2023年6月15日下午，温州市蔡呈腾名师工作室第7次活动在温州市瑞安市安阳高级中学举行，活动邀请了清华大学航天航空学院的高云峰教授做专题报告《跨学科概念的理念与应用》。

高教授主要从“跨学科概念的内涵及体现”和“从跨学科角度分析理解问题”两个方面，基于新课标中科学学科的四项跨学科概念展开阐述，说明掌握核心概念及跨学科概念是将知识转化为能力的关键，跨学科概念在不同的学科中反复出现，是一种世界观和方法论的体现，可以更直接地让学生形成科学的世界观。

高教授结合一些简单的学科实例，从理论系统解析了四个跨学科概念的内涵及体现。

从物质与能量角度，无论是哪个学科，本质都是能量的变化。例如在物理变化中，物体的下落、弓箭的形变，伴随着机械能、势能的变化；在化学变化中，化学反应的本质是化学键的断裂与形成；生物现象中，能量又在食物网中流动；在地球宇宙中的风雨雷电、地震火山等自然现象背后都有能量的驱动。技术与工程领域，主要是不同形式的能量转化为电能，从而为人类提供各种便利。对物质与能量的认知奠定了学生最基本的世界观，在面对各种伪科学传言时，学生也能正确的甄别。

从系统与模型角度，各学科都充分运用了模型来解决问题。例如光和介质是系统，光路图就是光传播的模型。如果把细胞看作系统，细胞模型就是简化的结果。研究宇宙时，宇宙是系统，地心说、日心说等学说就是简化的宇宙模型。在技术工程领域，真实的发动机有成升上万个零部件，但反映其主要工作原理的实物模型只有三个运动部件。模型的简化性和预测性，不仅能帮助我们更方便简易地认知事物规律，还能预测事物发展。

从结构与功能角度，各事物的结构与功能都有相适应的关系。例如金刚石和石墨的差异，主要取决于它们的微观结构。钱塘江的潮水举世闻名，也与它的地质结构息息相关。为了满足比赛时稳定的功能，比赛用弓箭具有维持稳定的结构；同样的，为了使高楼保持稳固，楼内也有数百吨的减震器。这些对学生认知事物有着重要意义，用不同的结构，来满足不同的功能需求，正是技术与工程领域中，最需要的理念。

从稳定与变化角度，静止不动并不是稳定的唯一表现形式，广义的稳定还包括动态平衡和循环模式。例如物理领域中的分子统计理论、生物领域中的DNA螺旋与复制过程及生态系统的相对稳定、地球科学中的洋流变化规律等等。宇宙万物都在变化，在变化中又存在着稳定的状态，这一认知，有利于学生主动地去发现事物的变化规律，掌握更好的认知和改变世界的方法。

短暂的休息之后，高教授以四个跨学科主题学习活动设计案例为载体，加深了在场教师们对跨学科教学实践的理解。

案例一，天平与杠杆。利用能量守恒定律分析杠杆与罗培伐秤，探究天平秤盘上的物体可以随意放置的原因。涉及到物理、技术工程与数学学科，涉及到的四个跨学科概念具体表现为：力的平衡和能量转化、秤的简化模型、杠杆构件、变化规律等。

案例二，矿泉水瓶与塑料水杯。利用对物体抗拉不抗弯的现象分析，引申出铁轨与管状材料广泛使用的原因，从材料与成本等角度，解释生活中常见的现象。涉及到物理、生物、技术工程、历史与思政学科，涉及到的四个跨学科概念具体表现为：材料受力与变形、受力模型图、空心材料结构与功能、变形与稳定的边界等。

案例三，寻找四叶草。利用斐波那契数列的规律和黄金分割的分析，制作绘制四叶草的工具；利用四叶玫瑰曲线方程，发现四叶草的本质是两个圆周运动合成的结果，从而制作工具画出自己的幸福。涉及到物理、生物、数学、寓言、计算机、技术与工程和思政学科，涉及到的四个跨学科概念具体表现为：植物转换光能的效率、四叶玫瑰曲线模型、数学与物理模型、正确稳定的绘制参数等。

案例四，自制欹器。从中华传统文化“满招损、谦受益”出发，引出对欹器的定性和定量分析，从而构建和制作欹器模型。涉及到人文、历史、物理、数学、技术工程、计算机和思政学科，涉及到的四个跨学科概念具体表现为：重力势能、欹器模型、特定的容器外形与结构、平衡随重心的变化等。

高教授在最后表达了自己的期望：愿一线教师们能从四个跨学科概念的阐述中获得启发，进而带领学生在实践中不断尝试，真正实现学有所用。

本次活动让我们看到了跨学科教学的更多可能性，为我们深入理解跨学科概念、开展跨学科教学，注入了更多的信心和底气，让每位与会教师都收获良多。

（图文/黄旭曼）