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59Research and Implementation of New Curriculum Standards新 课 标 研 究 与 落 实2023.8 中国电化教育 总第439期促进跨学科学习的发生机制、模型构建与实证研究 *万 昆，饶爱京(上饶师范学院 教育信息化研究中心，江西 上饶 334001)摘要：跨学科学习已经是义务教育新课程方案倡导的一种重要学习方式，但当前跨学科学习仍存在着“浅层、异化、盲目跨”等问题。研究从跨学科学习的内涵出发，分析了促进跨学科学习发生的机制及要素，主要包括三个方面：高阶思维技能的发展、真实情境问题解决的过程、学习环境设计。在此基础上，构建了促进跨学科学习的学习环境设计模型，并从“目标内容方法评价”四个方面提出了实施策略。依据该模型设计了学习活动，开展了为期一个月的教学实践研究。研究结果表明：促进跨学科学习的学习环境设计模型能有效发展学生的高阶思维技能，有效降低学生的外在认知负荷和内在认知负荷，增加关联认知负荷，表现出了较好的心流体验；跨学科学习过程中呈现出“认知负荷心流体验高阶思维技能”相互影响的机制。关键词：跨学科学习；发生机制；学习环境设计模型；学习效果中图分类号：G434文献标识码：A一、问题提出2022年教育部印发的义务教育课程方案中明确提出，各学科要积极开展跨学科学习1。跨学科学习作为学生学习方式实践的一种，是学生在日常教与学实践中所体现的，同时又关注不同学科知识的整合及其背后的意义。在学习科学的语境下，跨学科学习过程及其表现更加关注的是学生理解学科知识背后的意义，关注不同学科知识的整合，强调学科知识整合的方式，以解决真实世界的问题，成为基础教育阶段课程改革所倡导的一种学习方式2。然而，在基础教育实践过程中，跨学科学习依然存在着学科知识拼盘、有活动无学科目标、跨学科杂糅与复杂化、跨学科学习可以替代分科学习、低水平跨学科学习实践等问题3。究其原因，在于教师对于跨学科学习发生机制认识模糊，实施跨学科学习存在实践误区等，难以通过跨学科学习来培养学生核心素养的目的。而学习环境设计为跨学科学习的发生，提供了良好的支架支持45。因此，跨学科学习发生的机制及要素如何？如何通过学习环境设计来促进跨学科学习的发生？这将对有效落实基础教育课程改革的需要和推动基础教育阶段学习方式变革具有重要的意义。本研究首先尝试探索跨学科学习的内涵、发生机制及要素，在此基础上构建以促进跨学科学习发生的学习环境设计模型，并将其应用在实际的课堂教学中，关注跨学科学习发生过程中学习者的学习效果，以期为中小学教师开展跨学科教学提供参考。二、文献综述(一)跨学科学习实践的研究现状当前关于跨学科学习实践研究主要有两种研究视角。第一，以STEM教育的方式来实现学习的“跨学科性”。余胜泉等人认为STEM教育跨学科是以整合的教学方式使学生运用技能解决真实世界中的问题，其中一种基本的取向是学科知识整合取向；并提出了STEM跨学科项目设计模式6。张屹等人提出了基于设计的跨学科STEM理论框架7。也有学者从STEM跨学科视角分析了项目设计，对全国本文系教育部人文社会科学规划青年项目“基于集群发展的县域基础教育信息化优质均衡提升路径研究”(项目编号：21YJC880070)、江西省基础教育研究课题“数字化环境下项目化学习的实践策略研究”(课题编号：SZUSYZH2021-1166)研究成果。文章编号:10069860(2023)08005900960Research and Implementation of New Curriculum Standards新 课标研究与落实2023.8 中国电化教育 总第439期小学STEM展示课进行了分析，其主要流程是导入新课、完成项目、交流评价、总结提高8。詹泽慧等人提出了STEAM教育本土化的一种重要途径是文化本位的跨学科学习9。黄璐等人提出了“三步走”的跨学科STEM教育实践路径，基于学科基础知识，达到领域内容标准；通过真实性问题项目，探索学科之间不确定的相关性；借助思维工具，确立相关知识间的逻辑关系模型10。第二，基础教育阶段不同方式的跨学科学习的实践。张泽远等人以“探秘电池”为例，设计了物理和化学融合的跨学科课程设计思路，并重视教学环境的设计，将实验室环境设计纳入教学活动11。也有研究者以“大豆旅行安家的启示”一课为例，探索了基于核心概念和问题导向的跨学科教学12。跨学科融合主题单元设计与实施流程，包括找到教材单元之间的关联、学情分析、确定单元总目标、教学实施、评价反思、策略优化13。刘艳萍探索了整校都以学科大概念统领来推进单元整体教学14。因此，本研究认为理解跨学科学习的内涵可以从三个方面出发：第一，从内容上来看，要实现跨学科学习的知识是在事实性知识和程序性知识的基础上，对不同学科知识之间、概念之间关系的抽象概括和整合，常常是跨学科学习的问题是要架起不同学科知识之间的桥梁。第二，从方法论上看，跨学科学习是需要不同学科知识的概念之间的内在联系，形成一个新的整体认识论框架，去理解各个事实、经验、事物和概念背后的意义。第三，从价值论上来看，跨学科学习过程中，学习者对知识的整合、深度加工，所构造的形象思维和高阶想象思维，有利于学习者对不同学科知识的整合和联结。知识的整合和联结是学习者以大概念为统领，打破学科知识之间的界限，通过一系列的认知活动，如经验调取、概念理解、意义建构、深度反思等，并整合两个以上学科知识去解决真实世界中的问题，并在此过程中发展学生的高阶思维技能。(二)学习环境设计要素构成及研究现状学习环境设计之初，需要考虑学习的本质和过程以及学习发生的环境，具体研究问题包括学生应该获取哪些知识和技能，如何帮助学生建构知识，内化脚本或获取实践技能，怎样确定学生在学习过程中理解学习内容的价值并保持学习热情，以及何种方式确定学生可以将他们的知识和技能应用到适合的场景之中。学习的“获得隐喻”认为传统的学校教育当中，学习场域与其应用场域是分离的。学徒制学习是基于学习的“参与隐喻”，学习的建构是通过跟随师父在应用场域进行实践参与实现的。学习科学领域的学习环境设计需要将以上两种“隐喻”提到的路径整合起来，即同时考虑学校场景中的学习和应用场域中的学习15。如果“从教育目标的变化”来理解进行学习环境设计的意义，也就是新的教育目标需要重新考虑“教师教什么”“教师怎么教”“教师怎么评价学生的学习”这一系列的主题，最终形成一种“教学”的新隐喻学习环境的设计16。有关学习环境的设计，我们需要回到从如何教转向如何学这个本质问题。尚俊杰等人认为未来学习科学领域要加强智慧学习环境设计研究17。Xu等人研究了技术支持的具身沉浸式学习环境，提出了具身沉浸的概念框架，包括身体沉浸、感觉沉浸和认知沉浸三个主要维度18。Norbet构建了基于心智模型理论为中心的学习环境，心智模型是对思维的高级建构，因为他们预想了知识将会逐步整合到世界的模型之中的过程19。根据以往文献来看，不同的学者对学习环境设计要素的内容认识都不一样，从学习科学角度来看，学习环境设计的要素主要包括问题、资源、工具、学习共同体、活动、技术等；学习环境设计的维度包括物理环境、社会文化环境、心智环境等多个维度。综上所述，虽然在学习科学领域研究者关于学习环境设计基本达成了共识。然而，这些学习环境设计模型多是聚焦于技术视阈下，融合技术的学习环境设计，但事实上目前技术与学习环境设计融合还存在一定的脱嵌等矛盾20，且存在以下研究不足：(1)现有研究对跨学科学习的内涵及发生机制缺乏深度探讨和剖析；(2)现有关于学习环境设计的研究较少聚焦于跨学科学习的发生过程；多偏重于理论探讨，在一定程度上不利于推动跨学科学习的实践应用；(3)在实证研究中，关注促进跨学科学习的学习环境设计模型应用及其效果研究较少。鉴于此，本研究拟解决的问题是：促进跨学科学习发生机制及要素是什么？如何构建促进跨学科学习发生的学习环境设计模型及应用效果如何？三、促进跨学科学习的发生机制、要素及学习环境设计模型构建(一)促进跨学科学习的发生机制学科是相对独立的知识体系，学科的建构就是要将知识系统化、科学化，知识是学科教与学的关键21。跨学科学习发生的过程不仅仅是一个知识再生产的过程，而且还是一个运用多学科知识实现真实问题解决的过程，最终目的是发展学生高阶思维技能。那么，适合跨学科学习的知识就不仅仅停留61Research and Implementation of New Curriculum Standards新 课 标 研 究 与 落 实2023.8 中国电化教育 总第439期在事实性知识，还需要原理性知识和技能性知识。如果课堂中的学习经过了有效地学习环境设计，学习者的学习就能经过有组织的结构性活动，才能引发学生对学习内容的深层次投入，还能为学生深层次的思考提供多元学习环境支持，从而实现学习者的深度学习。基础教育中的学科课程恰恰强调的是知识组织的学科性，但是，学科课程凸显知识结构的学科性也不是说拒绝和排斥对问题的综合性探究。如果跨学科学习不是建立在学科学习的基础上，那么跨学科学习就流于生活经验式的，不利于学生建构自身学科的认知结构22。因此，学科知识的选择是开展跨学科学习的重要问题。对跨学科学习而言，跨学科学习的主要任务是联结不同学科的知识，进行打开、内化、建构，以产生新的知识，并强调通过两个以上学科知识或方法以解决现实生活中的真实问题。因此，有必要结合跨学科学习的内涵、特征，从知识视角下阐述跨学科学习发生的机制。知识和经验是跨学科学习发生的基础。杜威的“经验”理论的知识具有两个特点，一是知识本身就是一直高水平发展到一定程度的经验，二是知识有其产生过程和发展的一定情境。也就说，知识和经验不是凭空产生的，而是在人与对象相互作用过程中不断发展起来的。因此，当跨学科学习发生时，学习者获得的知识不是灌输的，也不是和真实世界没有联系的，学生在跨学科学习过程中是需要不断去理解知识产生的情境和过程。尤其是跨学科学习的目标是发展学生的高阶思维技能，要求学生不断调用和激发先验知识，并使知识的产生形成一个不断螺旋上升的过程，并最终内化形成思维能力。知识理解是跨学科学习发生的基本前提。在跨学科学习过程中理解知识，归根结底是要去理解符号所表达的客观世界和社会实在的关系。学习者对跨学科学习过程中的知识理解很难达到同一性，同时也会存在着理解层次和意义的不同。学习者基于个体感知、先验知识或具体学科知识中所理解的也是有差异的。但是，学习者在这个过程中主动建构知识与客观世界的联系的过程，是学习者打通真实世界与知识世界的联系，从而更深层次地理解学习的发生。知识整合和联结是跨学科学习发生的过程。跨学科学习的发生不是一个简单的认知过程，而是一个不断地进行着知识整合和建构的活动。跨学科学习发生的过程是一个对不同学科知识进行整合与联结的过程，在这个过程中包括学生对不同学科知识的整体感知、深度理解、知识整合、反思迁移等全部过程。跨学科学习中基于知识的整合，必须要以学科知识为基础，同时也要有高阶想象思维23。因此，跨学科学习过程中，学习者对知识的整合、深度加工，所构造的形象思维和高阶想象思维，有利于学习者对不同学科知识的整合和联结。知识的整合和联结是学习者以大概念为统领，打破学科知识之间的界限，通过一系列的认知活动，如经验调取、概念理解、意义建构、深度反思等，并整合两个以上学科知识去解决真实世界中的问题。高阶思维的生成是跨学科学习发生的归宿。跨学科学习通过对不同学科知识的整合与联结，引导学生在理解真实世界中进行学习。跨学科学习的本质不仅仅在于是学习方式的转变，也不仅仅在于是对学科知识与方法理解的转变，而是在联结不同学科知识和真实世界的知识的基础上，实现知识的整合和联结。跨学科学习也不能仅仅静态地停留在不同学科知识表层，这既不是知识结果的单向传递，也不是基于两个学科知识的表层应用或机械重复，而必须要超越知识背后的意义系统，探究知识的符号发生、逻辑发生，并引导学生建立在世界的关联中理解通过两个以上学科知识去解决真实世界的问题，并生成具有个人意义的高层次理解。(二)促进跨学科学习发生的要素根据跨学科学习的发生机制，研究认为要促进跨学科学习的发生需要满足三个要素：高阶思维技能的发展、真实情境问题解决的过程、学习环境设计。高阶思维技能的发展是跨学科学习发生的目标；真实情境问题解决的过程是学习者实现跨学科学习发生的表征；学习环境设计的要素是跨学科学习发生的基础。第一，促进跨学科学习发生的目标是发展学习者的高阶思维技能，其主要体现在学习者的创造力倾向、批判性思维技能、协作沟通能力、问题解决等方面技能得到发展，而具有真实性的问题和任务是促进学习者高阶思维能力教学设计的核心，它通常以问题的形式来重新组织课程内容24。第二，促进跨学科学习发生的过程是要实现真实情境问题的解决，是指学习者在实现跨学科学习时所开展的一系列学习活动，也是跨学科学习发生的表征，这一系列学习活动主要是围绕跨学科学习发生的过程展开，主要包括五个阶段，如下页图1所示。第三，促进跨学科学习发生的基础是学习环境设计。本研究主要借鉴乔纳森25和钟志贤26等学者对学习环境设计要素的界定，其要素主要由以下几个方面组成：跨学科学习活动、问题、工具、学习者、跨学科课程设计、学习共同体、支架等要素组成。学习者是跨学科学习的主体，他们的主体性决62Research and Implementation of New Curriculum Standards新 课标研究与落实2023.8 中国电化教育 总第439期定了跨学科学习发生的质量，也决定了学习者的高阶思维技能是否能够通过有效学习环境设计得以发展。问题情境是触发学习者跨学科学习发生的基本引擎，其能成为学习者参与跨学科学习活动的基本前提，它决定学习者实现跨学科学习发生的质量和程度。而且学习环境不仅仅是指物理的学习环境，结合学习科学的重要观点，研究认为学习环境应包括：(1)物理环境，指的是教室、多功能教室、户外、博物馆等场所，为跨学科学习提供基本的物理场所；(2)心智环境，指的是面向真实学习环境中跨学科学习发生的过程，其核心是要促进跨学科学习的发生，联接学习环境和真实世界，以大概念来统领学习环境中的心智环境有利于促进学生对知识的深层次理解；(3)技术环境，指的是借助信息技术等工具来给养学习环境；(4)社会关系环境，指的是学习者、教师、技术等之间形成学习的共同体，开展协商、共建、共享、讨论，以促进学习的深层次发生；(5)课程资源，指的是开展跨学科学习需要的内容资源，包括选择什么样的知识进行跨学科学习，如设计大概念；选择什么样的课程内容进行设计，如何与真实世界相联系等。促进跨学科学习的学习环境设计以情境学习理论、建构主义学习理论、活动理论、认知负荷理论为基础，以重构跨学科学习发生的学习环境设计为支撑，以技术作为思维工具，通过学习环境的设计促进学习者跨学科学习的发生，实现高阶思维的发展。简言之，在跨学科学习过程中，学习环境并不能直接促进学习者的高阶思维产生，必须要在特定的情境和文化中，通过开展学习环境设计，提供一系列的学习活动和学习策略。学习者运用多学科知识实现真实问题解决，既能深入理解学科知识，又能理解不同学科知识之间的联结。结合学习环境设计要素和跨学科学习发生的过程，本文构建了促进跨学科学习发生的学习环境设计模型(如图2所示)。(三)促进跨学科学习发生的学习环境设计实施策略1.创建丰富多元化的学习环境与资源。物理环境、技术环境、课程环境等环境对学生来说既是学习的场所，也是学生跨学科学习的资源，学生能通过在这些环境中学习直接获得和理解知识。物理环境要求根据跨学科学习内容进行有效设计，既包括传统教室，也包括创新学习空间的设计，甚至还包括博物馆等场馆，联结物理环境和校外、社区、自然等的环境。技术环境要求根据跨学科学习内容提跨学科学习阶段经验调取知识整合概念理解意义建构深度反思激发求知欲学科知识与方法运用对质协商问题解决知识创造教学事件创设情境理解问题聚焦问题信息加工提供支架适时指导协作探究互动对话评价反思知识迁移图1 促进跨学科学习发生的基本过程策略课程环境维度学习环境设计的五个维度心智环境维度技术环境维度物理环境维度社会关系环境维度构建和谐的人际环境学习环境与资源创建丰富多元化的为引领的心智环境构建以大概念设计真实问题序列，开展问题链教学以高阶、挑战性的学习任务设计为内容以大概念整合不同学科的知识与方法教师从教学执行者转向跨学科课程设计者创建真实情境促进积极主动的学习以促进学生核心素养的落实为目标促进跨学科学习的学习环境设计策略促进促进促进依赖跨学科学习经验调取知识整合概念理解意义建构深度反思目的高阶思维技能的发展图2 促进跨学科学习发生的学习环境设计模型63Research and Implementation of New Curriculum Standards新 课 标 研 究 与 落 实2023.8 中国电化教育 总第439期供适恰的技术，如在线协作平台、跨学科学习平台等，还包括思维导图等工具技术。课程资源是指学习内容要学科互涉，教师根据学习内容有效设计有挑战性的跨学科学习的问题、任务。2.构建和谐的人际环境，促进学生主动协作学习。在促进跨学科学习环境设计的过程中社会关系环境方面，教师要精心设计，要尊重小组合作的意愿，更要在跨学科学习过程中注重学生之间的合作、尊重，使教师与学生、学生与学生、学生与环境之间有良好合作关系，让学生感受到跨学科学习是有意义的，是互动的，且学习内容与真实世界相联系，具有真实情境性，学生便能够积极地投入学习，获得较好的心流体验。3.构建以大概念引领的心智环境。促进跨学科学习的学习环境中，积极构建以大概念为引领的心智环境，既是大概念形成的过程，其过程可以包括准备、建构、应用三个阶段，同时这也有利于促进跨学科学习发生的过程。通过设计好的问题来突出大概念整合，以联结不同学科的知识，达成学科与学科之间知识的整合与融会贯通。4.以促进学生核心素养的落实为目标。在跨学科学习过程中，学生首先需要通过大概念整合不同学科的知识，理解不同学科知识之间的关系，以通过解决真实情境中的问题来联结不同学科之间的知识，以创造产生新的知识。高品质的跨学科学习环境设计能够促进学生的跨学科学习，以发展学生的高阶思维技能，从而以促进学生核心素养的落实为目标。5.设计真实问题序列，开展问题链教学。真实的驱动性问题是指学习者能运用多学科知识，通过具身参与实现驱动性问题解决，通过设计真实问题序列，开展问题链教学是促进学习者跨学科学习发生的基础。好的真实的驱动性问题具有以下几个特征：一具有可行性，即学生能够通过设计并执行研究方案来解决问题；二具有价值性，即包括丰富的学科内容和跨学科内容，符合促进学习者高阶思维技能发展的目标；三具有情境性，即具有真实且非常重要的情境；四具有意义性，即所要探究的问题对学习者来说是有趣且令人兴奋的；五具有伦理性，即所探究的问题不能对个人、集体或环境造成危害。6.以高阶、挑战性的学习任务设计为内容。高阶、挑战性的学习任务设计是促进跨学科学习发生的关键，高阶、挑战性的学习任务设计要围绕不同的学习目标设计不同形式的学习任务，如项目式学习任务、探究式学习任务、问题驱动型学习任务等；同时还要根据跨学科学习要求，要从不同学科的核心素养要求出发设计高阶、挑战性的学习任务，既有单学科为主整合其他学科的学习任务，也有以多学科相融通的学习内容为联结点的跨学科学习任务，最终形成对学习任务的多维度理解。7.以大概念整合不同学科的知识为方法。在跨学科学习过程中，学生基于学科知识学习基础之上，形成对学科知识更加综合和上位的理解，以形成概念性思维。在跨学科学习过程中，强调学生运用概念来整合思维，实现知识的迁移，以大概念整合不同学科的知识目的是有利于不同学科知识点之间的联结与整合。8.创建真实情境促进积极主动的学习。从本质上说，促进跨学科学习的学习环境设计是转变学生的学习方式，使学生通过解决真实情境中的学习而获得较好的心流体验。在促进跨学科学习的学习环境设计过程中，学生需要思考的是如何基于真实情境来提升心流体验，降低外在认知负荷，提升学生的学习兴趣和学习自我效能感。9.教师从教学执行者转向跨学科课程设计者。随着义务教育课程标准对实施跨学科学习的要求，实施跨学科教学对教师来说既是机遇又是挑战，同时对提升教师专业能力素质、促进教师专业发展也具有重要意义。当前，大多数教师还茫然于什么是跨学科教学，如何设计跨学科学习课程等问题。而要构建有利于跨学科学习发生的学习环境设计，教师就必须转变自己的角色，从原来简单的教学设计或教学执行者，转变为跨学科课程设计者。促进跨学科学习的学习环境设计要求教师在充分了解学生学习兴趣和需求的基础上，结合新一轮义务教育阶段课程标准的要求，重新调整教学方法策略，不断整合、优化、重组学科知识内容，并强调学科知识与学科知识的联系，与学生共同参与和设计跨学科学习课程，成为跨学科课程设计者。四、促进跨学科学习发生的学习环境设计实证研究(一)实验设计本研究采取了混合研究设计方法，以探究促进跨学科学习发生的学习环境设计效果。研究围绕“促进跨学科学习发生的学习环境设计效果如何？”这一核心问题，按照“效果关系机制”的研究视角展开研究。根据跨学科学习的目标、跨学科学习过程中的心理认知因素等，提出2个主要问题，RQ1：促进跨学科学习的学习环境设计能否提升学习者高阶思维技能和自我效能感？RQ2：在跨学科学习过程中，学习者认知负荷、心流体验、高阶思维技能之间是否存在相互影响？64Research and Implementation of New Curriculum Standards新 课标研究与落实2023.8 中国电化教育 总第439期(二)实验变量与测量工具自变量X：学习环境设计。对于实验班，采用促进跨学科学习的学习环境设计组织教学；对于控制班，采用传统教学模式。因变量Y：心流体验、认知负荷、高阶思维技能。心流体验的测量采用JonPearce提出的心流量表27。认知负荷测量参考了LeppinkJ等人的认知负荷量表28，包括内在认知负荷、外在认知负荷、关联认知负荷。高阶思维技能量表参考了Carini，Kuh等人29、Gwo-JenHwang等人30、LeeJ,ChoiH31、姜玉莲32、刘徽33等人的研究，并结合21世纪4C技为四个部分：创造力倾向、问题解决能力、批判性思维、合作沟通能力。干扰变量及其控制：本次准实验的干扰变量是学生的学习态度、学生的知识水平等。为尽可能减少干扰变量的影响，本次实验是来自一个班的学生，将其分为2组进行实验。(三)实验假设为进一步探讨在跨学科学习过程中学习者认知负荷、心流体验、高阶思维技能之间是否存在相互影响？研究提出如下假设，H1a：内在认知负荷对心流体验有负向影响；H1b：外在认知负荷对心流体验有负向影响；H1c：关联认知负荷对心流体验有正向影响；H2a：心流体验对创造力倾向具有积极正向影响；H2b：心流体验对批判性思维具有积极正向影响；H2c：心流体验对合作、沟通技能具有积极正向影响；H2d：心流体验对问题解决技能具有积极正向影响。(四)实验过程1.学习者特征分析实验对象为一所普通中学的九年级学生，该班级学生已经掌握了一定的初中数学和物理知识；具有较好的沟通、表达能力；学生思维处于形式运算阶段，但是总体而言学生班级成绩属于中下水平。2.促进跨学科学习的学习环境设计第一，在学习任务设计、问题的设计等方面重点关注降低外在认知负荷、增加相关认知负荷方面，如增加头脑风暴环节，改变传统讲授“反比例函数”的教学过程。第二，强化学科核心素养，更加关注学生的“逻辑推理”“直观想象”等数学学科核心素养和“科学探究”“科学思维”等物理学科核心素养。第三，问题的设计，更加关注学科知识和方法的整合，创设的情境也能引起学生的学习兴趣。第四，设计高阶、挑战性的任务，如设计问题序列。第五，研究者与数学、物理老师共同备课、讨论。基于上述，我们设计了“撬动地球”跨学科学习的学习环境设计，如表1所示。表1 跨学科学习过程环境设计五个维度阶段课程资源心智环境物理环境技术环境社会关系环境准备大概念统整以真实案例引入课程，播放关于“撬动地球”等相关视频；教师围绕物理、数学知识的大概念进行讲解，介绍完成该跨学科学习的时间安排及学习评价等传统教室白板和电脑、微视频形成若干小组知识整合建构跨学科学习活动设计教师围绕大概念整合，将真实的案例引入课程，并根据跨学科学习问题序列设计相关学习任务和学习活 动，学 生 可 以 利 用 工具、支架，如思维导图、白板等工具完成任务；教师同时讲解跨学科学习过程中的重难点传统教室学生查找资源的电脑、真实案例的视频、图片等小组讨论、完成相关任务知识运用大概念统整学生根据跨学科学习活动和问题序列，完成问题的解决，并掌握数学和物理学科知识传统教室电脑、白板、思维导图等完成该跨学科学习问题的解决，各小组向班级同学展示成果3.实施过程研究时间为2021年11月2021年12月，选择九年级数学课程中的“反比例函数”内容为纵向跟踪的研究情境。为了将研究干扰程度降到最低，仅在课中让参与对象填写问卷。整个实验过程持续时长为三周左右。在第一周，研究者与数学、物理学科教师共同开展教研、讨论课程内容选择和学习环境设计。第二周到第三周是实验的实施过程。第三周课程结束后，所有学习者进行问卷调查，具体包括心流体验、认知负荷、高阶思维技能等问卷。此外，对实验组的学生开展半结构化访谈。实验班采用“撬动地球”的跨学科学习环境设计进行反比例函数的学习，控制班采用传统的讲授方式。五、数据分析与结果实验完成后，对实验班和控制班学生的高阶思维技能、自我效能感、认知负荷、心流体验进行后测，分析学生的高阶思维技能、自我效能感、认知负荷、心流体验等方面是否存在差异。(一)各变量的单因素方差分析通过对实验班和控制班的收集到的后测问卷进行单因素方差分析，得到结果，如下页表2所示。研究发现，实验班在心流体验、自我效能、以及高阶思维的各个维度都高于控制班，内在认知负荷低于控制班，且在自我效能感、高阶思维技能、心流体验、内在认知负荷等维度具有统计学意义上的显著，虽然外在认知负荷和关联认知负荷没有统计学意义上的显著，但是实验班的外在认知负荷低于控制班，关联认知负荷高于控制班。换句话说，促进65Research and Implementation of New Curriculum Standards新 课 标 研 究 与 落 实2023.8 中国电化教育 总第439期跨学科学习的学习环境设计模型对学生的认知负荷具有一定的作用且有效提升学生了自我效能感及高阶思维技能，在一定程度上可以说，该学习环境设计有效促进跨学科学习的发生。表2 实验班控制班各变量之间的单因素方差分析变量实验班(N=18)控制班(N=17)tP均值标准差均值标准差内在认知负荷1.980.892.630.852.2070.034关联认知负荷1.620.621.570.79-0.2010.842外在认知负荷1.440.381.500.490.3980.694创造力倾向4.410.393.780.962.5500.016批判性思维4.430.313.840.404.8990.000问题解决能力4.510.344.000.633.0510.004合作沟通技能4.570.424.000.543.5060.001自我效能感4.490.333.750.664.2430.000高阶思维技能4.480.253.910.484.4640.000心流体验4.500.463.970.592.9770.005(二)跨学科学习过程中学习者的心流体验、认知负荷、高阶思维技能的关系我们主要选择了实验班的数据进行分析，采用基于偏最小二乘结构方程模型的SmartPLS3.0软件研究各变量之间的关系，并对模型进行解释和预测，检验实验中提出的研究假设。本次问卷所设维度的CronbachsAlpha最小值为批判性思维的0.709，其余均大于0.828，说明信度较好。研究假设模型中各变量之间路径系数的分析结果，如表3所示。可以看到，在学生认知负荷与心流体验的三条路径中，唯有关联认知负荷对心流体验显著影响，其路径系数、标准误、t统计量、P值分别为-0.515、0.223、2.311、0.021，说明关联认知负荷负向影响学生心流体验，假设H1c成立。而由于内在认知负荷、外在认知负荷与心流体验之间路径系数的p值大于0.05的原因，假设H1a、H1b不成立。同理，心流体验与创造力倾向、合作沟通能力、批判性思维、问题解决能力之间路径系数的p值均小于0.05，因此，假设H2a、H2b、H2c、H2d均成立。表3 研究假设的路径分析假设路径路径系数标准误 t统计量P值结果内在认知负荷-心流体验 0.2820.2331.210.227H1a不成立外在认知负荷-心流体验-0.007 0.2540.0260.979H1b不成立关联认知负荷-心流体验-0.515 0.2232.3110.021 H1c成立心流体验-创造力倾向0.3750.1452.5860.010 H2a成立心流体验-批判性思维0.6810.0689.9910.000 H2b成立心流体验-合作沟通能力 0.8420.04419.1320.000 H2c成立心流体验-问题解决能力 0.7540.06311.9560.000 H2d成立(三)数据分析结果1.实验结果显示，实验班中学生的高阶思维技能、自我效能感、心流体验等各维度均值得分均高于控制班，且具有统计学意义上的显著差异。数据统计分析发现，实验班内在认知负荷与外在认知负荷都低于控制班，关联认知负荷高于控制班，且关联认知负荷在统计学意义上产生了显著性的差异。2.实验发现，关联认知负荷对心流体验具有正向影响；换言之，心流状态较好的学生应具有较高的关联认知负荷和较低的外在认知负荷。3.假设H2a、H2b、H2c、H2d的结果表明，在跨学科学习过程中，学习者的心流体验与创造力倾向、批判性思维、合作沟通能力、问题解决能力呈显著正相关。(四)实验结果分析回应本实验研究的框架，研究从“效果关系机制”三个维度来分析促进跨学科学习发生的学习环境设计实践效果。1.促进跨学科学习发生的学习环境设计模型有效降低了学生的外在认知负荷和内在认知负荷，增加了关联认知负荷，表现出了较好的心流体验，提升了学生的高阶思维技能。第一，该模型的应用能有效降低了学生的外在认知负荷和内在认知负荷，增加了关联认知负荷。通过访谈发现，学生对跨学科学习过程满意，学生也积极愿意投入到跨学科学习的探究中。而且跨学科学习中学生的学习任务具有挑战性和创造性。因此，学生在解决这一类型学习任务时，需要增加其关联认知负荷，特别是在对问题表征的理解、对所需要解决问题的过程等方面提供脚手架支持。第二，跨学科学习过程中学生表现出较好的心流体验。从本质上说，促进跨学科学习的学习环境设计模型对于转变学生的学习方式，引导学生主动参与到跨学科学习中，并逐渐获得对学科知识的理解和高阶思维技能的发展具有一定的作用。因此，在实验中我们看到学生积极地投入到跨学科学习过程中，学习环境设计为其提供资源、环境、工具等，教师提供及时的反馈支持，因此，学生在这样的过程中进入了一种自主而自由的状态，获得了较好的心流体验，而获得较好的心流体验能引发学生深层次的跨学科学习。第三，相比于控制组，实验组中的促进跨学科学习的学习环境设计都有效发展了学生的高阶思维技能，也达成了研究提出来的跨学科学习的目标是发展学生的高阶思维技能。2.在跨学科学习过程中，外在认知负荷对心流66Research and Implementation of New Curriculum Standards新 课标研究与落实2023.8 中国电化教育 总第439期体验有负向影响，关联认知负荷对心流体验有正向影响，心流体验对学生的高阶思维技能具有积极正向影响。研究发现，在跨学科学习过程中外在认知负荷对心流体验有负向影响，关联认知负荷对心流体验有正向影响，心流体验对创造力取向、批判性思维、问题解决能力、合作沟通能力有积极正向影响。因为外在认知负荷是可以通过教学设计或教学程序改变的；关联认知负荷是指学习者在跨学科学习过程中所需要的认知负荷，学习者在跨学科学习中的认知负荷主要来源于问题解决、知识整合、学习认知活动的过程中。因此，在跨学科学习的学习环境设计模型中，要降低外部认知负荷，增加相关认知负荷，以提升学习者的心流体验，其核心在于促进跨学科学习的学习环境设计的原则。3.根据结构方程模型结果，在跨学科学习过程中，呈现出“认知负荷心流体验高阶思维技能”相互影响的机制。通过结构方程模型结果发现，在跨学科学习过程中，学习者的认知负荷与心流体验、心流体验与高阶思维技能之间都是相互影响的。因此，教师为学习者设计跨学科问题时，要为学习者提供问题的情境设计和合适的支架支撑，能有效帮助学习者降低认知负荷，并引导学习者调取先验知识，整合不同学科知识或方法，引导其进行深度加工，以获得更好的心流体验和更多的学习投入，并最终改善跨学科学习的效果，提升学习者的高阶思维技能，实现深度学习。六、结语本研究首先阐释了跨学科学习的内涵及跨学科学习发生机制，其次构建了促进跨学科学习发生的学习环境设计模型，并从“目标内容方法评价”四个方面提出了实施策略，最后，分析了跨学科学习过程中学习者的学习效果。本研究仅是对促进跨学科学习发生的学习环境设计模型应用的初步探索，尽管对跨学科学习的理论和学习环境设计的实践进行了丰富，但同时也存在一些研究不足。未来我们将采取基于设计的研究方法，持续在基础教育阶段开展跨学科学习的实践探索，以形成更加稳定的促进跨学科学习的学习环境设计模型，推动从学习科学到教学实践的变革34。参考文献：1教育部.义务教育课程方案(2022年版)M.北京:北京师范大学出版社,2022.24万昆.跨学科学习的内涵特征与设计实施以信息科技课程为例J.天津师范大学学报(基础教育版),2022,23(5):59-64.3田娟,孙振东.跨学科教学的误区及理性回归J.中国教育学刊,2019,312(4):63-67.5万昆,饶爱京.促进跨学科学习发生的学习环境设计研究J.教育学术月刊,2023,368(3):91-99.6余胜泉,胡翔.STEM教育理念与跨学科整合模式J.开放教育研究,2015,21(4):13-22.7张屹,李幸等.基于设计的跨学科STEM教学对小学生跨学科学习态度的影响研究J.中国电化教育,2018,(7):81-89.8邹绮雯,梁斌.STEM跨学科视域下的项目设计分析以小学STEM课堂 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