壘，通過跨學科主題將不同學科的知識與技能有機融合，構建出完整系統的科學知識體系。在這一過程中，課程設計者需要充分考慮學科間的內在聯系與互補性，確保跨學科主題的選取能夠涵蓋多個學科的關鍵概念與核心技能。課程內容應緊密聯系學生的生活經驗與社會現實，既符合認知發展規律，忠實于教材中的邏輯結構，又能夠回應社會的需求。同時，課程設計還鼓勵學校根據自身教學特色和學生實際學情，對國家課程進行校本化改造，以實現課程內容的創新與重構。

跨學科科學教育的活動觀

在活動觀層面，跨學科科學教育將主題學習視為一種由特定主題引領，并融合多學科知識的學習過程。這種學習模式以某一科學領域的核心內容為基礎，圍繞選定的主題與其他相關學科進行深入整合，構建出綜合性的活動框架。整個活動設計強調學習內容與具體情境或現實生活的緊密聯系，鼓勵學生面對復雜情境時能夠應用所學知識解決實際問題。為了實現這一目標，跨學科科學教育中的表現性活動被融入到學生的學習過程中。具有情境性的跨學科科學教育活動不僅能幫助學生發現自身的優勢與不足，還能讓教師通過對學生表現的觀察進行多元化的、發展性的評價，以此激發學生潛能，增強他們的學習興趣和信心。

跨學科科學教育的學習觀

在學習觀層面，跨學科科學教育強調將科學知識與學生的個人經驗相結合，通過主題化學習方式實現不同學科知識與方法的融會貫通。這種學習觀反對簡單地否定知識、輕視知識或將知識與素養極端對立起來的觀點，認為這樣的態度會破壞知識學習與學生發展的內在聯系。相反，它主張以辯證的態度看待知識學習與學生素養發展之間的關系，認識到二者是相輔相成、不可分割的整體。為此，跨學科科學教育需要打破傳統教學中以單一學科知識為核心的教學模式，引導學生從更宏觀的角度理解科學現象及其背后的原理。通過這種方式，跨學科科學教育不僅促進了學生對于科學世界的全面理解，也為其提供豐富多元的成長機會，有助于學生成為具備批判性思維能力和創新能力的新時代人才。

跨學科科學教育的實踐類型

跨學科科學教育實踐具有3個層次的價值，首先是基于現有學科框架進行深化研究；其次是填補因缺乏關注而產生的知識空白；最終是當知識積累達到臨界質量時，形成新的知識空間并重塑原有學科邊界。根據這3個層次，跨學科科學教育實踐可以分為單學科延展型、多學科整合型和學科群協同型3類。

單學科延展型跨學科科學課程

單學科延展型跨學科科學課程以科學教育的某一核心學科為基石構建主題單元，其主題與目標的設定緊密圍繞該主學科的知識體系、技能要點、思想脈絡及方法應用展開[3]。教學活動規劃與評價體系構建同樣立足于主學科的目標立場與教學導向，通過主動探尋與其他學科的關聯節點踐行跨學科教學理念。此類課程以特定主學科為軸心，借助對該學科知識內容的拓展延伸，引入其他學科的相關元素，構建起多學科知識的“聯合體”，并以并列形式組織學習內容。盡管涉及多學科觀念與方法的融合運用，但仍能清晰界定主學科的范疇與邊界。

單學科延展型課程常采用講授法、討論法、演示法、探究法等經典教學手段。講授法通過系統且深入的主學科知識講解，引導學生逐步構建起科學知識認知架構，明晰科學知識的內在邏輯。討論法聚焦于學生對主學科核心概念的理解與內化，通過激發學生進行邏輯推理、分析綜合、抽象概括等思維活動，引發學生的思維碰撞，促使其從多元視角審視學科知識，培養其獨立思考與批判性思維素養。演示法以直觀的形式呈現抽象知識，助力學生理解，實驗教學、案例剖析等活動能夠促使學生將理論知識與實踐操作相融合，在實踐中提升動手能力與解決實際問題的能力。探究法著重培養學生的自主探索精神與問題解決能力，使其在主動探究過程中深化對學科知識的理解，將態度責任的涵養貫穿于整個教學流程，注重培育學生嚴謹治學的科學態度、對科學真理的不懈追求精神，以及對科學研究的敬畏與擔當意識。

多學科整合型跨學科科學課程

多學科整合型跨學科科學課程高度注重多個具有內在關聯性學科之間的主題特征交融共享，通常在理科或文科內部展開學科交叉與深度整合，相較于單學科延展型課程，其學科間的聯系更為緊密。該課程類型將單元主題的完整性置于重要地位，通過多學科協同合作，共同攻克一個復雜問題，為學生營造更為全面、深入且系統的學習體驗環境。在此過程中，跨學科教學實現了學科關系的優化協調與相互依存，以主題或交叉概念為紐帶整合課程內容，既完好保留各學科的特色，又著重突出運用綜合知識體系解決真實情境下復雜問題的核心能力，促使學科邊界逐漸模糊化，達成學科之間的協同創新，精準指向跨學科概念、大問題、大任務等的深度探究實踐。

多學科整合型課程的教學模式主要涵蓋以下兩大路徑。其一，以STEM教育理念為指引實現學習的“跨學科性”拓展，或借助STEM教育模式開發出眾多創新型教學模式。STEM教育高度強調科學、技術、工程和數學的深度融合，引領學生在解決科學實際問題的實踐過程中綜合運用多學科知識，著力培育創新思維與實踐操作能力[4]。其二，在基礎教育階段靈活運用不同類型的教學模式推進跨學科教學實施，諸如主題式教學模式、項目式教學模式、問題式教學模式、5E教學模式等。這些教學模式均秉持以學生為中心的教育理念，通過創設真實情境、提出問題或項目任務等方式，充分激發學生的學習興趣與主觀能動性，引導學生自主探索、合作學習，在解決問題的動態過程中達成多學科知識的有機整合與高效運用。在整個學習過程中，學生借助多學科視角對同一主題的深度探究，構建起更為全面、系統且動態的科學觀念體系，領悟不同學科知識在解決復雜實際問題進程中的內在邏輯關聯；通過多學科知識的深度整合與綜合運用，全方位鍛煉學生的綜合分析、邏輯推理、批判性思維、創新性思維及系統性科學思維能力。

學科群協同型跨學科科學課程

學科群協同型跨學科科學課程以具有社會意義的主題為核心驅動，緊密圍繞真實的社會實踐難題展開全方位、多層次的剖析，并據此探索系統性解決方案。它將相關學科的大概念、大任務或大問題進行有機融合與深度整合，構建起一個高度綜合、全面跨越文理科界限的大型主題范疇。此模式旨在全方位、立體式地培育學生的系統性思維、創新性思維及綜合實踐能力，通過引導學生參與解決實際問題的全過程，提升學生的綜合素質，使其能夠更好地適應未來社會復雜多變的發展需求。與前2種課程類型不同的是，學科群協同型課程所涉及的整個問題空間不存在預設的固定學科視角局限，而是以系統理論為根基，強調知識的整體性、關聯性與動態性，將各個學科視為一個相互滲透、無縫銜接的有機整體，學科之間相互借鑒、相互轉化，順應人類學習的本質特征，即學習本身就是一個天然的跨學科過程，是在復雜系統中進行知識梳理、整合與創新構建的動態歷程[5]。科學教育的跨學科概念在學科群協同型課程中猶如一條無形的主線貫穿項目始終，通過對這些跨學科概念的深度理解、綜合運用與創新拓展，學生能夠把握學科知識之間的邏輯脈絡，大幅提升跨學科學習的效率。

在教學實踐過程中，學科群協同型課程對教師和學生均提出較高的要求。教師不僅需要具備跨學科知識儲備，還要擁有跨學科教學組織與引導能力，能夠在復雜多變的問題情境中洞察學生的學習需求與困惑，適時提供指導與支持。學生則需要具備自主學習能力、團隊協作精神、跨學科思維洞察力等非認知能力，能夠主動投身項目學習實踐中，自主開展資料搜集、知識整合、方案設計與優化調整等系列活動，與團隊成員溝通協作，共同攻克項目實施過程中遇到的困難與挑戰。

參考文獻

[1] 王晶瑩，周丹華，楊洋，等．科學高階思維：內涵價值、結構功能與實踐進路[J]．現代遠距離教育，2023，（02）：11-18．

[2] 鄭永和，周丹華，王晶瑩．科學教育的本質內涵、核心問題與路徑方法[J]．中國遠程教育，2023，43（09）：1-9+27．

[3] 宋乃慶，徐春浪，鄭智勇．科創教育：中小學科學教育發展的時代路向[J]．人民教育，2024，（01）：43-46．

[4] 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，（06）：162-171．

[5] 董艷，孫巍．促進跨學科學習的產生式學習（DoPBL）模式研究——基于問題式PBL和項目式PBL的整合視角[J]．遠程教育雜志，2019，37（02）：81-89．

本文系北京市教育規劃課題單位資助校本研究專項課題“大數據技術賦能新任教師發展的校本研修體系研究”（CBFB24105）成果）

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來源 | 《中國科技教育》2025-01

編輯 | 孟想

審校 | 若惜、朱志安