跨学科专题|第7期：基于跨学科概念的“拆客空间”项目实践研究（1）

专题：跨学科概念视角下的科学教学

（一）“拆客空间”的建立与由来

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。拆客空间源于我校STEM教育的研究项目，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，促进学生全面发展的项目化学习模式。

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？这正是我校开展“拆客空间”项目研究的初衷。

（二）跨学科概念是“拆客空间”的基础和支撑

2022年4月，教育部颁布的《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”。 

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的基础之上提炼、抽象出来的反复出现的重要概念，包括“物质与能量”、“系统与模型”、“结构与功能”、“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”活动形式非常适合跨学科实践，也适合学生通过“拆”来了解跨学科概念。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。

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”项目化学习的核心环节：拆·研·创。

“拆客空间”项目重在引导儿童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、创三个核心环节来促进跨学科概念的生成。

（一）核心环节的确立：拆·研·创

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”的核心环节

1.拆

“拆”的本意是将原本组合在一起的东西分开。面对未知事物，儿童本能的就会想要拆解，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），了解内部构造和运行原理，为下一步的深入研究打下基础。“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。

2.研

“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儿童深入研究的脚手架。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”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。

3.创

创新有不同的定义，目前大家倾向于认为创新是一个多层次、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。

（二）核心环节促进跨学科概念的形成

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”的活动校本实践经验，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。

1.拆——了解结构和系统

系统是由相互影响的任何任何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”的学习活动围绕着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、功能以及相互联系，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 电扇拆解零件图

  图3电扇零件归类图

2.研——分析功能和模型

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来研究复杂系统，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”的案例中，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”设计图

3.创——反复迭代内化迁移

创新可以在不同的层次上发生，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的版本（图5c），将吸管换成厚海绵提升泡泡的效率，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和迁移。

图5a 泡泡机1.0版

   图5b 泡泡机2.0版  

 图5c 泡泡机3.0版

“拆客空间”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”核心环节的目的与跨学科概念