文_冯凌／江苏省南京市玄武区教师发展中心
刘夕冉／南京市中央路小学
从2018年起，南京市中央路小学开始了“拆客空间”项目实践研究。“拆客空间”源于学校STEM教育研究项目，提倡以小学生的经验事实为基础，让其亲历从破到立的科学探究，以及技术与工程实践过程，对所学知识和方法进行总结、反思、应用和迁移，是促进学生全面发展的项目式学习方式。在好奇心的驱使下对未知事物进行拆解和探索是儿童的天性，现实生活中儿童的“拆”往往导致破坏性的结果，因此儿童的“拆”往往被认为是调皮、捣蛋，甚至受到很多成年人的遏制。但如何保留住儿童的这份好奇心，使其得到有效的疏导和引领呢？这正是学校开展“拆客空间”项目研究的初衷。2022年4月，教育部新颁布的《义务教育科学课程标准（2022年版）》中首次提出科学学习的跨学科概念是在学习学科核心概念的过程中自然形成的，“科学课程有助于学生保持对自然现象的好奇心，从亲近自然走向亲近科学，初步从整体上认识自然世界”[1]。跨学科概念是从不同学科领域，在所有科学学科核心概念的基础上提炼、抽象出来的反复出现的重要概念，包括“物质与能量”“结构与功能”“系统与模型”和“稳定与变化”。“拆客空间”的教学也正是汇聚2个以上的学科核心概念，用以解释现象、预测现象、解决问题、创造作品，促使学生获得新的知识和更深入的理解的学习活动，与跨学科概念的形成密切相关。“拆客空间”活动的形式非常适合跨学科实践，也适合学生通过“拆”了解跨学科概念。通过“拆客空间”的活动，学生可以在理解学科概念的同时，通过整合，最终从不同领域的学科核心概念中领悟跨学科概念，把多学科零散的知识整合成跨学科概念，从而更好地领会和理解跨学科概念的内涵，并内化为连贯的、清晰的、整体的认识[2]。根据对核心素养和跨学科概念的理解，我们确立了“拆客空间”项目式学习的核心环节：拆、研、创。“拆客空间”活动重在引导学生在好奇心的驱使下拆解简单产品，了解其中构造和原理并进行复原，在此基础上应用其中部分原理制作某种产品的简化实物模型，通过对比交流发现其中不足并反思改进。经过实践，我们确立了“拆”“研”“创”3个核心环节促进跨学科概念的生成。核心环节是每个“拆客空间”项目的共同环节，彼此联系，环环相扣，层层递进地促进学生跨学科概念的生成，分为“拆”“研”“创”3个环节。![]()
图1 “拆客空间”活动的核心环节
“拆”的本意是将原本组合在一起的东西分开。面对未知事物，儿童本能地就会想要拆解，探索内部结构、运行方式和科学原理。在“拆客空间”活动中，“拆”是学习的开始，也是必不可少的环节。小“拆客”们会在好奇心的驱使下拆解形形色色的未知物件（如拆解各种钟表，了解其中齿轮的结构和功能），了解其内部构造和运行原理，为下一步深入研究打下基础。“拆”既是顺应儿童天性的教育契机，也是面向学生发展的素养导向。“拆”只能直观地接触到物质，要想实现科学思维的进阶，就需要教师基于学情设计适合学生深入研究的脚手架。在“研”环节中，我们帮助学生运用多种科学思维方法对事物的本质属性、内在规律及相互关系进行深入探索。如在“LED变形记”项目中，学生在拆解各种LED灯的基础上，借助抽象、概括等思维方式形成结构与功能的关联，通过对比、抽象、归纳等科学思维方式得出LED灯的必备特点，绘制LED灯结构图，研究其中的结构与功能的相关联系。创新有不同的定义，目前大家倾向于认为创新是多层次、多角度的社会实践活动，包括创造、发明、革新、制造、导致、促使产生过去不存在的知识、物质、物品或运用，而且这些新的过去不存在的或是没有发现的新知识和新事物是对社会发展有积极作用的[3]。“创”可以只是在拆的基础上进行复原或是简单模仿，也可以是将其中的结构和功能运用到新的情境中解决问题（如钟表的拆解，可以创造出新的钟表，也可以创造出基于齿轮结构的传输带和修正带等）。针对不同的学情，可以设置不同的创造任务，相互交流，完善迭代，在创造中解决现实问题，促进所学概念的内化、迁移，学以致用。跨学科概念的教学是为生活中的真实问题找到实际解决方案的学习过程。在“拆客空间”中，学生需要运用一系列核心概念解决真实情景中的问题，在完成项目的同时，建构、迁移、应用核心知识和技能，激发创新思维，最终生成、内化跨学科概念。结合“拆客空间”活动校本实践经验，我们设计了以下3个核心环节，用以促进跨学科概念的形成。● 拆——了解结构与系统 系统是由相互影响的事物集合而成的有机整体；结构是系统中各部分的空间位置及链接关系。无论是自然科学还是技术工程领域，都可以通过观察其性能和特点了解其内在的结构和系统组成。“拆客空间”学习活动围绕真实情景的核心问题展开，这个问题作为整个项目的驱动力推动学习的进行。为促进跨学科概念的生成，“拆客空间”的驱动性问题选取易拆的常见物品，在动手拆的基础上，有目的地观察物质内部组成的结构、功能及相互联系，通过分类、归纳、初步了解其中结构和系统的意义。以“拆客空间”的“探秘电风扇”活动为例，学生在“拆”环节中，运用各种工具将电扇零件拆解下来，了解其中结构（如图2），之后将零件按照标准分类归纳，建立结构与功能之间的联系，形成系统的概念（如图3）。![]()
图2 学生绘制的电扇拆解零件图示例
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图3 学生绘制的电扇零件归类图示例
● 研——分析功能与模型 物体的形状和结构决定了其主要特性和功能，科学研究的主要工作就是根据系统外显的功能特性猜测其内部结构，从而逐步了解其中内部规律；模型是经过处理的能体现原系统本质特征的简化系统，是描述和理解系统的有效工具。在“研”环节中，学生在教师的引导下建立简单模型研究复杂系统，在提炼系统特征的过程中深入了解各个结构和系统的功能，并根据证据继续修正模型。在“做个滤水器”案例中，学生对过滤材料进行深入观察，猜测材料的不同摆放顺序会对过滤效果产生哪些影响，尝试进行滤水器的设计（如图4）。![]()
图4 “做个滤水器”项目学生设计图示例
● 创——反复迭代内化迁移 创新可以在不同层次上发生，既有高水平创新，也有普通创新。但是无论哪一种创新，基本过程都包括找出实质性的关键问题，并探索解决问题的方法。在“创”环节中，学生将所形成的跨学科概念迁移到新的情景之中，通过创造，反复迭代、修正作品。在解决问题的过程中，将学科概念升华、内化，形成跨学科核心概念。在“泡泡机”案例中，学生在泡泡机1.0版本中把吸管剪短，用热熔胶枪粘在一起制成最基础的泡泡机作品（图5a），但在实践中发现吹的气体很难集中，导致出泡泡的数量不够多；在2.0版本中，学生将吸管和剪裁过多的饮料瓶整合在一起（图5b），很大程度集中了气体，提升了泡泡机出泡泡的数量；但是2.0版本还需要随身拿着泡泡液，且蘸取泡泡液后容易滴落，于是有了3.0版本（图5c），将吸管换成厚海绵提升产泡泡效率，并增加罐装和收集滴液的功能。通过迭代，儿童经历不断发现问题、解决问题的过程，将泡泡机出泡材料结构和出泡功能学以致用，实现跨学科概念的内化与迁移。![]()
图5a 泡泡机1.0版
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图5b 泡泡机2.0版
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图5c 泡泡机3.0版
“拆客空间”活动核心环节的目的与跨学科概念之间的关系如图6所示。由于“拆”环节主要是直观的动手操作和静态观察的过程，所以很难观察到跨学科概念中“稳定与变化”的概念；而“研”和“创”环节是主动、动态的过程，能够体会到“稳定与变化”的概念。![]()
图6 “拆客空间”活动核心环节的目的与跨学科概念的关系
图示法是将具体的实物抽象为简要的符号、精炼的文字，用线条或箭头等构成特有的图文式样，展现抽象思维发展过程的教学策略，包括线框、图表、图画等方法。在本环节中，学生面对拆解下来的各组成部分只有直观体验，为了将各个组成部分的对应结构和功能相联系，根据功能分类、归纳形成系统，需要教师根据活动内容设计合适的图示框架促进思维的转变。在“电扇拆解”环节中，学生把风扇零件拆解后，观察电风扇的外观，明确它有哪些组成部分，猜一猜里面会有什么？讨论用什么工具可以将其拆解开？将拆散的零件按照自己觉得合理的组合方式排布在1张白纸上，讨论刚才分类过程的依据是什么？每一种分类方式说明对应结构具备的功能，形成共同的系统。最后绘制各个结构的工作流程图，用简单图形和线段明确基本结构和功能，并且简要标注说明（图7）。![]()
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图7 学生绘制的电扇拆解图示例
科学教学尤其注重亲身实践，亲历探究、制作、改进等环节。对比实验就是其中非常重要的科学研究方式。在控制变量的基础上，实验对比各个结构的功能差异，寻找证据改进方案，分析事物内在逻辑和相互联系，实现学科核心概念的归纳与升华，向跨学科概念转化。在“做个滤水器”案例中，学生虽然通过拆解和观察初步明确了各种材料的结构特征（如图8），但材料结构与对应的滤水功能之间的关系还不明确，我们将拆解下来的材料与学生前概念中认为适合过滤的材料汇总，进行对比实验，测试其滤水效果（快慢、清洁度等），如图9所示。![]()
图8 学生填写的不同过滤材料的观察记录表示例
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图9 不同材料滤水效果对比实验
对比实验的过程可以帮助学生形成材料结构与对应的滤水功能之间的联系（如空隙大，滤水快，但浑浊，效果不好），升华核心概念（如质量小的棉花滤水效果好，但是容易上浮影响效果，在滤水器中棉花必须要放在下层），实现核心概念中“物质的结构与性质：物质具有一定的特性与功能”与“工程设计与物化：工程的关键是设计”的贯通，促进跨学科概念“结构与功能”“系统与模型”的生成。建立简化模型研究复杂系统是常见的科学研究方式。新课标指出，“模型建构体现在：以经验事实为基础，对客观事物进行抽象和概括，进而建构模型；运用模型分析、解释现象和数据，描述系统的结构、关系及变化过程”，可见模型建构能力对跨学科概念意义重大。模型建构的目的是预测一个系统的可能表现，并非单纯仿真，关键是提取原型的核心要素，其中的思维过程主要表现为“抽象”。在“做个滤水器”案例中，将各种过滤材料抽象为大小不同的“圆点”；模型建构后对模型进行测试，并根据测试结果进行有效修正（图10），体现模型的一般建构过程，也是科学思维进阶的显化，促进跨学科概念的内化与迁移。 ![]()
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图10 滤水器模型建构示例
在跨学科概念引领下，我们更加明晰了“拆客空间”的核心环节，也让我们初步形成了一套促进跨学科概念形成的教学策略。在“拆客空间”项目活动中，学生理解、运用学科核心概念，通过搭建有效的促进跨学科概念生长的脚手架，引导学生在合作探究真实世界复杂问题的过程中，自然融合各学科知识解决问题，内化对知识的理解，逐渐形成跨学科概念。[1] 中华人民共和国教育部．义务教育科学课程标准（2022版）[M]．北京：北京师范大学出版社，2022．[2] 喻伯军，义务教育课程标准（2022版）课例式解读·科学[M]．北京：教育科学出版社，2022．[3] 韦钰．科学教育对造就创新型人才的重要作用[J]．中国科技教育，2012（3）：72-73．■
