跨學科學習何以發生？

[摘? ?要] 跨學科學習是新課程改革中推行的重要學習方式，探討跨學科學習的理論與實踐是當前教育研究關注的重點，然而，關于跨學科學習何以發生的研究還不足。文章首先從理論層面闡述了跨學科學習的內涵與特征，分析了跨學科學習發生的機制與理論模型，研究認為跨學科學習具有典型的情境性、建構性和協作性的特征，需要運用兩個或兩個以上學科知識或學科方法去解決問題，融合了真實情境問題解決的過程、高階思維能力的發展、學習環境的設計等要素；其次，從實踐層面分析了促進跨學科學習發生的實踐效果；最后，在跨學科學習發生的理論與實踐研究基礎上，提出了促進跨學科學習發生的實施策略，以此回應跨學科學習何以發生的現實問題，為教師開展跨學科教學提供參考。

[關鍵詞] 跨學科學習； 學習環境設計； 高階思維技能； 問題解決；發生機制

[中圖分類號] G434? ? ? ? ? ? [文獻標志碼] A

[作者簡介] 萬昆（1991—），男，江西南昌人。副教授，博士，主要從事學習科學與技術、教育數字化研究。E-mail：1570576198@qq.com。

一、引? ?言

在課程教與學方式改革的歷程中，力求突破學習方式的變革，探尋學習的發生機制，著力回答“人是如何學習的”這一根本問題是學習科學領域的研究重點。學科學習和跨學科學習作為發展學科核心素養的學習方式，兩者相互聯系、相互依存。事實上，研究者普遍認為，跨學科學習唯有在學科學習、學習知識和學科理解的基礎上，才能發展學生核心素養，既包括學科核心素養，也包括高階思維技能[1-2]。當前研究者對跨學科學習進行了積極探索，主要包括以下三方面的內容：一是跨學科學習的概念剖析[3-4]；二是跨學科學習的實踐[5-6]；三是不同學科的跨學科主題學習的設計[7-8]。已有研究成果有助于我們理解跨學科學習的發生機制，但跨學科學習實踐過程的“異化”、無評價、脫離學科學習等問題依然存在，如何促進跨學科學習的發生仍然是當前教育領域的研究難點。然而，跨學科學習的發生是非常復雜的，目前相關研究多關注跨學科學習的實踐和案例，很少關注跨學科學習過程和結果的評價、跨學科學習發生的機制等問題。因此，探究跨學科學習何以發生成了基礎教育課程教學改革需要重點關注的問題。

二、跨學科學習發生的基本原理

（一）跨學科學習的內涵與特征

1. 跨學科學習的內涵

國內外關于跨學科學習的內涵闡釋主要觀點是：跨學科學習是基于學科的立場[9]；跨學科學習強調知識整合、問題解決[10]；跨學科學習具有學科理解性、關聯整合性、高階拓展性、實踐合作性等[11]；跨學科學習是通過激勵學生進行深層次學習來促進高階認知加工，當學生采用深層次學習方法時，他們會尋求意義，反思所學內容，并通過創造個人理解來內化知識[12]?？鐚W科將新知識和現有知識聯系起來，這一過程可能發生在教師和學生需要學科知識來解決復雜、跨越邊界的問題時，也可能發生在他們獲得相關的記憶和經驗來促進對新概念和思想的理解時[12]。綜上所述，本研究認為，跨學科學習是以真實問題為知識建構的邏輯起點，運用兩個或兩個以上學科知識或方法探究解決真實問題，尋找跨學科學習發生的境脈，破除因學科知識單一、割裂、脫域而造成的淺層次學習。而緣起于真實性問題和情境，兩個或兩個以上學科知識而重構的場域，更關注知識的整合、新知識的產生和高階思維技能的發展。

2. 跨學科學習的特征

跨學科學習彰顯了其在信息化學習場域或新知識生產方式背景下新的價值取向，主要有三方面的特征：第一，推動知識的再生產和知識的創造。工業時代的知識生產方式是以標準化和流程化的形式呈現，而當前越來越強調知識生產模式的轉變，轉向跨學科的知識生產首要形式，未來的社會也更加強調知識創造和創新。未來的課程教學將不再是傳統意義的知識傳授，而是通過技術和跨學科的方式去解決真實情境中的問題，變革課程的知識結構和組織方式，以更好地應對未來社會。第二，具有真實世界生活的復雜性和情境性。面對真實世界的復雜性，問題情境與課程知識的關系愈發緊密，知識的學習也將變得愈發綜合化，越來越多的問題不僅僅靠單一學科知識就能解決，而是需要靠協作、集體智慧和跨學科的知識共同解決，如碳中和問題、可持續發展問題等。第三，強調學生的主體性和自我導向的學習。對于跨學科學習來說，要讓學生的主體在場具身參與跨學科學習活動，讓學習者主動對知識進行探索與創造，不再是傳統意義上的記憶和傳遞知識，通過主體在場和具身參與，讓學習者能更好地理解真實世界的問題。

（二）跨學科學習發生的機制

如何將跨學科學習發生的表征轉化為一種理論范疇，還需要理解跨學科學習發生的內在原理。結合跨學科學習的內涵與特征，本研究試圖從以下維度闡述跨學科學習發生的機制：

1. 跨學科學習發生的客觀條件是真實情境

情境設計的實質是重構學生與社會生活及世界意義的關聯，既能激發學生的學習投入，又能增加學生的科學理解，更重要的是展現了知識與世界的聯結和建構[13]。情境學習理論認為學習是發生在真實世界的情境中，并形成了實踐共同體，而素養的形成需要學習者通過參與實踐共同體的真實實踐學習，去解決真實情境中的問題，從而實現學習者有意義的學習。學習科學的研究表明，跨學科學習關注的是聯結不同學科知識和方法，以探索學科知識背后的意義。

2. 跨學科學習發生的核心是跨學科問題

在真實情境中，學習者的跨學科學習和問題解決，其最重要的是要學會知識的遷移，同時還要對不同學科知識進行整合以解決真實情境的問題。由于知識可跨學科遷移，我們很自然地就會思考如何更清晰地闡述知識領域之間的關聯性問題，因此，跨學科問題既可以是綜合性、主題性、真實性的問題，也可以是學科與學科之間的理論問題。

3. 跨學科學習的發生是學生心理機能變化的過程

影響學習者心理機能變化的因素很多，如心流體驗、認知負荷、自我調節能力、學習動機、學習興趣和智力等。在跨學科學習過程中，學習者的心理機能逐漸由低級機能向高級機能轉化，更加強調理解、遷移、批判和創造等。在跨學科學習過程中，學習者的心理定位得到轉換，心理機能發生變化，體現出主動學習、主動發展的特點。

（三）跨學科學習發生的理論模型

學習科學的背后是一場教育范式的轉型發展，索耶強調，將學習科學引入課堂的重點是要放在課堂學習環境創設上[14]。然而，實現跨學科學習過程中的問題解決需要學習環境設計要素的有效支撐，筆者前期研究發現，學習環境設計、真實情境問題解決、高階思維技能發展是促進跨學科學習發生的要素[1]，各要素之間是相互支持和服務的，共同促進跨學科學習的發生。

1. 學習環境的設計

跨學科學習關注的是概念如何相互關聯，以及學習者如何在復雜的情況下構建知識?？鐚W科學習打破了記憶事實的傳統學習方式，取而代之的是強調更高層次的認識論以及學生對復雜和非結構化知識領域的參與。學習環境設計的本質是一種學習“場域”的設計。學習環境設計為跨學科學習提供了理想的學習場域，不僅包括虛擬境脈場域，還包括現實境脈場域，這些環境主要有物理環境、技術環境、社會環境、心智環境和課程環境等[1]。此外，學習環境設計中的資源、工具、會話與協作等要素，也使得跨學科學習的問題解決活動以不同的方式呈現。

2. 真實問題解決的過程

問題解決的過程是學生運用認知過程解決一個具體情境中的問題，學生需要綜合運用多學科知識來解決問題?？鐚W科學習的問題既可以考慮純理論的問題，還可以考慮解決符合真實情境的問題，以實現學習者跨學科學習的發生。問題解決的過程不僅依賴于理性思維，還依賴于手段、工具、環境、活動等[15]?；顒右彩菃栴}解決的核心，根據跨學科學習問題解決的過程，不同類型的跨學科學習活動的形式也不一樣，如探究式、協作式、項目式等。根據開展跨學科學習活動的需要，還需要設計驅動性問題、工具與資源等。同時，還可以為學習者提供支持跨學科學習的認知工具，如思維導圖、數字化學習平臺等。

3. 高階思維技能的發展

無論是學科學習還是跨學科學習，都是指向學生高階思維的培養和學科核心素養的發展?？鐚W科學習發生的顯著標志是促進學習者高階思維技能的發展，引導學習者聚焦問題、關注情境、運用多學科知識或方法解決問題。首先，跨學科學習要將分散的、點狀的知識聯結起來，不僅要理解本學科知識，還要理解其他學科知識，形成對不同學科知識的多維聯結；其次，還需要將不同學科知識或學科方法聯結起來，形成對知識的理解，并實現從知識的理解到知識的遷移；最后，跨學科學習促進學習者高階思維技能的發展需要超越傳統的教學設計，以學習環境設計為取向，實現跨學科學習的發生不僅需要學習者的主體和具身參與，還需要設計跨學科學習活動、驅動型問題和評價，提供資源、工具、支架等要素。

綜上所述，研究在學習科學的指導下，以活動理論、情境學習理論、認知負荷理論等為支撐，結合促進跨學科學習發生的要素，構建了跨學科學習發生的理論模型，如圖1所示。

（四）跨學科學習發生的過程評價與結果評價

跨學科學習作為一種學習方式，其評價方式有多種，既有過程性評價也有結果性評價?？鐚W科學習也有著深度學習的價值取向，關于深度學習的評價主要有問卷調查、多模態學習分析[16]等方法來表征深度學習的發生，但通過查閱國內外文獻發現，關于跨學科學習評價的研究非常少。因此，本研究借鑒深度學習的評價方法，關注跨學科學習過程和結果的評價。過程性評價主要是針對學生學習參與狀態的量化評價，一般采用問卷測量的方式。如果在真實的跨學科學習過程中，研究者不僅要關注學習者的學習方法，更要關注學習者的心理機能，這是一個復雜的變量，對于學習者實現跨學科學習的發生非常重要。然而，過去通常是研究學習方法[17]、學習動機[18]對學習者高階思維技能的影響。從微觀層面來看，跨學科學習過程也是學習者心理機能變化的過程，主要是學習者在跨學科學習過程中的心流體驗、認知負荷、自我效能感的變化等?；诖?，本研究主要關注的是在跨學科學習發生過程中學習者的心理機能是如何變化的，以及對跨學科學習結果的影響，主要選擇跨學科學習過程中學習者的心流體驗、認知負荷作為過程變量，將高階思維技能評價作為結果變量。

三、研究設計

本實驗的目的是應用跨學科學習發生的理論模型，考察學習者在跨學科學習過程中的心流體驗對高階思維技能的影響，以及認知負荷對心流體驗的影響，研究學習者跨學科學習過程中非認知因素的影響機制，并解釋心流體驗與其他因素之間的關系。

（一）研究假設

本研究首先提出研究假設H1：相比傳統教學方式，促進跨學科學習發生理論模型的實踐能顯著提升學生的高階思維技能、自我效能感、心流體驗、關聯認知負荷，降低學生的外在認知負荷和內在認知負荷。其次，研究探索認知負荷與心流體驗的關系、心流體驗與高階思維技能的關系，提出研究假設如圖2所示。

（二）研究案例概述

在J中學校長、科組長、任課教師的大力配合和支持下，開展了跨學科學習的教學實驗。為了確保研究過程符合倫理道德規范，在開展教學實驗前，征得學校、教師和學生的知情同意。研究案例情況見表1。

（三）實施過程

本次實驗聚焦在“以‘工程為中心的跨學科學習環境設計”，以實現學習者的跨學科學習。從2021年10月開始實施，共持續4周，具體實施過程如下：第1周，研究者與學科教師開展教研，討論課程內容選擇和學習環境設計，共同備課，設計問題，準備素材（包括木頭等）；第2～4周，學生根據任務單進行設計、討論、協作、制作，運用多學科知識與方法搭建“平板支架”模型，最后形成一個作品。實驗班的學生采用促進跨學科學習的學習環境設計進行教學，并設計了促進跨學科學習發生的學習環境，見表2?？刂瓢嗟膶W生采用傳統的學習方式。

四、研究結果

（一）實驗數據分析

1. 各變量的單因素方差分析

由表3可知，實驗班的關聯認知負荷、心流體驗、創造力傾向、批判性思維、合作溝通能力、問題解決能力、自我效能感均高于控制班。實驗班的內在認知負荷低于控制班，外在認知負荷略高于控制班，但都未呈現出統計學意義上的顯著性。這表明在跨學科學習活動前，教師提供的各種工具、資源和支持，能在一定程度上降低學生的內在認知負荷并提升學生的關聯認知負荷。從單因素方差分析可知，實驗班學生的心流體驗和高階思維技能高于控制班，且具有統計學意義上的顯著性。

2. 信效度分析

通過數據得出，本次問卷所設維度的Cronbach's Alpha最小值為創造力傾向的0.765，其余均大于0.872，說明信度較好。各變量所對應題項的標準因子載荷系數，除創造力傾向第三個題項為0.466外，其余均大于0.7；平均提取方差值方面，最小值為0.704，均大于0.5，組合信度（CR）均大于0.7。從整體來看，本次調查問卷設計信效度較好，能夠反映學生的真實情況。

3. 結構方程模型構建與分析

根據結構方程模型結果可知，本研究的內生潛變量有5個，分別是創造力傾向、合作溝通能力、心流體驗、批判性思維、問題解決能力。數據分析結果顯示，5個內生潛變量的 R2值分別為0.805、0.399、0.685、0.519 和 0.403，可見，心流體驗對創造力傾向以及三大認知負荷對心流體驗都具有較高的解釋力，其余變量也均具有中度的解釋力。

4. 路徑分析

研究所設計的模型中各變量之間路徑系數的分析結果（見表4）顯示：（1）認知負荷與心流體驗的關系。在路徑系數的檢驗中，從內在認知負荷到心流體驗的路徑（β=0.004，t=0.022，p＞0.05），從外在認知負荷到心流體驗的路徑（β=-0.674，t=3.682，*p<0.05），從關聯認知負荷到心流體驗的路徑（β=-0.291，t=1.754，p＞0.05），其中外在認識負荷與心流體驗呈現顯著性相關，支持假設H2b。（2）心流體驗與高階思維技能的關系。在路徑系數的檢驗中，從心流體驗到創造力傾向的路徑（β=0.897，t=31.665，***p<0.001），從心流體驗到批判性思維的路徑（β=0.721，t=10.947，***p<0.001），從心流體驗到合作溝通能力的路徑（β=0.631，t=4.066，***p<0.001），從心流體驗到問題解決能力的路徑（β=0.635，t=4.198，*p<0.05），均呈現顯著性相關，支持假設H3a、H3b、H3c、H3d。

5. 效應量分析

在本研究中，效果量較大的路徑有：心流體驗→創造力傾向、心流體驗→批判性思維、外在認知負荷→心流體驗、心流體驗→問題解決能力、心流體驗→合作溝通能力，這些路徑的效果量分別是4.138、1.08、0.739、0.675、0.663。 除此以外，還有關聯認知負荷→心流體驗的路徑效果量中等，對應的路徑效果量是0.226。

（二）實驗結果分析

第一，實驗班學生的高階思維技能、自我效能感、心流體驗等各維度均值得分均高于控制班，且具有統計學意義上的顯著性?？梢钥吹?，雖然內在負荷降低了，關聯認知負荷增加了，但是外在認知負荷卻略高于控制班，說明跨學科學習發生的實踐在認知任務呈現等方面具有一定效果，且高階思維技能與心流體驗都得到了提升。這可能與本次實驗主要是以“工程”為中心的跨學科學習課程內容有關，通過課堂觀察發現，此次實驗班的女生較多，對于工程模型制作可能有一定困難。而此次實驗的不足之處在于，由于該課程都是由學生自由選擇，因此，在男女性別上本研究無法進行選擇。

第二，假設H2b成立，即學生的外在認知負荷與心流體驗呈現顯著負相關。換句話說，心流狀態較好的學生有較低的外在認知負荷。外在認知負荷通常被認為對學習不利，外在認知負荷的增加或減少可以決定關聯認知負荷。同時，實驗還發現內在認知負荷降低，關聯認知負荷提升了，因此，促進跨學科學習的學習環境設計發揮了一定的效果。在跨學科學習過程中，教師和學生都可能全身心地參與到學習環境設計中，如通過首先畫“支架模型”草圖，積極調取先驗知識，選擇數學、物理等學科知識共同設計、制作該模型。

第三，假設H3a、H3b、H3c、H3d的結果表明，在跨學科學習過程中，學習者的心流體驗與創造力傾向、問題解決能力、批判性思維、合作溝通能力呈顯著正相關。研究發現促進跨學科學習的學習環境設計能有效提升學生的心流體驗和高階思維技能。而且根據假設H3發現，心流體驗也是跨學科學習過程中發展高階思維技能的一個關鍵因素。在跨學科學習過程中，允許學生專注于多學科的問題解決，同時涉及高水平認知需求的教學活動，而且，具備高心流體驗能力的學生才可以在復雜的跨學科學習活動中獲得較好的心流狀態。因此，提高學生的心流體驗有助于學習者的深層次跨學科學習的發生。

通過本次實驗發現，促進跨學科學習發生的學習環境設計仍然需要不斷優化和完善。改進方向如下：第一，要運用探索、頭腦風暴、聯想、轉化、連接、顯性等方法解決問題，增強學生整合運用多學科知識的能力，降低學習者的外在認知負荷。第二，問題的設計和選擇更加關注學科核心素養。第三，對學習任務的設計要逐步呈現出高階性和挑戰性；問題的設計要以大概念為引領，加強對不同學科知識和方法的整合。

五、促進跨學科學習發生的實施策略

（一）跨學科學習發生的瞄點：真實問題與跨學科學習活動設計

第一，義務教育課程標準中提出，要引導學生在真實情境中發現問題，問題要從源于生活經驗轉向源于學科知識，最后向著問題圖式發展。問題的解決不僅要充分調動學習者的高階策略，還要在問題解決過程中提供系統設計好的學習支架。已有研究也表明，學習支架與學習進階的契合能引發學習者積極的心流體驗[19]。

第二，以“真實”問題解決為主的學習有利于激活知識與知識的聯系、知識與元知識的聯系，有利于激活學生的深層次的學習動機并發展學生的高階思維，易產生“跨學科性”的學習。同時，要使學習者能降低外在認知負荷，教師要為學生在學習具有高階、挑戰性任務時提供支架支持；要使學生在高階任務解決過程中保持高認知水平，需考慮多種環境的支撐。同時，學習者在整合不同學科知識時，需要借助學習進階的思想，為其在概念建構和概念整合過程中提供幫助。

第三，跨學科學習活動設計需要滿足以下三個條件：一是學習者在學習過程中能夠形成對不同學科間知識的關聯、整合、反思的高階認知策略；二是要能促進學習者的創造力傾向、問題解決能力、批判性思維等高階思維技能的發展；三是學習者的信息加工要經歷整合、評價、反思等過程。

（二）跨學科學習發生的中介：組建跨學科學習共同體

在跨學科學習過程中，學生要成為不同學科的知識生產者，要理解不同學科知識的關聯，要圍繞真實問題的情境設計解決問題；教師要組建跨學科學習共同體，共同開展備課、磨課、教研等活動?？鐚W科學習的發生還需要教師充分調動學習者的學習動機和深層次學習方法，引發學習者積極的心流體驗，降低學習者認知負荷。同時，教師要構建有效地促進跨學科學習發生的學習環境，首先需要根據跨學科問題進行分解并設計活動序列，以減少學習者的內在認知負荷；其次，通過技術、工作等手段，對學習任務進行精心組織和設計，加強與生活世界和真實情境的聯系；最后，對整個學習環境進行設計時，要增加學習者的關聯認知負荷，提升學生的心流體驗?？傊?，跨學科學習發生的中介是要組建跨學科學習共同體，發揮多主體在跨學科學習中的作用，共同構建跨學科學習生態。

（三）促進跨學科學習發生的實施過程框架

我們在此研究過程中形成了一個基本的促進跨學科學習發生的實施過程框架。

第一，設計—實施過程。研究者通過與多個學科教師的溝通與教研，與學科教師共同設計跨學科學習問題或任務，研究者全程參與，隨時記錄、觀察、拍攝跨學科學習發生的過程，并在課程結束后與任課教師進行反思、討論課堂發生的事件。嘗試結合課堂觀察，分析學生在跨學科學習過程中的表現，了解學生問題解決的情況。

第二，設計—分析的過程。在促進跨學科學習發生的理論模型中，教師一方面需要理解跨學科學習發生的過程，另一方面需要根據學生跨學科學習過程中的表現及跨學科學習目標的情況進行對比分析，在這個過程中也可以借助技術手段來分析學習者跨學科學習過程的表現，并根據學習者的表現和反饋進行及時調整。另外，也可以根據學生跨學科學習過程中問題和任務的完成情況，并結合問卷調查、多模態數據了解學習者跨學科學習過程的情況。

第三，分析—反思的過程。研究者與教師一起對實驗過程的數據進行分析，對促進跨學科學習發生的課堂進行深度反思。同時，在這個過程中，結合學習科學理論分析跨學科學習是如何發生的，并為下一輪改進促進跨學科學習發生的理論模型提供支持。

第四，反思—解釋的過程。在跨學科學習過程中，需要將課堂觀察到的事件、跨學科學習過程中認知和情感發生的變化，轉化為從“人是如何學習的”視角的科學解釋。因此，我們可以借助學習科學理論來分析跨學科學習發生的過程，以此去回應學習者在跨學科學習過程中是否提升了高階思維技能等問題。

本研究在一定程度上從理論解釋轉向實踐解讀，闡述了跨學科學習發生的機制與理論模型，并基于實驗驗證了跨學科學習發生的效果。然而，研究案例樣本較少，且實踐時間不夠長，未來可以長時間開展跨學科學習的實踐，探究促進跨學科學習發生的實踐模型與素養導向的跨學科學習評價，以進一步深入挖掘不同學科的跨學科學習發生機制。

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