指向跨学科概念“结构与功能”的教学探究
摘要：跨学科概念在科学课程内容组织中具有统领价值，以其为中心，建立知识网络结构，强化知识间的内在联系与逻辑关系，可帮助学生以大统一的视角认识科学、工程等多个领域的共性，形成完整的世界观。教师需要分析跨学科概念的内涵，以其为指向进行教学。具体实践中，教师可通过“建构概念图谱，厘清内在逻辑”“创设贯通境脉，聚焦问题解决”“探究结构模型，逆推完善概念”“挖掘生命本质，内化证据意识”“提炼关联概念，促跨学科迁移”等策略，帮助学生形成跨学科概念，发展科学观念，提升科学素养。
关键词：跨学科概念；结构与功能；初中科学
开展跨学科概念教学已成为当下科学教育研究的热点话题。《义务教育科学课程标准（2022年版）》明确了跨学科概念在科学课程内容组织中的统领价值，强调以跨学科概念为中心，建立知识网络结构，强化知识间的内在联系与逻辑关系，从而帮助学生以大统一的视角认识科学、工程等多个领域的共性，形成完整的世界观，并提出四个跨学科概念，“结构与功能”就是其中之一。基于跨学科概念这一特性及其独特的育人价值，笔者尝试以跨学科概念“结构与功能”为上位概念重组科学学科的相关内容，开展整体视域下的“人的运动系统”单元教学，帮助学生有效建构对跨学科概念的理解，发展科学素养，下面具体阐述。
一、跨学科概念“结构与功能”的内涵
跨学科概念“结构与功能”反映的是事物结构与功能的关系。结构指组成系统的组件及相互关系，功能是指系统在其环境中所展现出来的作用和效能。通常来说，事物的结构决定了其诸多功能与属性。结构是功能的物质基础，功能是结构的外在表现。通过分析系统的结构，可以解释其工作机制和实现效果；反之，通过观察系统的功能，也可以推测其潜在的结构特征。
无论是在科学领域，还是在工程领域，结构与功能都有重要体现。科学家需要分析系统结构与功能间的关系，了解生物的结构是如何影响功能的。例如，植物的根尖有大量向外突出、体积较大的根毛，这样的特点有利于根从土壤中吸收水和无机盐。工程师通常会先研究相关材料的特性，以便筛选出与系统组件所需功能相匹配的最佳材料。例如，航天设计师会选择碳纤维而不是钢、铁等材料来增加航天设备的耐用性和强度。
二、指向跨学科概念“结构与功能”的教学策略
跨学科概念“结构与功能”描述了系统的各个部分如何协同工作以维持整体功能，以其为指向进行教学，有助于学生建构对事物结构与功能的理解，形成系统性的思维方式，进而在多学科领域中建立更全面的认知，并形成统一、连贯的知识框架。
（一）建构概念图谱，厘清内在逻辑
概念图谱是一种将知识以图形化方式呈现概念之间关系的技术。在开展某一单元教学前，教师需要基于课程标准和教材，厘清核心概念、重要概念、次位概念在单元中的层级分布、相互关系和逻辑结构，建构“概念关系图谱”［1］。同时，教师要有意识地建立核心概念到跨学科概念再到观念形成的教学线索，找准、优化或者补充支撑概念形成的典型现象和关键事实。在“人的运动系统”单元中，笔者以“生命系统的结构层次”这一核心概念为主线，以运动系统及其他七大系统等重要概念为支撑，再将它们分解为次位概念，并具化为现象和事实性知识，然后通过厘清概念的内在逻辑关系，使指向跨学科概念“结构与功能”的教学沿着“事实→概念→跨学科概念→科学观念”的主线发展。“人的运动系统”单元“结构与功能”概念图谱如图1所示。
通过解析概念图谱，厘清核心概念“生命系统的结构层次”下属各个概念的层级关系，然后纵向进阶，即可阐明人体是一个统一的整体，并从中提炼出“结构与功能”这一跨学科概念。在实施教学前，教师要对课程各个模块的相关知识进行系统化梳理，做到心中有“谱”，才能打破时空限制，进行单元整体设计，并在自由驾驭教材中的各个相关内容进行教学时，突出整体设计的导航作用，然后找准、优化或者补充支撑概念形成的典型现象和关键事实，有意识地在各个环节中渗透和凸显跨学科概念“结构与功能”。这样，教师就能以跨学科概念贯穿不同课程内容的基本骨架和内容组织线索，并将跨学科概念迁移到其他领域，进一步强化应用，从而引导学生形成科学观念。
（二）创设贯通境脉，聚焦问题解决
跨学科概念比较隐性和抽象，需要锚定现实世界才有意义，因此，教师要依托特定的情境和真实体验来落实跨学科概念的教学［2］。唯有当“知识”被置于具体的境脉之中才富有意义，这种被链接起来的“知识”才能臻于深度理解［3］。境脉包括情境与脉络，即教学实践中以一连串有逻辑主线、有推进序列的情境活动为脉络而展开的学与教的活动［4］。境脉能串联起整个课堂教学的子情境，而每个子情境中又都埋设有需要突破的问题，且问题之间是逐级递进的。这样，就能通过问题的解决促进概念的理解，并建立生命观念。由此，笔者设计了指向跨学科概念“结构与功能”的“人的运动系统”单元教学境脉（如表