基于初中生物学的跨学科概念教学：价值与策略研究

 

郝琦蕾 杨志远

摘要：跨学科概念帮助学生打破学科界限，构建对科学世界的整体认识。本文阐释了跨学科概念的教学价值，并在《义务教育生物学课程标准（2022年版）》视角下，提出重视建立跨学科概念和学科概念间的联系、强调跨学科概念的工具属性、注重创设指向跨学科理解的真实情境和实践活动的跨学科概念教学策略，以期为生物学教师提供参考。

作者简介：郝琦蕾，广西师范大学教育学部教授，博士生导师，主要从事课程与教学论研究。 杨志远，广西师范大学教育学部博士研究生，主要从事课程与教学论研究。

20 世纪80年代以来，在倡导“整合”的课程编制理念影响下，跨学科概念逐渐进入科学课程。美国《新一代科学教育标准》（Next GenerationScience Standards,NGSS）将跨学科概念和学科核心概念、科学与工程实践并列为科学课程的三大内容。加拿大、澳大利亚、新加坡等国的科学课程文件中也都有“共通概念”“通用主题”等类似提法。我国新一轮义务教育课程方案和普通高中课程方案同样强调学科内和学科间的整合，《义务教育科学课程标准（2022年版）》在课程内容部分明确提出了跨学科概念。跨学科概念是指在所有领域都有所运用的主要概念，它们提供了一种联系所有学科的方法，具有持久、上位、观念性强、概括性强的特点。我国科学类课程多实行分科制，对学科领域与属性的强调使人们逐渐忽略了科学本是整体的事实，培养学生对科学的整体性理解，使他们胜任真实情境中的问题解决已成为科学类课程教学的重要目标。跨学科概念联系、统整各学科，能够帮助学生形成对科学的整体性理解。科学类课程应重视跨学科概念的教学价值。然而，目前跨学科概念的相关研究较少，尤其是从学科视角的跨学科概念教学研究尤为不足。鉴于此，本文在《义务教育生物学课程标准（2022年版）》（以下简称“新课标”）视角下，探讨跨学科概念的教学价值，探究初中生物学跨学科概念教学的策略，以期为生物学教师提供参考。

一、“新课标”视角下跨学科概念的教学价值

跨学科概念包含不同的主题，许多国家的科学课程文件中阐述的跨学科概念主题并不相同。美国《K-12科学教育框架》提出七个主题：模式，因果关系，结构与功能，系统与系统模型，稳定与变化，物质与能量，尺度、比例和数量，基本上涵盖了其他课程文件提出的主题，且对各主题的阐释最详细。下文将据此对跨学科概念的教学价值进行分析。

（一）有助于培育学生的核心素养

培育核心素养是生物学课程育人价值的集中体现。“新课标”强调着眼于学生适应未来社会发展和个人生活的需要来培育学生的核心素养，即社会或个人生活等真实情境中的问题解决是培育核心素养的目标。真实的问题和情境往往是复杂的、综合的，大到分析全球变暖的危害，小到一日三餐的营养搭配，这些涉及科学、技术、社会与环境关系的复杂议题，需要综合运用多学科的概念、方法和思想。跨学科性是核心素养的重要特性之一。

从跨学科概念的角度来看，生物学核心素养的跨学科性体现在两个方面。第一，核心素养的内涵中包含跨学科概念主题，如“生命观念”中包括“结构与功能”，“科学思维”中包括“模型”。第二，跨学科概念对生物学知识具有结构化、观念化作用，有助于生物学核心素养的培育。核心素养是在解决真实问题的过程中逐步形成的，这个过程是整体的、连贯的。学科知识结构化有利于培育核心素养，跨学科概念为学科知识结构化提供了线索和思路。例如，“新课标”在“生物体的结构层次”主题中运用“尺度”，在微观和宏观尺度下整合了生物体结构层次的相关概念，引导学生将零散知识关联起来，进一步形成结构与功能相统一的生命观念。培育核心素养，学科知识还需要从结构化向观念化进阶，即在学习中形成对知识的理性认识和价值判断的基本准则。跨学科概念具有观念属性，能够促进学科知识的观念化。例如，“新课标”在主题三“生物与环境”中运用了“系统”，引导学生用系统与整体的思维方式认识生物与环境的相互关系，树立“人与自然和谐共生”的生态文明观念。

（二）有助于教师指导跨学科实践的开展

《义务教育课程方案（2022年版）》规定，各门课程要用不少于10%的课时设计跨学科主题学习，“新课标”还设置了“生物学与社会·跨学科实践”学习主题，跨学科实践已成为重要的育人方式。“新课标”将跨学科实践阐释为综合运用科学、技术、工程学和数学等多学科的概念、方法和思想，解决真实情境中的问题，培育核心素养的实践活动。跨学科概念在所有学科领域都有所运用，其对跨学科实践的指导作用可以概括为三个方面：①将跨学科实践的真实问题转化为学习目标；②为处理真实问题提供一般的方法、视角和模式；③从跨学科的层面解释实践中的科学现象和事实。以“生物学与社会·跨学科实践”中的“制作可调节的眼球成像模型”为例进行说明。活动前，“结构与功能”“尺度”将问题“眼球的成像原理是什么”转化为了解眼球的功能（宏观尺度）、分析眼球的微观结构（微观尺度）和构建结构与功能的关联（宏观尺度与微观尺度的关联）三个学习目标。活动中，“系统与系统模型”为学生提供解决问题的一般方法，即制作可调节的眼球成像模型并模拟演示人眼的成像过程来理解眼球的成像原理。活动后，“稳定与变化”帮助学生解释近视、远视的成因并提出矫正方法，从跨学科的层面引导学生理解任何系统只有在一定的变化范围内才能稳定运转。

二、“新课标”视角下跨学科概念教学的策略探讨

在学科教学中，跨学科概念容易被忽视有三方面原因：第一，教师对跨学科概念的理解有限，意识不到其与教学内容的关联；第二，跨学科概念是抽象的，教师需要具体的教学案例来说明怎样使用跨学科概念来组织教学内容；第三，跨学科概念是隐性的，在教学过程中将其外显化并呈现出来比较困难。要改善跨学科概念教学的现状，就要针对上述问题，从跨学科概念与学科教学内容的关联、如何使用跨学科概念组织教学内容以及怎样呈现跨学科概念三个方面探讨教学策略。

（一）重视建立跨学科概念和学科概念间的联系

生物学科概念构成初中生物学课程内容体系。建立跨学科概念与学科概念之间的联系，既是强化其与初中生物教学内容关联的前提，也是跨学科概念教学的基础。有学者认为，跨学科概念教学的目的是使学生理解跨学科概念，理解的过程是学生运用学科概念和科学的思维与方法，通过探究实践整合学科知识，形成新的认知结构的过程。从认知发展观的角度解释，这一过程包括两个方面：以学科概念为基础凝练跨学科概念内涵的自下而上的顺应性迁移；利用跨学科概念的整合作用促进对学科概念理解的自上而下的同化性迁移。也有学者指出，跨学科概念的学习不是一蹴而就的，而是需要在不同的学科情境中反复使用来解决真实问题，通过学科概念不断扩充跨学科概念的下位概念将有利于学生的理解。这些观点说明，跨学科概念教学不能脱离学科概念，建立两者的关联是教学的基础。

建立跨学科概念和学科概念间的联系有两种思路。一种思路基于林恩·埃里克森的概念为本教学理论，主张概念教学要将知识结构与学习过程的结构互补，以学科概念为中心，通过探究实践从学科概念中凝练、抽取出跨学科概念，达成深度的概念理解，进而建立两者的关联。这种思路在实际教学中较为常见，例如，学习元素周期律概念时，在观察、分析元素周期表的教学活动中引入“模式”；通过开展模拟孟德尔豌豆杂交实验的探究活动，建立“基因的分离定律”与“模式”的关联。另一种思路是以跨学科概念为中心，先学习其内涵及相关知识，然后在学科情境中使用跨学科概念，推及相关学科概念并予以验证和联结。具体来说，首先可以参考《K-12科学教育框架》，概括七个跨学科概念的主要内容，然后从生物学学科视角对主要内容进行解读，将它们具体化为生物学概念中的模式、系统、物质和能量等，最后建立起跨学科概念与生物学概念的关联，如表1所示。

表1跨学科概念与生物学概念的关联示例

由表1可知，“结构与功能”与34个生物学概念相关联，是建立关联次数最多的跨学科概念。初中生物学课程的重点内容是引导学生认识各类生物的形态、结构和生理特点，这也是学生学习生态学、遗传进化等内容的基础。“新课标”的课程内容中有较多的认识生物体结构与功能的内容，如主题二的各类脊椎动物适应不同生活环境的结构特征和主题六的DNA和染色体的功能。因此，“结构与功能”是与生物学概念体系关联最紧密的跨学科概念。此外，“因果关系”与27个生物学概念建立关联，也远多于其他跨学科概念。究其原因，初中生物学科核心素养强调科学思维和探究实践，“因果关系”与科学思维密切相关，是科学探究和跨学科实践的核心，故在素养导向的初中生物学课程内容中必不可少。例如，“人体生理与健康”主题首先让学生了解传染病是通过细菌或病毒传播的，基于这个因果关系再引导学生学习预防和控制传染病流行的措施；“植物的生活”学习主题包括无土栽培一种植物的实践活动，学生需要充分考虑多种物质、能量与植物生长之间的关系，从而完成无土栽培的设计和改进。对于“结构与功能”“因果关系”这样与生物学概念联系紧密的跨学科概念，教师在教学中应给予足够重视，有意识地引导学生学习、掌握，充分发挥其串联、整合不同学习主题内容的作用。

（二）强调跨学科概念的工具属性，充分发挥其教学功能

每一个跨学科概念都具有工具属性，都是学习的思维工具，能帮助学习者拓宽学习思路。^[21]里维特（Rivet）基于概念隐喻理论，运用解释学方法分析了《新一代科学教育标准》中与跨学科概念相关的语句，得到了描述它们的四组高频词汇，进而作出了四个隐喻：透镜、桥梁、工具和游戏规则。这些隐喻解释了跨学科概念的工具属性，揭示了其教学功能：观察与发现、联系、建立理解、规范与准则，如表2所示。

表2跨学科概念的隐喻及其含义

1. 跨学科概念是观察现象、揭示本质的透镜

《新一代科学教育标准》频繁使用“观察”“注意到某事件”等词语来描述跨学科概念，表明其可以像透镜一样用来观察事物，帮助学生在某一视角下进行细致分析或展开探究，进而发掘学习主题或现象的特征。根据“透镜”功能，教师可以将跨学科概念作为教学的视角。例如，“物质与能量”在“人类活动对生物圈的影响”章节中体现为：物质和能量是生态系统中的两个守恒量，生物圈的稳定需要维持二者的动态平衡。该章节包括分析人类生活对生态环境的影响，提出保护环境、节约资源的计划等内容。如果不从“物质与能量”的角度做适当引导，学生可能只分析具体某一案例的原因或危害，忽视了环境与资源问题背后是物质与能量不再维持平衡状态。而如果从“物质与能量”视角组织保护生态环境的相关内容，可以引导学生从该视角进行分析探究，发掘人类活动影响生态环境的本质特征，从而达成对学科概念的深度理解。

2. 跨学科概念是联系不同学科知识的桥梁

将跨学科概念比作桥梁是强调其可以关联不同的知识内容，帮助学生在章节或主题之间建立对学科概念的理解。例如，以“结构与功能”为线索，可以将细胞的不同结构与脊椎动物适应生存环境的主要特征、绿色开花植物主要器官的结构与功能、人体各系统的结构与功能等不同学习主题内容联系起来。在开始学习主题时，可以先介绍细胞的结构与功能、结构与功能对于生物学研究和工程设计的重要价值，这些内容揭示了“结构与功能”对于生物学学习的意义。在学习后续主题时，可以回顾之前主题中与“结构与功能”相关的内容，丰富“结构与功能”相适应的实例，加强不同主题学科概念间的联系。这样的内容组织方式体现出跨学科概念能够将碎片化的具体知识构建成网络，并促成知识在不同学习情境中的迁移与深化，帮助学生形成对学科概念体系的整体性理解。

3. 跨学科概念是构建新概念理解的工具

跨学科概念作为思维工具，能够将学生已有的经验锚定于学科概念的形成过程，并与实践活动进行整合，帮助学生建立新的理解。例如，“动物的运动”一节要求学生能够阐释动物与人体运动系统的运作机制，分析骨、关节、肌肉三者间的协同关系是如何决定其整体功能，并比较不同动物运动系统的异同点。教师可以在教学中引入杠杆原理，通过分析剪刀、撬棒等常见工具的工作情境，以及明晰动力臂、阻力臂与支点等物理概念，帮助学生构建生物运动结构中的杠杆模型，从而将物理学中“结构与功能”的知识迁移并转化为学习生物运动系统的新知识。

4. 跨学科概念是指导学生实践的游戏规则

跨学科概念作为一种共同语言，帮助学生进行集体发现，为学生的科学理解提供认知框架和思考路径，此时它就像“游戏规则”，指导着探究实践的有序开展。例如，在“设计并制作生态瓶”跨学科实践活动中，“系统与系统模型”就作为“游戏规则”指导学生。学生设计、制作、观察、评价生态瓶等实践步骤，以及讨论生态瓶的结构与功能、运用数学思维计算物质与能量的投入、分析维持平衡的条件等探究环节都围绕“系统与系统模型”展开。“物质与能量”在植物栽培与动物饲养类活动中也发挥着“游戏规则”的功能。就像在游戏开始前要了解游戏规则一样，跨学科概念要在探究实践开始前直接向学生教授，并在主要环节与步骤中重复体现，以最大限度地发挥其指导探究实践的作用。

（三）注重创设指向跨学科理解的真实情境和实践活动

跨学科概念是理科知识共通性的高度归纳，隐性且抽象。实践、活动体验和真实的学习情境对帮助学生理解跨学科概念有着重要作用。在教学中应该将其融入真实情境和跨学科实践活动中。“新课标”的“生物学与社会·跨学科实践”主题包含多样的跨学科实践活动，“情境素材建议”板块列举了丰富的跨学科情境素材，是创设呈现跨学科概念的真实情境和实践活动的重要参考。

1. 在跨学科情境中认知跨学科概念

“情境素材建议”中的跨学科情境主要有两类：一是社会类、生活类情境，二是与初中其他学科相联系的情境。社会类、生活类情境指与社会生产和学生日常生活紧密联系的情境，这类情境聚焦真实问题，整合科学、技术、工程和数学，体现STEM教育理念，蕴含着跨学科概念。例如，“我国人口普查中关于性别比例的资料”引导学生从“尺度、比例和数量”的角度定量地认识我国社会的人口情况，“中国居民平衡膳食宝塔”“学校的营养餐食谱”通过健康、均衡饮食的情境培养学生的“物质与能量”生命观念。与初中其他学科整合的跨学科情境，通过引入初中其他学科的概念和现象来解决初中生物学的问题，跨学科概念在其中扮演了桥梁的角色，是学科间产生联系并得以整合的基础。例如，“蜡烛等物体的凸透镜成像装置”是生物学与初中物理整合的跨学科情境，使学科产生联系的跨学科概念是“系统与系统模型”，引导学生用构建模型的方式理解复杂的系统；“澄清石灰水与二氧化碳反应变浑浊实验”是初中化学实验，为学生得出“呼吸系统排出代谢产生的二氧化碳”的科学推理过程提供证据，将其引入的依据是“因果关系”。

2. 在跨学科实践中运用跨学科概念

《K-12科学教育框架》将科学与工程学实践和跨学科概念并列为科学学习的重要维度，并强调两者的有机整合，可见跨学科概念教学不能脱离实践活动。在跨学科实践活动中呈现跨学科概念有两种方式。一是将其作为开展跨学科实践活动的思维工具，在“做”中运用并学习跨学科概念。此时，跨学科概念需要在被运用到的活动环节前呈现，让学生能够提前了解。以“生物学与社会·跨学科实践”主题中的“设计并制作生态瓶”为例，在制订方案前呈现“系统与系统模型”，引导学生从系统的角度设计制作生态瓶的方案；在实施方案前呈现“尺度、比例和数量”，引导学生选择恰当且适量的材料制作稳定性较强的生态瓶。二是将跨学科概念和学科概念的整合作为跨学科实践活动的学习目标。具体来说，教师首先在活动过程中引导学生理解学科概念，然后在得出结论环节或总结环节，通过进一步思考和讨论将学科概念进阶为跨学科概念。仍以“设计并制作生态瓶”为例，在得出结论环节，教师可以展示更多的自然系统或人工系统的“稳定与变化”的例子，引导学生深入思考，归纳提炼学科概念，并适时呈现“物质与能量”“稳定与变化”。

三、结语

在内容聚焦大概念的课程理念指导下，强调跨学科概念教学具有重要意义。本文在梳理跨学科概念内涵与教学价值的基础上，围绕“建立概念联系—发挥工具属性—创设真实情境”的逻辑，探讨了跨学科概念在学科教学中的实施策略，具体包括：从认知结构与教学顺序两个方面，阐释了构建跨学科概念与学科概念关系的方法；借鉴概念隐喻理论，提出跨学科概念作为“透镜”“桥梁”“工具”与“游戏规则”在教学过程中的具体功能；结合“新课标”内容与典型案例，探索了在真实情境与跨学科实践中实现跨学科概念外显与整合的有效途径。通过上述探讨，可以总结出跨学科概念教学的特点：第一，跨学科概念教学的目标不仅是概念认知，更要引导学生在思考、观察、解释的实践过程中运用跨学科概念形成对学科内容的深层次理解；第二，跨学科概念教学不是“空中楼阁”，而是需要建立在与学科概念相联系的基础上，但简单的概念关联不会自动转化为学科理解，还需要充分利用跨学科概念的工具属性帮助学生理解学科内容；第三，在培育核心素养的要求下，教师愈发重视提高学生解决综合问题的能力，在真实情境和实践活动中彰显跨学科概念辅助解决综合问题的价值。

跨学科概念教学研究还有许多值得深入探索的方向。例如，在教师专业发展视角下，教师跨学科概念教学能力的构成要素与培养机制仍需系统构建。在强调“跨学科实践”的背景下，如何评估学生在跨学科概念理解与应用方面的素养发展。总之，跨学科概念教学是从“知识传递”走向“观念建构”的重要路径，可以预见未来将出现更多相关研究，推动跨学科概念教学充分落实，为核心素养导向的教学改革提供有力支撑。

来源：郝琦蕾,杨志远.基于初中生物学的跨学科概念教学：价值与策略研究[J].教育参考,2025,(10):49-56.