编者按
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本刊2026年第3期刊发的《“科学+”跨学科主题学习的价值意蕴、系统设计与实践路径》一文，以“大科学教育”理念为指导，探讨“科学+”跨学科主题学习的系统设计和实践路径。本期荐读。
“科学+”跨学科主题学习的价值意蕴、系统设计与实践路径
莫微佳（杭州市萧山区回澜初级中学）
陈亮（杭州市萧山区义桥实验学校）
摘要
面对大科学时代人才培养新格局，“大科学教育”理念指导下的“科学+”跨学科主题学习方式，以物理学、生物学、化学、地球与宇宙科学、技术与工程领域为主体，容纳其他学科的知识、方法和思想，解决真实问题。教师基于系统思维对学习目标、学习内容、教学实施、学习评价进行系统设计，解决“为什么学”“学什么”“怎么学”“学到什么程度”等问题，并以主题确立、目标明晰、问题情境设计、内容联结、具身实践、评价管理为实践路径系统推进科学教育的创新发展。
关键词
科学教育 跨学科主题学习 系统设计 科技教育
《义务教育课程方案（2022年版）》提出强化课程协同育人功能，统筹设计综合课程和跨学科主题学习。2023年5月，《关于加强新时代中小学科学教育工作的意见》发布，系统部署在教育“双减”中做好科学教育加法。2025年1月，《中小学科学教育工作指南》明确初中阶段重在开展实践学习和跨学科素养培育，聚焦主题形成跨学科学习项目。2025年10月，《关于加强中小学科技教育的意见》提出，到2035年全面构建科技教育生态系统，普遍应用以实用场景为对象的项目式、探究式、跨学科教学方式，学生能综合运用科学、技术、工程、数学等学科知识与技能。面对大科学时代的新挑战，本文以“大科学教育”理念为指导，探讨“科学+”跨学科主题学习的系统设计和实践路径。
“科学+”跨学科主题学习的价值意蕴
《义务教育科学课程标准（2022年版）》（以下简称《课程标准》）强调融入有价值的教育主题，增强课程思想性，通过跨学科学习与主题学习相融合的方式来深化科学教育，即跨学科主题学习。
1.1 “科学+”跨学科主题学习的价值
“大科学教育”作为一种涵盖科学、技术、工程、社会、环境系统的整体性教育，其目的是培养学生成为能够适应未来社会发展复杂性、具有科学探索动力和创新潜能的人。“科学+”跨学科主题学习是解决复杂问题，落实“大科学教育”的必然选择，是实施科技教育的具体举措，是实现课程综合的必要纽带，促使教师突破分科教学造成的知识壁垒进行系统设计，帮助学生以系统思维理解不同学科知识间的内在关联，参与有价值的探究实践活动。
1.2 “科学+”跨学科主题学习的内涵
“科学+”跨学科主题学习是以“主题”为纽带，以科学素养和跨学科素养的培养为目标，以物理学、生物学、化学、地球与宇宙科学、技术与工程等科学课程内容为主体，容纳其他学科，将分散于不同学科或领域中具有共同属性、相互关联的教学内容整合成一个新主题，以该主题统筹教、学、评等要素，综合运用多学科课程的知识技能、学科方法、思维方式与价值观念来解决真实复杂问题的一种教学实践方式。“科学+”跨学科主题学习的内涵与“大科学教育”理念高度契合。
1.3 “科学+”跨学科主题学习的特征
“科学+”跨学科主题学习的特征包括素养导向、主题整合、开放创新、真实情境、具身实践（图1）。素养导向以核心素养的培育为出发点和落脚点。主题整合指所有内容围绕主题展开，各学科在知识领域、方法技能、价值观念等方面不断交叉、渗透、迁移和互鉴。开放创新指强化做中学、用中学、创中学，体现学科视域、学习方法、情境、过程、结果和评价的开放性。真实情境指联系真实生活和学生经验，将分科内容转变为学生真实活动，通过提升学习任务真实性来增强学生对复杂核心问题的解决能力。具身实践强调让学生将设计好的解决方案与个体想法付诸探究实践，在真实世界中发现和解决问题，在实践中形成真实体验，整合直接和间接经验，促成知行合一。
“科学+”跨学科主题学习的系统设计
系统思维作为一种特殊的思维方式，帮助教师基于整体观从学习目标、学习内容、教学实施与学习评价4个维度为“科学+”跨学科主题学习建立系统化框架（图2），厘清跨学科主题学习与传统单科教学的差异，利用系统设计解决“为什么学”“学什么”“怎样学”“学到什么程度”这4个基本要素问题。
2.1 学习目标
“科学+”跨学科主题学习的目标是教学活动的根本，直接回应现实需求并指向跨学科素养的培育。跨学科素养是一种联结现实社会和社区生活问题，具备跨越学科边界的态度倾向和多维整合的认知机制，包括跨学科思维、跨学科交流合作、跨学科知识技能等多个方面。不同于常规科学教学中聚焦科学核心素养的情况，教师在设计跨学科主题学习目标时，更多基于“学科桥梁搭建者”的立场明确科学教育的主题和现实问题，清晰界定每个相关学科在该主题中扮演的角色，能提供的知识、方法、工具或视角，挖掘其中的交叉点进行有机融合，将其创造性地应用于解决核心问题或探索复杂现象，目标聚焦培养学生“用知识解决问题”的能力。
2.2 学习内容
传统学科教学通常以学科知识点为单元，按教材章节线性推进，而跨学科主题学习需要提取大概念来统领多学科内容。大概念具有广泛普适性和解释力，能够将零散的事实、技能和知识点联结成有机整体，是深度研究和解决跨学科问题的重要工具，也是促使学习内容结构化的关键。教师基于大概念进行整体设计，思考所设计的科学教育主题的内部组织逻辑：1）建立学科间的逻辑关联，包括因果关系、互补关系，以及数学建模与物理实验的验证关系。2）设计知识呈现的时序关联，如先基础概念后综合应用的递进序列。3）创设真实情境关联，以特定场景来建立知识联系，如“设计校园生态园”需要对工程、生物学、经济学等知识进行整合。
“结构与功能”是自然学科和社会学科共同遵循的跨学科概念，“结构”是系统中的每一个组成单位，而“功能”是每个组成单位在系统运行中所发挥的作用，结构与功能一一对应。工程类主题在“结构与功能”大概念统摄下，让学生根据真实生活需求建立“组件—行为—功能”的内部逻辑，经历“功能需求”“功能反推结构”“设计结构”“结构解释功能”“优化结构以实现功能迭代”等递进过程，逐步学会基于功能需求来设计事物结构，掌握基于功能升级迭代结构的思维方式，形成用科学原理和方法解决工程问题的习惯。
2.3 教学实施
传统讲授式教学侧重知识记忆与技能训练，而跨学科主题学习需要教师甄选与学生认知能力、已有经验和接受水平相匹配的知识系统和组织逻辑，深度变革学生的学习方式，以项目化、大单元、主题学习等形式展开。通过“问题链”推动学生从现象观察到多学科分析，再到方案设计及反思优化，发展高阶思维。当面对有挑战性的学习任务时，设置渐进式任务，指导跨学科研究方法，开放实验室、社区专家等资源为学生提供学习支架，通过跨界融合培养适应复杂现实的高阶能力。
“测量工具的制作与迭代”是物理学、工程、数学等课程的综合，如自制杆秤、密度计、浮力秤、温度计、弹簧测力计等，教师以主题项目的方式推进教学实施，问题链的组织紧扣“原理”“零刻度”“量程”“刻度特点”“精确度”5个要素，形成“测量工具”类项目的方法模型。
2.4 学习评价
学习评价基于学习目标，关注学习过程与学习结果，体现对学与教的导向性。传统科学教学侧重单一学科知识掌握，通常通过标准化测试来检验。跨学科主题学习关注跨学科素养，通过设计复合型量规明确跨学科能力指标，如“问题解决”维度包含了科学探究、数学建模等多学科指标，“协作创新”维度主要评价跨学科沟通与资源整合能力。这些跨学科素养采用方案答辩、作品展示、协作过程记录等表现性评价方式来衡量，通过量表反馈补充缺失的学科知识，通过对比学生起点与终点能力反映学习增值。
“科学+”跨学科主题学习的实践路径
“科学+”跨学科主题学习在系统设计的基础上推进实践，其路径概括为主题确立、目标明晰、问题情境设计、内容联结、具身实践和评价管理（图3）。
3.1 主题确立：聚焦科学教育与真实生活
《课程标准》明确提出要坚持目标导向，将重大主题教育有机融入课程。遴选和确立一个有科学教育价值的“主题”是跨学科设计与实施的关键，生态文明教育、国家安全教育、生命健康教育、科学家精神教育、中华传统优秀文化教育都是重大的科学教育主题。主题基于知识来源和学情水平来确立，知识来源包括学科、学生与社会。师生通过聚焦学习兴趣、知识内容、生活经验、社会议题、传统文化或科学史，整合真实情境形成值得研究的问题，构成一个涉及多个学科的可探究主题。
3.2 目标明晰：围绕核心素养与课程主线
逆向设计理论提倡围绕“以终为始”的教育设计逻辑，颠覆传统“活动优先”的教学规划模式，通过“目标→证据→活动”的倒置逻辑，将抽象的素养目标转化为可操作的课程系统。“科学+”跨学科主题学习紧扣探究实践和大概念2条课程主线，在理解为先的理念指导下逆向设计学习目标，阐明预期学习结果。探究实践是一条明线，科学教育重在揭示隐含在科学知识中的独特思维过程，引导学生亲身体会探究实践，从明确探究什么，到规划怎么探究，再到分析和解释探究结果，逐步构建知识网络。大概念是一条隐含的暗线，《课程标准》提炼了13个核心概念和4个跨学科概念，打破科学教育中学科间割裂化与学科内碎片化的状态，统摄多学科知识与方法，指向科学观念的形成。
3.3 问题情境设计：结合真实情境与真实问题
教师根据主题创设一个逻辑鲜明、脉络清晰、能贯穿整个学习过程的真实情境，该情境与学生生活经验或社会热点紧密关联，有一定复杂度与开放性，允许不同解决方案的出现。在情境分析中提炼出复杂的、真实的驱动性问题，重点关注真实问题与哪些学科的哪些知识及技能有关？这些学科的知识及技能如何统整地作用于跨学科的问题解决？由此培养学生“发现与定义问题”的能力。问题驱动是跨学科主题学习的“引擎”，复杂而有挑战性的真实问题决定了学生不会轻易找到解决问题之法，通过问题转化为学生搭建学习支架，将大问题分解为可操作的、递进式的子问题，构建逻辑清晰、层次分明的活动序列，形成与子问题对应的子任务。由此，学习过程以真实情境贯穿，以序列化的问题与任务为脉络，形成从基础认知到进阶挑战的问题情境设计，将相关学科知识置于具体学习场景中形成新的理解和主张，解释真实世界的问题。
3.4 内容联结：整合大概念与学科知识
大概念是连接“教材”和“素养”的桥梁，按层次分为学科核心概念和跨学科概念。2012年，美国的《K12科学教育框架》将“跨学科概念”界定为“在所有科学领域都有所运用的主要概念，对学科核心概念起到组织和连接作用，是一种联系所有学科的重要方法”。跨学科概念统摄包括物质科学、生命科学、地球与宇宙科学、技术与工程在内的科学分支领域，并能进一步跨越界限将多学科内容联系为统一体，进行知识的结构化整合，是一种能够反映科学本质的上位思维方式或工具。因此，跨学科概念的应用需要考虑以下方面：1）大概念是否具有统摄性，具备学科联结能力，且联结范围聚焦于解决特定问题所需的学科关联。2）大概念是否具备跨情境的迁移能力，如能够从课堂学习延伸至社会议题分析等真实场景。3）大概念是否能作为思维工具提供分析框架，引导学生进行结构化思考。
3.5 具身实践：推进具身认知与探究实践
认知是具身的，探究实践将个人的思想、信念和情感融入身体动作中，它不局限于身体的物理活动，也包括更抽象的心理和社会行为。身体是嵌入环境的，若将认知、身体和环境视为一个动态统一体，探究实践是催化该系统动态发展的重要力量。一方面，“科学+”跨学科主题学习将学生置于问题情境，学生通过查找信息、制订研究计划、预测及交流等学习活动充分调动身心参与，并在教师引导下进一步选用问题解决、创见、决策、实验、系统分析等高阶认知策略，获取相关数据或最佳证据，在探究实践过程中促进具身认知的形成；另一方面，通过将学校主阵地与社会大课堂有机衔接，充分利用科学家精神教育基地、创新实验室或功能教室，创设与主题相匹配的学习空间，打造常态化“家-校-社”联动的无边界教育，拓宽具身学习的环境场域，有利于学生解决科学与生活环境、社会发展、信息技术、工程实践等领域的跨界问题，经历从不同学科专家的视角看待和分析问题的过程，这是科学教育中培养科学家精神和科学家思维的重要方式。
3.6 评价管理：诊断过程表现与结果呈现
跨学科主题学习强调将学生的内隐认知外显化，重点评价学生对多学科核心知识的综合学习情况和运用表现，关注学生跨学科素养的培养目标是否达成。跨学科主题学习的评价要尽量前置，紧随学习目标，评价管理除了导向功能外，其诊断功能同样重要。1）借助人工智能、课堂观察系统、评价量规、数字画像等技术或手段对参与合作、问答水平、实践表现等进行动态化的过程性诊断，为课堂调整提供依据。2）通过原型测试、数据评估和学生反馈等方式验证产品效能，诊断原型功能的完整性和解决方案的可推广性，促进成果的迭代演进。3）不同评价维度可甄选不同的评价工具，如科学素养维度通过设计实验报告、模型制作等任务评估学生的科学探究能力；跨学科能力维度采用观察量表记录学生在团队中整合多学科知识的表现；社会情感维度通过反思日志评价文化认同等。
结语
在全球化与数字化交叠的时代，“科学+”跨学科主题学习已成为科学教育改革的必然选择，这种模式不仅是对科学、技术、工程、数学教育理念的本土化创新，符合科技教育立场，更是培养未来复合型人才的关键载体，通过引导学生以跨学科思维解析真实世界中的复杂问题，通过跨学科实践将解决方案从个体创意转化为实体成果，实现实验操作与理论学习的辩证统一，最终达成知行合一的育人目标。这种教育范式重新定义了学习逻辑，即不再是知识的单向灌输，而是让学生像科学家一样提出假设、像工程师一样迭代优化，在解决真实问题的过程中完成从认知到能力的升华。
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