跨學(xué)科概念“模式”的內(nèi)涵與科學(xué)教學(xué)建議

跨學(xué)科概念“模式”的內(nèi)涵與科學(xué)教學(xué)建議引言模式是事物表現(xiàn)出的一般規(guī)律恰當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)呈現(xiàn)方式有利于識(shí)別各類模式模式在科學(xué)實(shí)踐中連接了觀察與建模學(xué)生對(duì)模式的理解應(yīng)隨年級(jí)升高而進(jìn)階在科學(xué)教學(xué)中應(yīng)用模式以促進(jìn)深入理解目錄01引言跨學(xué)科概念的作用我國《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》與《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》均在課程內(nèi)容中納入了跨學(xué)科概念，明確指出其對(duì)學(xué)科核心概念具有統(tǒng)領(lǐng)作用，學(xué)習(xí)跨學(xué)科概念能夠促進(jìn)學(xué)生對(duì)科學(xué)現(xiàn)象的理解和對(duì)工程難題的解決。模式的重要性模式是跨學(xué)科概念中最具基礎(chǔ)性和普遍性的概念，也正因如此，科學(xué)教學(xué)中容易忽略和跳過學(xué)生對(duì)模式的識(shí)別和解釋環(huán)節(jié)，影響課堂教學(xué)效果。結(jié)合實(shí)踐活動(dòng)教師在教學(xué)中要注意將模式與科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)緊密結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生基于事實(shí)與數(shù)據(jù)明確歸納模式，進(jìn)而構(gòu)建科學(xué)解釋，促進(jìn)學(xué)生對(duì)學(xué)科核心概念的理解。引言02模式是事物表現(xiàn)出的一般規(guī)律模式是事物表現(xiàn)出的一般規(guī)律模式的識(shí)別對(duì)模式的識(shí)別是人們觀察世界得到的初步結(jié)果，有助于預(yù)測(cè)事物的下一步表現(xiàn)。模式的例子在規(guī)律性出現(xiàn)的形狀和結(jié)構(gòu)中，在重復(fù)、穩(wěn)定出現(xiàn)的事件和關(guān)系里，都存在著可以人為總結(jié)的模式。模式是事物的一般規(guī)律模式是事物表現(xiàn)出的一般規(guī)律，有助于發(fā)現(xiàn)世界中的各種秩序。模式的因果關(guān)系針對(duì)模式的提問能夠驅(qū)動(dòng)人們挖掘規(guī)律性現(xiàn)象背后的因果關(guān)系，發(fā)現(xiàn)地球公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)所在的軌道平面存在夾角。四季的變遷地球公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)所在的軌道平面存在夾角，導(dǎo)致地球同一地點(diǎn)在一年中獲得太陽輻射熱量不同，形成四季的變遷。03恰當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)呈現(xiàn)方式有利于識(shí)別各類模式分類時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)凸顯被觀察事物之間的相似性和差異性，以便更好地將它們分類。分類的依據(jù)被分為一類的事物會(huì)具有某種相似的特征，這一特征使其與其他類別的事物存在顯著的差異。分類的作用分類是將特征相似的事物進(jìn)行歸類人們通常使用地圖或時(shí)間刻度軸等工具刻畫事物的分布情況，并據(jù)此預(yù)測(cè)類似事物在未來發(fā)生的可能地點(diǎn)或時(shí)間。分布情況可以告訴我們事物在空間或時(shí)間上的排列方式，以及類似事物在未來可能發(fā)生的地點(diǎn)或時(shí)間。分布是對(duì)事物在空間或時(shí)間上排列情況的描述分布的作用分布的介紹循環(huán)的介紹循環(huán)是指事物發(fā)生連續(xù)且重復(fù)的變化，通常使用圖片、圖形、圖表等工具表示循環(huán)中的周而復(fù)始的回路。循環(huán)的作用循環(huán)可以形象地表示出事物在時(shí)間或空間上的變化過程，以及類似事物在未來可能發(fā)生的變化情況。循環(huán)是指事物發(fā)生連續(xù)且重復(fù)的變化明確變量關(guān)系明確變量間的關(guān)系是探究和建立潛在因果關(guān)系的基礎(chǔ)，有助于更好地理解數(shù)據(jù)的意義和價(jià)值。數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)技術(shù)借助數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)工具，如圖表、坐標(biāo)系、方程式、統(tǒng)計(jì)學(xué)檢驗(yàn)等，對(duì)于識(shí)別復(fù)雜變量間關(guān)系很有幫助。變量間的關(guān)系反映變量之間的變化協(xié)同性04模式在科學(xué)實(shí)踐中連接了觀察與建模

模式在科學(xué)實(shí)踐中連接了觀察與建?？茖W(xué)實(shí)踐與模式構(gòu)建科學(xué)知識(shí)的發(fā)現(xiàn)遵循觀察-模式-模型（observationpatterns-models，OPM）三角形過程，強(qiáng)調(diào)了觀察和模式在科學(xué)實(shí)踐中的重要性。模式在科學(xué)實(shí)踐中的作用模式作為連接觀察與建模的橋梁，在科學(xué)實(shí)踐中起到關(guān)鍵作用，有助于解釋和預(yù)測(cè)科學(xué)現(xiàn)象。引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注模式教師需要引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注并識(shí)別模式，幫助他們理解科學(xué)現(xiàn)象背后的規(guī)律，建立對(duì)科學(xué)知識(shí)的深入理解。05學(xué)生對(duì)模式的理解應(yīng)隨年級(jí)升高而進(jìn)階因果關(guān)系與整合高中階段學(xué)生對(duì)模式的理解和應(yīng)用將更多地指向因果關(guān)系的探索，他們能整合跨尺度觀察到的幾種模式，以作為解釋現(xiàn)象背后因果關(guān)系的證據(jù)。模式理解與抽象思維人類大腦因?yàn)榫邆涑橄笏季S和歸納推理能力，總是表現(xiàn)出在混亂中關(guān)注并識(shí)別模式的傾向，這一點(diǎn)在學(xué)齡兒童中就已經(jīng)表現(xiàn)出來。四季更替與分類小學(xué)低年級(jí)學(xué)生能夠識(shí)別一年中四季更替的模式，觀察和記錄親、子代生物之間的異同，探討能對(duì)動(dòng)物、植物或者材料進(jìn)行分類的特征。模式類型與解釋初中階段的學(xué)生應(yīng)該更加熟悉模式的類型、識(shí)別模式的工具及使用模式解釋和預(yù)測(cè)現(xiàn)象的方法，并能初步將宏觀與微觀的模式進(jìn)行跨尺度的關(guān)聯(lián)。學(xué)生對(duì)模式的理解應(yīng)隨年級(jí)升高而進(jìn)階06在科學(xué)教學(xué)中應(yīng)用模式以促進(jìn)深入理解觀察-模式-概念教師需遵循“觀察具體事實(shí)—總結(jié)模式—構(gòu)建抽象概念—應(yīng)用于具體情境”的過程，提高概念教學(xué)效益。核心概念教學(xué)新一輪基礎(chǔ)教育理科課程改革強(qiáng)調(diào)“圍繞大概念組織并開展教學(xué)活動(dòng)”，主張“向?qū)W生提供豐富、直觀、有代表性的事實(shí)材料，并對(duì)其進(jìn)行抽象和概括，幫助學(xué)生理解核心概念”。應(yīng)用OPM三角形實(shí)施概念教學(xué)注意在教學(xué)中將模式外顯化模式外顯化教師應(yīng)注意引導(dǎo)學(xué)生明確地討論和應(yīng)用模式，重視模式的外顯化，促進(jìn)學(xué)生對(duì)學(xué)科核心概念與科學(xué)及工程實(shí)踐的深入理解?？鐚W(xué)科概念跨學(xué)科概念納入科學(xué)教學(xué)內(nèi)容的意義在于促進(jìn)學(xué)生對(duì)學(xué)科核心概念與科學(xué)及工程實(shí)踐的深入理解，不應(yīng)只停留在讓學(xué)生學(xué)習(xí)含義上。模式銜接結(jié)合OPM三角形可以發(fā)現(xiàn)，使用模式銜接觀察與概念構(gòu)建，能夠?qū)?shí)踐的開展、概念的建立與對(duì)模式本身的學(xué)習(xí)整合起來。教師需要結(jié)合具體素材，引導(dǎo)學(xué)生圍繞模式提出問題，并嘗試在回答這些問題的過程中完成各項(xiàng)實(shí)踐活動(dòng)，解釋模式背后的因果關(guān)系?？鐚W(xué)科概念模式揭示了自然界中各種各樣的秩序，并作為構(gòu)建因果關(guān)系的證據(jù)，在解釋和預(yù)測(cè)科學(xué)現(xiàn)象、推動(dòng)科學(xué)知識(shí)的形成中起到關(guān)鍵作用。為了將這一“隱而未見”的思維工具外顯化，教師可以將模式結(jié)合到科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)的各個(gè)環(huán)節(jié)中，使學(xué)生使用恰當(dāng)?shù)墓ぞ咦R(shí)