物理“跨学科实践”的内涵探析及实施建议

摘   要：跨学科学习已是当下教育研究的热点，不同学者对跨学科概念的界定有所差异，落实到一线教学时也存在一些问题。鉴于此，梳理了“跨学科”概念的缘起及发展历程，综合分析了不同的关于跨学科概念界定的观点，继而提出物理“跨学科实践”的内涵及主要特征，并通过具体案例对物理“跨学科实践”的实施提出了建议。期待这些探讨能为当下的“跨学科实践”研究及实施提供参考。

关键词：跨学科实践；物理课标；跨学科概念；实施建议

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2025）2-0001-5

当今科技进步日新月异，网络新媒体等发展迅速，人们的生产生活及学习方式不断变革。随着时代的发展，科学研究不断深入，不同学科间的融合越来越明显。未来社会需解决的诸如能源开发、新材料应用、人工智能模型等重大科学问题，往往需要整合多学科的知识和方法来共同应对，未来社会对公民的综合素养需要也越来越明显，人才培养面临新挑战。义务教育课程应与时俱进，为此，２０２２年颁布的义务教育课程方案（以下简称“２０２２版方案”）中指出，应“加强课程综合，注重关联”“变革育人方式，突出实践”，在“课程标准编制与教材编写”中规定“原则上，各门课程用不少于１０％的课时设计跨学科主题学习”［１］。自此，与“跨学科”相关的教学实践探索层出不穷，同时也进一步吸引了诸多学者进行相关的研究。不过，如何理解“跨学科实践”的内涵及育人价值，在教学实践中如何有效体现“跨学科实践”的育人功能，仍是需进一步探讨的课题。

１    “跨学科”概念的缘起

古代，人们往往把对自然、社会的思考包含在一门学问里，随着时代发展，分类分科的思想逐渐显化。例如，西周的“六艺”、西汉的“七略”以及魏晋时期的“四部”等都体现了分类思想。近代以来，人们意识到以“声电光气”为代表的“西学”在物质文明方面的作用与优势，以分科为基础的近代学科分类体系逐渐进入国人视野并被接受。１８９６年，秦绶章提出“六斋分科”方案，将书院课程划分为经学斋、史学斋、掌故之学斋、舆地之学斋、算学斋、译学斋；１９０１年，张之洞提出设立经学、史学、格致学、政治学、兵学、农学和工学的“七科”分立方案；１９０２年，张百熙提出政治科、文学科、格致科、农业科、工艺科、商务科、医学科的“七科分学”方案［２］。随着清末学制改革以及新式学校的成立，这种源自西方的学科分类体系开始成为我国近代大、中、小学校的学科框架，并随着时代发展与教育理念的更新不断被调整和完善。这种学科框架一直影响到现代的学校教育学科设置。

随着学科不断分化，单一学科内容愈来愈专门化，而现实问题往往涉及多个学科领域，因此，在学科分化过程中逐渐出现了学科整合。１９２６年，美国哥伦比亚心理学家伍德沃斯（Ｒ．Ｓ．Ｗｏｏｄｗｏｒｔｈ）首次提出“ｉｎｔｅｒｄｉｓｃｉｐｌｉｎａｒｙ”，认为“跨学科”是涉及两个及两个以上学科的研究［３］。１９３７ 年，《新韦氏大词典》与《牛津英语词典（增补本）》第一次把“ｉｎｔｅｒｄｉｓｃｉｐｌｉｎａｒｙ”这个词收录其中，并且从词源的角度对其进行解释，指出该词是在“ｄｉｓｃｉｐｌｉｎｅ”的形容词形式“ｄｉｓｃｉｐｌｉｎａｒｙ”的基础上，添加前缀 “ｉｎｔｅｒ”组合而成的。从英文词源可见，“ｉｎｔｅｒｄｉｓｃｉｐｌｉｎａｒｙ”含有学科之间关联的意思，是在学科基础上发展而来的。１９９４年，在我国发行的《韦氏大学词典（第１０ 版）》对“ｉｎｔｅｒｄｉｓｃｉｐｌｉｎａｒｙ”的解释为涉及两个或更多个学术的、科学的或艺术的学科［４］。随后，该词在科学界、教育界逐渐普及。

国外学者认为，现代跨学科运动发展大致经历了三个历史时期［5］。首先是从第一次世界大战到第二次世界大战期间，在这一阶段，战争等现实需求推动不同学科之间的融合与协作，因此跨学科活动主要表现为力图从学科的横向联系出发去改组和综合知识体系，抗衡知识不断专业化的趋势，跨学科理念开始萌芽并初步发展。第二次世界大战后，跨学科运动进入第二个时期，这一时期很多问题很难再在单一学科范围内得到解决，如战争、劳动力、社会保障等问题，跨学科研究逐渐从军事等特定领域向社会科学等更广泛的领域拓展，实践的需要促使跨学科运动迅速发展，４０年代末系统论、控制论、信息论作为横断学科的代表领域陆续问世，由此给跨学科思维和方法带来了前所未有的突破。２０世纪６０年代到现在，跨学科运动进入第三个时期，在此时期，知识爆炸使得学科细化不断加剧，一些专门性跨学科活动脱颖而出，形成“跨学科学”新的研究领域，与前两个时期相比，产生了量和质的飞跃，如耗散结构理论、协同学、突变理论等新型学科诞生，并取得相当的业绩［6］。这三个时期清晰地展现了跨学科从初步兴起到蓬勃发展，再到全面深入的过程。

２    “跨学科”概念的剖析

自从提出“ｉｎｔｅｒｄｉｓｃｉｐｌｉｎａｒｙ”后，学界对此便有了不同的认识，大体可分为两大类观点。其中一类观点认为跨学科具有学科性，这类学者倾向依据学科专业知识去认识和理解跨学科，认为跨学科是多个学科混合在一起解决问题的过程，以创造出实质性成果为目的，在此过程中保持不同学科的差异性［7］。跨学科在概念和因果上都依赖于学科而存在，首先跨学科的概念必须根据学科的概念来定义，如果学科逐渐消失，没有学科根基的存在，跨学科将会是无本之木，不会有长久发展；其次是因果关系上，先有学科，才会产生跨学科［8］。当“跨”作为动词时，“跨学科”一词可理解为“跨越多个学科”，是行为导向的语词；而“跨”作为形容词时，“跨学科”一词可理解为“跨越多个学科的学科”，是学科导向的语词。显然，前一种理解更符合中文的使用和理解习惯［9］。另一类观点则认为跨学科无学科性，这类学者认为，现实问题是真实且复杂的，故站在学科视角下去审视问题或任务往往过于狭窄或简单。他们坚守“本质主义”，认为我们遇到的真实且复杂的问题，它们本身是存在的，而不是跨学科发展过程的附属品，基于学科立场认识世界，往往是不够全面的。秉持该观点的人倡导“打破或超越现有学科边界，基于问题或较大问题的研究领域进行人才培养。”［10］

还有诸多学者或研究机构基于学科间不同层次的互动将跨学科进行了多种类型的划分。例如，ＯＥＣＤ（经合组织简称）提出四种类型：毫无关联的学科构成的学科群、密切关联的学科构成的学科群、两个或多个学科融合后的交集领域以及横跨多个学科的横向学科，其学科间的互动从无到融为一体［11］。法国学者布瓦索将跨学科从形式角度分为三类：一是线性跨学科，即一门学科的知识和方法运用于另一门学科；二是结构性跨学科，即两门或两门以上学科在更深层次上融合产生新型结构的跨学科；三是约束性跨学科，即需在一定要求下，实现多个学科的协调合作［12］。德国黑克豪森将跨学科从实践的角度分为六类：任意跨学科、伪跨学科、辅助型跨学科、综合型跨学科、增补型跨学科、合一型跨学科［13］。Ｓｔｅｍｂｅｒ将跨学科从系统和整体角度分为五类：学科内跨学科、横学科、多学科、跨学科和超学科［14］。

“跨学科”概念在我国也有相关的研究。１９８５年，我国首次召开全国交叉科学学术讨论。我国著名科学家钱学森和钱三强等皆热衷于交叉科学（与跨学科有相似内涵），他们曾指出交叉科学的发展是历史的必然，具有强大的生命力，本世纪末到下一个世纪初将是交叉科学时代。我国有研究者相对系统地介绍了关于跨学科“iｎｔｅｒｄｉｓｃｉｐｌｉｎａｒｙ”的产生与演化，提炼了广义的跨学科的三层含义：其一为跨学科是打破学科壁垒，把不同学科理论或方法有机地融为一体的研究或教育活动；其二指包含众多的跨学科学（交叉学科）在内的学科群；其三指一门以研究跨学科规律与方法为基本内容的高层次学科［6］。这些探索皆推动了我国的跨学科研究。随着研究的深入，我国关于跨学科的文献、书籍、期刊等逐渐增多。我国学者关于“跨学科”的研究大多立足于学科。有研究者认为，已有的分科教学为跨学科学习提供了可能性和现实基础，且跨学科是跨越学科间的边界，但并不意味着抹平不同学科间的界限［15］；是通过建立学科与学科、学科与生活的内在联系，而促进学生的学科思维与学科理解的实践路径［16］；“跨学科”概念有别于“融合”的概念，它指的是两个学科结合的同时，又保留各门学科的特征和区别，利用各门学科不同的视角更好地求解某个问题，从而强化“有意义学习”［１7］。总体看，就学科间互动程度而言，可得出三种类型，依学科互动程度从低到高依次是多学科、跨学科和超学科。多学科即任意学习不同学科，且学科间并置，其间无集成和交互，其中也包括伪跨学科；跨学科即学科间发生了交叉、互动、整合；超学科即合一型跨学科，学科间的边界完全消失，形成了新的稳定的知识体系。若以这三种类型来看，当前我国倡导的“跨学科”学习，应属于学科间发生了交叉、互动、整合的跨学科类型。

３    物理“跨学科实践”内涵及主要特征

自从我国２０２２版方案提出关于跨学科主题学习的要求后，国内掀起“跨学科”探索的新浪潮。首先，各学科的课程标准纷纷设置了与跨学科主题学习有关的内容，如语文设置了“跨学科学习”，数学有“综合与实践”，化学与生物分别为“化学与社会·跨学科实践”“生物与社会·跨学科实践”，历史与地理皆设置了“跨学科主题学习”等。物理学科也不例外，在《义务教育物理课程标准（2022年版）》（以下简称“2022版课标”）课程内容的一级主题中设置了“跨学科实践”。其实，在2022版课标的课程性质中便强调了物理课程的跨学科作用，以及与其他课程的相互关联，指出“物理学对化学、生物学、天文学等自然科学产生了重要影响，推动了材料、能源、环境和信息等领域的科学技术进步，促进了人类生产生活方式的变革，对人类的思维方式、价值观等都产生了深远影响，为人类文明和社会进步作出了巨大贡献”“义务教育物理课程是一门以实验为基础的自然科学课程，与小学科学和高中物理课程相衔接，与化学、生物学等课程相关联，具有基础性、实践性等特点”［１8］。这是从课程标准层面提出了对“跨学科实践”的要求，体现了对学生综合素养提升的重视。下面侧重从2022版课标相关内容要求的层面探讨物理“跨学科实践”的内涵及主要特征。

２０２２版课标中的一级主题“跨学科实践”包含3个二级主题——“物理学与日常生活”“物理学与工程实践”“物理学与社会发展”。在“物理学与日常生活”中，含３个三级主题：“能发现日常生活中与物理学有关的问题，提出解决方案”“能运用所学知识分析日常生活中的安全问题，提出解决方案，践行安全与健康生活”“能运用所学知识指导和规范个人行为，践行低碳生活，具有节能环保意识”，分别从物理学与日常生活、健康生活、低碳生活等方面提出内容要求。在“物理学与工程实践”中，含３个三级主题：“了解我国古代的技术应用案例，体会我国古代科技对人类文明发展的促进作用”“调查物理学应用于工程技术的案例，体会物理学对工程技术发展的促进作用”“了解物理学在信息技术中的应用”，分别从物理学与古代科技、工程技术、信息技术等方面提出内容要求。在“物理学与社会发展”中，含３个三级主题：“结合实例，尝试分析能源的开发与利用对社会发展的影响”“结合实例，了解一些新材料的特点及其应用。了解新材料的研发与应用对社会发展的影响”“了解我国科技发展的成就，增强科技强国的责任感和使命感”，分别从能源开发、新材料应用等方面提出内容要求［１8］。总体来讲，这些内容在设计时，着眼于物理学和人类生活、工程实践、社会发展之间的紧密关联，致力于对学生的人文底蕴、科学精神、学会学习、健康生活、责任担当以及实践创新等核心素养的培养。

基于上面的“跨学科”概念解读、研究观点比较、２０２２版课标的分析等，可提炼出物理“跨学科实践”的内涵，即突破物理学科自身边界，将物理知识、方法等与其他学科的相关内容有机整合，围绕真实且具有综合性的问题或项目展开实践活动，解决问题，这旨在促进学生全面发展和综合素养提升。例如，在设计节能住宅时，需将物理中的热学、电学、力学等知识和建筑学、生态学、材料学、美学等其他学科知识相结合，通过实地调研、模型制作、效果检测等实践操作，解决诸如怎样高水平优化保暖隔热、合理利用能源等一系列实际问题，以此提升学生综合运用知识以及实践创新等能力。根据以上分析，可提炼出物理“跨学科实践”的主要特征：（１）真实问题导向性：围绕源自生活、工程、社会中的实际问题展开，如解决建筑物的抗震设计问题，这是一个真实的与工程实践相关的问题，需综合不同学科的知识与方法寻找解决方案；（２）学科综合性：跨出物理学科，将物理学与其他学科有机结合，如研究环保能源问题，不仅要运用物理学中关于能量转换、电磁感应等内容，还会涉及化学中材料的化学性质，以及地理学中对能源分布环境的考量等；（３）实践性：强调实际操作，如制作简易太阳能发电装置，涵盖方案设计、动手操作、测试改进等实践环节；（４）可评价性：注重对跨学科实践的过程和结果进行评价，研判其与跨学科实践目标的达成度，如实践路线的设计，团队的交流与合作，实践作品的合理性、实用性与创新性等。针对常规的源自真实情境的“跨学科实践”，通常应同时具有以上特征。对于一些具有更大挑战性的“跨学科实践”项目，还应具有思维创新性特征，通过不同学科的思维碰撞，催生创新想法，以此培养学生的实践创新能力。