跨学科概念“模式”的内涵与科学教学建议

4/4跨学科概念“模式”的内涵与科学教学建议我国《义务教育科学课程标准（2022年版）》与《义务教育生物学课程标准（2022年版）》均在课程内容中纳入了跨学科概念，明确指出其对学科核心概念具有统领作用，学习跨学科概念能够促进学生对科学现象的理解和对工程难题的解决。模式是跨学科概念中最具基础性和普遍性的概念，也正因如此，科学教学中容易忽略和跳过学生对模式的识别和解释环节，影响课堂教学效果。教师在教学中要注意将模式与科学实践活动紧密结合，引导学生基于事实与数据明确归纳模式，进而构建科学解释，促进学生对学科核心概念的理解。一、模式是事物表现出的一般规律模式是事物表现出的一般规律。总结模式可以帮助人们发现世界中的各种秩序。在规律性出现的形状和结构中，在重复、稳定出现的事件和关系里，都存在着可以人为总结的模式。例如，花朵和雪花结构的对称性、四季的轮回、DNA平面结构的反向平行及其立体结构的双螺旋中都可以找到模式。对模式的识别是人们观察世界得到的初步结果。使用这一结果，一方面可以帮助预测事物的下一步表现，如基于四季轮回的模式，可以预测出春季后将进入夏季；另一方面，针对模式的提问能够驱动人们挖掘规律性现象背后的因果关系，如为什么四季会如此轮回？进而探索发现，地球公转和自转所在的轨道平面存在夹角，导致地球同一地点在一年中获得太阳辐射热量不同，形成四季的变迁。二、恰当的数据呈现方式有利于识别各类模式无论是显而易见的还是复杂难测的模式，成功地识别它们有赖于观察技能的使用，以及对观察收集到的事实和数据的整理。对于常见的4类模式（分类、分布、循环、变量）间的关系，都有便于识别和表征这些模式的工具。

1.分类是将特征相似的事物进行归类

在分类时，无论使用何种工具，如颜色、图形、文字等，都要重点凸显被观察事物之间的相似性和差异性。被分为一类的事物会具有某种相似的特征，这一特征使其与其他类别的事物存在显著的差异。2.分布是对事物在空间或时间上排列情况的描述

人们通常使用地图或时间刻度轴等工具刻画事物的分布情况，并据此预测类似事物在未来发生的可能地点或时间。3.循环是指事物发生连续且重复的变化以使用排成序列的图片、图形、图表等工具表示循环中周而复始的回路。例如，生物学中使用图片、文字配合箭头表示生物的生命周期、生态系统中的碳循环、细胞的有丝分裂等。4．变量间的关系反映变量之间的变化协同性

明确变量间的关系是探究和建立潜在因果关系的基础。借助数学和计算机技术工具，如图表、坐标系、方程式、统计学检验等，对于识别较为复杂的、并非显而易见的变量间关系很有帮助。三、模式在科学实践中连接了观察与建模科学知识的发现遵循这样的过程：科学家通过观察获得了事实和数据，采用适当的工具加以整理和识别出其中存在的模式后，进一步分析、推理和整合，最终得出用于解释和预测科学现象的模型，即观察-模式-模型（observationpatterns-models，OPM）三角形（图1）。

四、学生对模式的理解应随年级升高而进阶人类的大脑因为具备抽象思维和归纳推理能力，总是表现出在混乱中关注并识别模式的倾向，并且擅长于此，这一点在学龄儿童中就已经表现出来。例如，小学低年级学生能够识别一年中四季更替的模式，观察和记录亲、子代生物之间的异同，探讨能对动物、植物或者材料进行分类的特征。初中阶段，学生应该更加熟悉模式的类型、识别模式的工具及使用模式解释和预测现象的方法，并能初步将宏观与微观的模式进行跨尺度的关联。高中阶段，学生对模式的理解和应用将更多地指向因果关系的探索，他们能整合跨尺度观察到的几种模式，以作为解释现象背后因果关系的证据。五、在科学教学中应用模式以促进深入理解学生在日常经验和学校的科学学习中总能接触到多种模式，但并不意味着学生就可以据此自然而然地建立起科学的理解，他们需要教师的明确指导才能注意到哪些模式是重要的并加以应用。OPM三角形揭示了模式在科学知识构建与应用过程中的关键作用，本研究基于此提出3个方面的科学教学建议。

应用OPM三角形实施概念教学教师应遵循“观察具体事实—总结模式—构建抽象概念—应用于具体情境”的过程，提高概念教学效益。新一轮基础教育理科课程改革强调“围绕大概念组织并开展教学活动”，主张“向学生提供丰富、直观、有代表性的事实材料，并对其进行抽象和概括，帮助学生理解核心概念”。2．注意在教学中将模式外显化教师应注意引导学生明确地讨论和应用模式，重视模式的外显化。将跨学科概念纳入科学教学内容的意义不能止步于让学生学习跨学科概念的含义，更重要的是要将跨学科概念作为思考工具，促进学生对学科核心概念与科学及工程实践的深入理解。3．在科学实践中紧密结合模式并有序实现进阶结合OPM三角形可以发现，在科学教学中使用模式衔接观察与概念构建，能够将实践的开展、概念的建立与对模式本身的学习整合起来。教师需要在教学中结合具体素材，引导学生围绕模式提出问题，并尝试在回答这些问题的过程中完成各项实践活动，解释模式背后的因果关系。跨学科概念模式揭示了自然界中各种各样的秩序，并作为构建因果关系的证据，在解释和预测科学现象、推动科学知识的形成中起到关键作用。但因其自身的基础性和广泛存在性，人们往往不容易注意到它。为了将这一“隐而未见”的思