科学教育：跨学科概念的4种隐喻视角及其生物学教学建议

 

来源公众号：生物学通报　　作者：陈婷,张梦真,张丹凤

编者按

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本刊2025年第1期刊发的《跨学科概念的4种隐喻视角及其生物学教学建议》一文，以跨学科概念的 4 种隐喻视角，即“透镜”“桥梁”“工具”和“游戏规则”为依据，分析跨学科概念融入生物学课堂教学的 4 条不同路径，为教师教学提供参考。本期荐读。

跨学科概念的4种隐喻视角及其生物学教学建议

陈婷 张梦真 张丹凤 

（闽南师范大学生物科学与技术学院）

摘要 为了更好地将跨学科概念融入课堂教学中，以高中生物学学科为内容，以跨学科概念的 4 种隐喻视角，即“透镜”“桥梁”“工具”和“游戏规则”为依据，分析跨学科概念融入生物学课堂教学的 4 条不同路径，为教师教学提供参考。

关键词 跨学科概念   隐喻视角  教学建议

#1 跨学科概念的内涵#

美国《K-12 科学教育框架》和《新一代科学教育标准》（Next Generation Science Standards， NGSS）提出三维学习的教学原则，该原则认为通 过学科核心思想（disciplinary core ideas，DCIs）、科学与工程实践（science and engineering practices， SEPs）和跨学科概念（crosscutting concepts，CCCs） 的有意义的整合，学生将获得对科学知识和科学过程的理解。关于第 3 个维度，NGSS 指出“跨学科概念之所以有价值，是因为它们为学生提供了在不同领域学科内容之间建立联系的智力工具，并且可以丰富他们的实践应用和对核心概念 的理解”。跨学科概念包括“模式”“因果关系：机制与预测”“尺度、比例和数量”“系统与系统模型”“物质与能量：流动、循环和守恒”“结构与功能”和“稳定与变化”（表 1）。这 7 个跨学科概 念能够有机整合科学和工程领域的核心概念，促 进学生在科学课程的学习中进行知识迁移和拓展，实现对学科核心概念的理解和认识，不断完善学生的知识结构，从而培养学生的跨学科素养和全面系统的科学本质观。

#2 跨学科概念的4种隐喻视角#

为了更有效地思考跨学科概念的作用以及它们如何影响学生对现象的三维科学理解，Rivet 等通过对 NGSS 的深入分析，为教师和课程开发人员提供了一个概念框架，以便将跨学科概念融入课程教学中。他们确定了 4 种不同的隐喻来描述跨学科概念的性质，从而将跨学科概念解析成易于理解的“透镜”“桥梁”“工具”和“游戏规则” 4 个视角。通过这 4 个不同的视角，教师和学生能够思考跨学科概念在科学学科教学中所起的作用，同时也能够使跨学科概念的教学更有成效。

2.1 跨学科概念作为“透镜”的使用

Rivet 等认为，当跨学科概念作为学生观察现象的 “透镜”时，学生能够注意到先前认为不重要而忽略的现象或问题。“透镜”被视为学生理解一种现象的切入点。在教学实践中，教师会引导学生从某个特定的视角思考生物学现象或问题，这其实就是关于“透镜”的使用。不同的跨学科概念可以让学生用不同的“透镜”来观察同一个现象，由此可以获得多样的观察结果，即不 同的跨学科概念可以让学生以不同的切入点分析一种情况或问题，这些都可被视为对该现象进行推理的合理方法。例如，细胞中的蛋白质合成，如果从“尺度”这一“透镜”思考该现象，学生可以理解微观上的蛋白质合成与宏观上生命活动的完成是关联的 ；如果从“系统”这一“透镜”思考该现象，学生可以理解细胞膜系统成分之间的相互配合以及结构与功能之间的对应；如果从“物质与能量”这一“透镜”思考该现象，学生还可以理解蛋白质合成过程中物质的变化伴随着能量的合成与使用。在 NGSS 中将观察或注意到事件作为科学探索的重要组成部分。在《普通高中生物学课程标准（2017 年版 2020 年修订）》（以下简称《课程标准》）中，观察也作为科学探究的重要组成部分。因此，在课堂教学中融入跨学科概念，学生就能够将跨学科概念作为“透镜”进行观察，从而培养学生的观察能力，逐步培养学生的科学探索能力。 

当教师在课堂上将跨学科概念作为课程教学、概念教学和现象教学的框架时，最常见的就是将跨学科概念用作“透镜”。在教学实践中，教师可以将跨学科概念嵌入对一种现象的课堂讨论中，让学生使用一个或多个跨学科概念对一种现象进行特定的描述。这种方式的优势在于学生在思考问题时会将注意力集中在所使用的跨学科概念中，便于学生理解，塑造其思维方式。

将跨学科概念作为“透镜”的使用是一种富有成效的思维方式，但也具有局限性。跨学科概念作为“透镜”的使用有助于解决一个学科中的特定问题，但在新的情境问题下，可能存在学生不会使用或者无法熟练地使用的现象。要想解决上述问题，教师可以采用生物学概念与跨学科概念并重的教学设计取向，让学生在课堂上使用跨学科概念参与学习过程，使学生在掌握生物学概念的同时也掌握跨学科概念的内涵和学习内容。通过创设多种新情境让学生学以致用，反复使用跨学科概念解决新情境中的生物学问题。同时 在其他不同学科的课堂上也可采取相同的教学设计，让学生知道同一个跨学科概念在不同学科中是如何使用的，从而建立起对跨学科概念的全面认识，熟练运用跨学科概念。

2.2 跨学科概念作为“桥梁”的使用

为了促进学生对科学本质的全面理解，需要让学生认识到相关领域和现象之间内容的应用和迁移。跨学科概念可以作为链接不同领域、不同单元的学科内容之间的内在线索，帮助学生实现跨学 科、跨单元的学习。将跨学科概念作为内在线索，相当于搭建起不同知识领域和现象之间的“桥梁”，从而实现知识的融会贯通。

在教学实践中，教师在进行单元教学设计时通常将核心概念或者重要概念作为单元设计的内在线索，其中，核心概念或者重要概念起到“桥梁”的作用，建立起章节之间的联系。同样教师也可以将跨学科概念作为贯穿整个单元的线索，将不同的科学现象和主题联系起来。以这种方式使用跨学科概念需要教师合理规划如何及何时在不同主题之间建立这类联系。一般而言，将跨学科概念作为“桥梁”的使用在课堂教学中是隐而未现的，因为它是通过单元的形式将课程内容联系起来。

不同现象之间存在多种多样的联系，并且没有明确的标准来评估一种联系对另一种联系的作用效果，故将跨学科概念作为“桥梁”的使用可能会影响学生对概念之间关系的理解。然而，跨 学科概念作为“桥梁”的使用是发展学生知识迁移能力的一种强有力的手段，因此选择能够有效解释和预测自然现象的联系进行知识迁移十分重要。教师在选择跨学科概念作为线索进行单元教学设计时，可以根据《课程标准》中的教学提示和学业要求，明确章节内部和章节之间的联系，选择合适的跨学科概念组织课程内容，有效 引导学生进行知识迁移。

2.3 跨学科概念作为“工具”的使用

跨学科概念可以成为学生在新的情境中利用先前知识的一种方式，即让学生利用现有的理解来产生更复杂的知识。将跨学科概念作为学生学习的一种“工具”，是让学生利用已有知识和经验参与分析和解释现象，从而丰富对现象的理解。例如，学生借助“模式”观察哺乳动物血细胞、口腔上皮细胞、洋葱根尖细胞和洋葱内表皮细胞，归纳总结出真核细胞的结构特点，进一步认识真核细胞和原核细胞的统一性。再如，学生借助“模式”分析“组成地壳和组成细胞的部分元素含量表”，以及“玉米细胞和人体细胞的部分元素及含量”，从而理解细胞中的元素组成及作用，认识到生命的物质性。此外，在高中生物学教材“探究·实践”栏目中，学生可以借助“因果关系：机制与预测”设计验证性实验，或通过设计探究性实验寻找现象与现象之间的内在机制，支持或者推翻不同现象之间的因果关系。由此可见，跨学科概念作为“工具”的使用在促进学生理解和参与科学和工程实践中具有重要价值。NGSS 也指出，跨学科概念可以丰富学生对实践应用和核心概念的理解。在教学实践中，教师可以通过提出问题“在这些数据中我们能看出什么模式”，引导学生使用“模式”作为数据分析的工具；也可以通过提出问题“这个系统是由哪几个部分组成，它们之间是如何相互作用的”，引导学生使用“系统与系统模型”作为分析系统的 “工具”，还可以通过“系统模型”将分析结果展示出来，让学生进行交流讨论。通过反复引导学生运用各种跨学科概念分析生物学现象和问题，学生能够逐步掌握跨学科概念作为“工具”的使用方 法，进而分析其他科学学科的现象和问题，最终实现对跨学科现象和问题的分析。

2.4 跨学科概念作为“游戏规则”的使用

在 NGSS 中，发展对科学的三维理解的过程有时候被描述为一种玩认知游戏的形式，作为一种游戏， 既要有游戏目标又要有游戏规则。从这个角度看，跨学科概念扮演着认知游戏中“游戏规则”的角色。跨学科概念可以作为“游戏规则”是因为它们可以为学生发展科学思维提供思维框架和路径，并且作为一套科学规范应用在所有的自然科学学科中。例如，科学方法“提出假设”“控制 变量和设计对照实验”和“对比实验”等属于“因果关系：机制与预测”的“游戏规则”；思维训练 “运用证据和逻辑评价论点”“分析和处理数据” 等属于“模式”的“游戏规则”；科学方法“建立数学模型”“视角决定问题——以群落和种群研究为例”等属于“系统与系统模型”的“游戏规则”。人教版高中生物学教材中的“科学方法”“思维训练”等栏目均是在科学探究中应该遵循的科学规范和路径，因此是进行科学探究这个认知游戏的 “游戏规则”，只有遵循“游戏规则”才能顺利完成科学探究过程，不断接近科学本质。由此可见，跨学科概念其实是一种典型的上位概念，是超出学科界线的共通性知识，因其高度的概括性常常被视为概念学习的先行组织者。 

将跨学科概念作为“游戏规则”，学生需要知道跨学科概念的内涵、学习内容以及在科学探究中的应用，这样才能按照规则进行科学探究。在教学实践中，教师可以通过复习学生所学知识和 问题情境归纳总结出科学探究的“游戏规则”。在明确“游戏规则”的内容和使用方式的情况下，参与新课程的学习和探究，进而达成教学目标。

#3 小结#

《义务教育科学课程标准（2022 年版）》中提出，通过对学科核心概念的学习，理解物质与能量、 结构与功能、系统与模型、稳定与变化 4 个跨学科概念。这是首次在课程标准层面明确提出跨学科概念，并指出学生对跨学科概念的学习依托于学科核心概念的学习。由此可见，学科核心概念与跨学科概念联系紧密，在科学教育课堂中融入跨学科概念的学习，可以帮助学生整合各个学科中分散的知识，连贯各个学科中对科学本质的认识，发展系统的科学思维，进而促进学生核心素养的发展。生物学学科的知识体系是以大概念为核心而组成的概念体系，在生物学教学课堂中强调跨学科概念的学习，可以帮助学生深入挖掘生物学概念的本质，进而促进学生理解和构建生物学学科核心概念。 

将跨学科概念融入课堂教学是一个挑战。教师和课程开发者应该深入学习各个跨学科概念的内涵和学习内容，理解跨学科概念的 4 种隐喻视角，从而将跨学科概念融入教学之中。跨学科概念的学习是一个逐渐递进的过程。跨学科概念并不应该作为课堂教学的附加内容，而应该被视为实现教学目标的指南或助手，从而被整合贯穿在科学领域课堂教学之中。

文章来源：陈婷,张梦真,张丹凤.跨学科概念的4种隐喻视角及其生物学教学建议[J]. 生物学通报, 2025, 60(1): 5-9.

来源网址：本期荐读丨科学教育：跨学科概念的4种隐喻视角及其生物学教学建议/陈婷等