赵传栋，赣南教育学院中文系老师。

     本书系统介绍了跨学科的概念、类型、意义，以及各门课程跨学科的具体方法。书中既有专业严谨的理论介绍，也有丰富的实例讲解，使跨学科这一蕞新学习方法能被读者更加深刻的认识。涉及的学科包括语、数、外、地、理、化、生、体、音、美，以及德育、美育等，对于破除学科藩篱，提高学生的综合思考能力和创新能力，同时也为教师开拓更有效的教学新思路，具有指导意义。

目前能看到的最系统的跨学科读本，专业、生动，摆脱了一般教辅书的枯燥。

 第一章

神奇的学科跨越

学科是一种专门化与规范化的、相对独立的知识体系，一门学科即是一个知识领域。

“学科”也指学校教学的科目，如语文、数学、物理、生物等。

学科跨越，也即跨学科，就是对原有学科界限的超越，是通过融合来自两个及两个以上学科或专门知识领域的信息、数据、技能、工具、观点、概念或理论，来解决那些单一学科或研究实践无法解决的问题或形成新的知识系统的方法。

一、 墙角蜘蛛结网的启示

长期以来，几何学与代数学是分道扬镳的，二者互不相干。

17世纪，法国著名的哲学家、数学家笛卡尔精心分析了几何学和代数学各自的优缺点，认为几何学虽然直观形象、推理严谨，但证明过于繁杂，往往需要高级的技巧；代数学虽然有较大的灵活性和普遍性，但演算过程缺乏条理性，影响思维的发挥。是否可以用代数方法来研究和解决几何问题？

据说，墙角一只不起眼的蜘蛛曾给了笛卡尔深刻的启示。

有一次，笛卡尔生病了，遵照医生的嘱咐躺在床上休息。这时笛卡尔仍然在思索如何用代数方法来解决几何问题，但遇到了困难，那就是几何中的点与代数中的数怎样才能建立起联系。

正当笛卡尔苦苦思索之际，突然，一只正在天花板上爬来爬去的蜘蛛引起了他的注意。

这只蜘蛛在常人眼中或许太平常了，它正忙着在天花板靠近墙角的地方结网，它忽而沿着墙面爬上爬下，忽而顺着吐出的丝在空中缓缓移动。

这只悬在半空中的蜘蛛令沉思中的笛卡尔豁然开朗：能不能用两面墙的交线及墙与天花板的交线，来确定蜘蛛的空间位置呢？

他一骨碌从床上爬起来，在纸上画了三条相交于原点但是不共面的互相垂直的直线，分别表示两墙的交线和墙与天花板的交线。再画一个点代表蜘蛛，这个点到三条线的最短距离是可以测出的。这样，蜘蛛在空中的位置就可以被准确地标出来了，一个点也就与一些数建立起了一种对应关系。

后来，由这样两条或三条互相垂直的线组成的坐标，就被人们叫作“笛卡尔坐标”。

在此基础上，一门崭新的学科——解析几何诞生了！

解析几何学的诞生，就是代数学和几何学跨学科的结晶。

笛卡尔在1637年出版的《几何学》中，提出了把代数学和几何学结合起来的方法。其基本思想是：在平面上建立直角坐标系，将平面上的点与实数一一对应起来；通过这种对应，直线和曲线就可以用方程来表示。这样一来，就可以用代数方法来研究和解决几何问题。解析几何学的诞生，使数学在思维方法上发生了一次根本性的变革。

跨学科能力有助于人们创新能力的提升。

一百多年前，美国工程师杜里埃为了提高内燃机的效率，需要让汽油与空气在内燃机内充分混合，充分燃烧，从而提高汽油燃烧率，增强内燃机的爆发力，节约汽油。

但是，怎样才能使汽油与空气充分混合呢？杜里埃百思不得其解。

一次，他见到妻子化妆时，用喷雾器喷香水，香水被喷成细小的雾状微粒。杜里埃受到启发，于是将喷香水用的喷雾器用到了内燃机的汽缸里喷油雾，果然，内燃机的爆发力大大增强，最终发明了一直沿用至今的汽化器。

汽化器的发明便是由于杜里埃在香水行业与内燃机行业实现的学科跨越。

现代社会处于高速发展的阶段，当代任何重大的科学技术问题、经济问题、社会发展问题和环境问题等都具有的高度的综合性，要解决这些问题，不是单一的学科和思维方法所能胜任的。只有通过多种学科高度融合和多种方法联合运用，才有可能成功，这就要求必须进行跨学科研究。

比如，环境科学是研究人类生存环境质量及其保护与改善的科学，对环境问题的系统研究，要运用地理学、生物学、化学、物理学、医学、工程学、数学以及社会学、经济学、法学等多学科的知识。这就需要突破这些学科的界限，实现若干学科的交叉融合，才有可能达到研究的目的。

二、 跨学科与当代激动人心的伟大创新

当代无数激动人心的伟大创新都离不开学科跨越。

1. 不断翻腾的蘑菇云

1945年7月15日，在美国新墨西哥州阿拉莫戈多空军基地附近的沙漠里，一座约30米高的铁塔顶上，绑着一个庞大的“小玩意”。“小玩意”名不副实，它其实是一个足有4吨重的大家伙。

7月16日凌晨，一千多位科学家、政府官员等，陆续来到距离放置“小玩意”的铁塔约30千米的伙伴山。还有一些观察人员来到离铁塔约10千米处的有水泥墙保护的观察站。这些人都配发了防护墨镜，等待观察。

爆炸前的最后一分钟，警报器呜呜作响，在伙伴山上的每一个人都按事先的规定，背朝爆炸方向卧倒，并用手护住闭上的眼睛。

计数器继续在计数，最后10秒……3秒，2秒，1秒，起爆!

1945年7月16日5时30分整，一阵眩目的强烈闪光把大地照得一片惨白；紧接着，在铁塔上空出现了一只巨大的火球，几秒钟之内，它就升到了1千米的高空；一阵山崩地裂般的巨响，把人们的耳朵几乎震聋。火球消失之后，留下的是一团不断翻滚着的巨大蘑菇云，冲上万米高空。爆炸后约30秒，强烈的冲击波呼啸而来，顿时，飞沙走石，天摇地动……

在离爆炸地点200千米以内的居民们，几乎都听到了这巨大的爆炸声，感受到了脚下大地的震颤，也看到了当时空中的强烈闪光。

这是世界上第一颗原子弹“小玩意”的爆炸。“小玩意”里面装填的铀235，只有棒球大小，但是其威力却使事后踏勘现场的科学家们胆战心惊。在半径近2千米的范围内，所有有生命的东西，都被破坏殆尽，连一只小昆虫、一根细青草也见不到；半径约400米内的砂石都变为黄绿色的玻璃状物质；安放原子弹的铁塔完全为高热熔解、蒸发，没有留下丝毫痕迹，同时，地面上还留下了一个直径超过1千米的巨大弹坑!

原子弹的巨大威力，给在场的每一个人都留下了极其深刻的印象，即使像费米那样冷静而理智的科学家也受到了极大的震撼，以致感到无力驾驶汽车，只好让一位同事替他驾驶。甚至好多天之后，他仍未从震撼中回过神。

1945年8月6日早晨，原子弹“小男孩”在日本广岛爆炸。

8月9日又一颗原子弹“胖子”在日本长崎上空爆炸。

一个月后，广岛、长崎伤亡人数统计显示：广岛死伤306 545 人，长崎死伤138 905人。

1945年8月15日正午，日本裕仁天皇向全日本广播，接受波茨坦公告、实行无条件投降，结束战争。日本，这个有着不可一世的侵略野心、发誓要战斗到底的国家终于投降。

原子弹的威力是巨大的，如今原子武器的制造技术更加成熟，原子弹的威力也更加巨大。每一个标准原子弹可以夷平1 200个广岛。要研制这种威力巨大的武器，决不是仅凭某个人、某个学科的知识就能完成的。

就拿美国研制原子弹的“曼哈顿工程”来说，这个工程耗资20亿美元，调集了15万名科技人员，动用了美国三分之一的电力，利用了4年的时间，才最终制成了3颗原子弹。

可见，要完成原子弹这样重大的科技创造，需要广泛的学科跨越，涉及铀矿探测、开采、冶炼、提钝；原子弹原理的研究，原子弹的设计、生产、投放等；庞大团队的组织、管理、协调、资金支持、后勤保障；等等。这些必须凭借物理学、化学、数学、地质学等若干学科知识的跨越、融合，凭借各类学科千千万万科学家的共同协作，才能成功。

2. 阿波罗登月工程

1969年7月16日，美国阿波罗11号载人飞船升空，成功登月后宇航员们于7月24日返回地球。为了将人类第一次送上月球，美国政府组织了各个公司、大学和实验室超过42万名专家，花了近300亿美元及十多年时间。阿波罗登月工程的成功，也是因为有各门类学科知识的跨越、融合，有各门类学科千千万万科学家的共同协作，以及整个美国的竭尽全力，才能完成。

3. 计算机改变了世界

1946年2月14日是计算机发展史上一个值得纪念的日子。

这一天，美国宾夕法尼亚大学的莫尔学院举行了人类历史上第一台通用计算机的揭幕典礼。这台机器全名叫“电子数字积分和计算机”，简称为ENIAC。这台电子计算机是一个庞然大物，共用了18 000个电子管，占据了面积达170平方米的6间大房子，重达30吨。它每秒钟可做5 000次加减法或400次乘法，耗电量也很惊人，每小时为150千瓦。

尽管它这样笨重，而且效率和精度都不够高，但它标志着电子计算机时代的到来，开辟了用机器代替人的脑力劳动的新时代。

如今，计算机的应用已渗透到社会的各行各业，尤其是计算机技术与现代通信技术的结合构成了计算机网络，使人类社会迈入了网络时代。大众使用的智能手机就是一台台电脑，一部手机的运算速度是当初电子计算机的百万倍。人类从此打破了传统的空间观念，人与人之间的空间距离骤然缩短，整个世界紧缩成一个“地球村”。

计算机技术是无数门学科交叉在一起形成的，它实现了当今时代最为宽广的学科跨越。

三、 学科的演化与发展

自然科学的发展是在高度分化的基础上又高度综合化。高度分化使科研部类越分越细、越分越多，这是科学认识深入发展的必然结果。高度综合又使科研部类之间相互交叉，彼此渗透，呈现了综合化、整体化的趋势。

1. 学科的分化

当人类认识活动开始时，摆在我们面前的事物对象只是一个整体。比如，对人体的认识，首先认识的是一个个整体的人。这种认识只能是朦胧的、含混的，不能深刻地把握事物的本质。为了认识事物的本质，必须采用分析的方法，把研究对象分解为各个组成部分、方面、因素，然后分别加以研究。人们把人体分为运动系统、神经系统、内分泌系统、循环系统、呼吸系统、消化系统、泌尿系统、生殖系统、免疫系统，然后单独进行深入研究，这样才能对人体有深刻的认识。

正因为自然学家采用分析的方法，把自然界的各种事物和过程分解成一定的门类，才有当今门类众多的学科，使得自然科学获得了蓬勃的发展。据统计，当今自然科学的学科种类有近万种。学科的精细分化，是物质世界无限多样性的反映，有利于学者在各自的领域传承前代成果，培养下一代专业人才，形成本门学科的研究规范。

2. 学科的综合

分析的方法使人们着眼于局部的研究，获得的是对事物局部的、片面的、支离破碎的认识。如果人类的认识仅仅停留在分析的阶段而没有综合，就会只见树木、不见森林，导致形而上学的片面性，陷入瞎子摸象的窘境。为了获得关于客观对象的整体的、全面的认识，人们的认识方法就必须由分析上升到综合。

当代科学技术发展的一个共同特点就是学科在继续分化的同时，学科之间严格的分界逐渐被打破，呈现出更多的流动性和渗透性，正朝着高度综合化、整体化方向发展。在传统学科版图之外的交叉学科不断出现，这就是跨学科的现象。

3. 跨学科是当代科学发展的必然趋势

科学问题产生于客观世界，科学问题本身是不分学科的。而学科划分作为一种科学研究的手段，是人为的假设，只具有方法论意义而非客观世界的本来面目。当今时代，由于全球化运动以及一些重大社会工程的出现，导致社会问题巨型化，使社会治理难度大大增加，向人类理智提出了前所未有的挑战。可以说，一切重大课题不通过跨学科研究都是不可能完成的。譬如，寻找禽流感的病源，对癌症、艾滋病的防治，人类基因组测序，航天探索，地震预测，海啸灾难的救治研究，等等，都不是任何一门学科或技术甚至一地一国所能解决的，这些问题有时又是相互联系着的，从而必需综合多学科、多方面社会力量开展集成性的研究。这种学科的多对象化和对象多学科化趋势，必将导致跨学科研究成为必然和普遍的模式。

科学的发展一方面表现为知识的专门化，形成不同学科，学科的分化又带来专业化，使人们对研究对象的认识更加深刻。但是，学科间孤立研究也造成了学科之间的分离，削弱了整体性研究，制约着对相关科学问题和社会问题的解决。因而，科学的发展另一方面又需要知识的综合，需要各学科之间相互渗透、彼此借鉴，这就是跨学科。跨学科不是否定分科治学，而是在其基础上发展并实现超越。

四、 交叉学科的类型

交叉学科的类型是指通过跨学科研究而诞生的新学科的类型。

跨学科研究逐渐形成一批交叉学科，如化学与物理学的交叉形成了物理化学和化学物理学。交叉学科的不断发展大大推动了科学进步。科学上新理论、新发明的产生，新工程技术的出现，经常是在学科的边缘或交叉点上。

交叉学科纷繁多样，已达数千门。根据交叉学科的特征、形态来分类，可分为比较学科、边缘学科、综合学科、横断学科、元学科。

1. 比较学科

比较学科是以比较方法作为主要研究方法，对具有可比性的两个或两个以上的不同系统进行研究，探索各系统运动发展的特殊规律及其共同一般规律的学科。比较学科的交叉性是通过跨时代、跨地域、跨民族、跨学科、跨领域的比较研究体现的。如古今比较、东西方比较、不同民族比较、不同学科比较、不同领域比较等等。又如比较文学、比较语言学、比较教育学、比较史学、比较心理学、比较经济学、比较法学、比较地质学等等。

2. 边缘学科

边缘学科主要是指两门或两门以上学科相互交叉、渗透而在学科间的边缘地带形成的学科。如物理学与化学结合产生了物理化学，与生物学结合产生了生物物理学。又如教育经济学、历史地理学、技术美学、地球化学等。

边缘学科的生成一般有两种情况。一种是某些重大的科研课题涉及两个或两个以上学科领域，在研究过程中，便在这些相关领域的结合部产生了新兴学科。诸如物理化学、生物力学、技术经济等。另一种情况，是运用某一学科的理论和方法去研究另一学科领域的问题，也会形成一些边缘学种。诸如射电天文学和天体物理学等。

3. 综合学科

综合学科以特定问题或目标为研究对象，由于对象的复杂性，任何单学科都不能独立完成任务，必须综合运用多种学科的理论、方法和技术，由此便产生了综合学科。如空间科学、海洋科学、环境科学等。在综合科学中，有些不仅涉及自然科学的诸多学科，还涉及社会科学的某些领域，甚至还必须采用人文学科的理论和方法进行综合研究。

4. 横断学科

横断学科是在广泛跨学科研究基础上，以各种物质结构、层次、运动形式等某些共同点为研究对象而形成的学科。

横断学科的研究对象，不只是某一领域或某种物质，而是横向贯穿于众多领域甚至一切领域之中。如信息学，研究机器系统、人类社会、生命现象和思维等领域里的具体对象及其运动形式中涉及的信息、信息变换和信息流动等。

5. 元学科

元学科是超越一般学科层次，而在更高或更深的层次上总结事物（包括学科）一般规律的学科。如哲学，它在古代是一切学科的母学科，在现代是概括自然和社会一般规律的学科；又如科学学，它是概括自然科学整体发展规律的学科。

五、 跨学科学习

跨学科学习，是基于跨学科意识，运用两种或两种以上学科的知识与理论，解决实际问题的一种学习理念。

跨学科学习是相对于传统的“分科学习”而言。

传统分学科学习中，各门学科知识条块分割，互不干涉。学生各学科的知识体系也相对独立，缺少系统的融合互通，影响学生对问题的综合思考和协调处理。跨学科学习就是要打破这种各学科“鸡犬之声相闻，老死不相往来”的现状，让学生能综合运用各学科知识，融会贯通，举一反三地解决遇到的实际问题。

我们所面对的客观世界是不分科的，分科只是一种科学研究的手段。跨学科学习，就是要学会运用不同的学科知识去分析实际问题。

比如，唐代诗人王维的《使至塞上》有这么两句，“大漠孤烟直，长河落日圆”。

诗人为我们展示了一幅边陲大漠图景，但见天边一缕孤烟，落日低垂在蜿蜒的河面上，河水闪着粼粼的波光。

我们可以从语文的角度去研究，分析诗句的平仄、对偶、意象、意境。可以从数学的角度去理解，这里展示的是几何图形直线与圆。可以从物理的角度去认识，落日是光的传播，狼烟直上是空气的对流。从化学的角度去解析，狼烟是一种燃烧现象，是化学反应。从生物的角度去探寻，边塞烽火，燃烧的是狼粪还是杂草？还可从美术的角度去审视，这俨然是一幅雄浑的风景画。从地理的角度去探索，这里描绘的是沙漠地貎。从历史角度去探究，烽火狼烟，当时正处战乱年代。也可从气象学的角度去理解，当时正值晴天，因为能看见圆圆的落日；是无风天气，因为孤烟是直的。还可以从美学的视角去欣赏，直线与圆之美……

跨学科学习就是要求能够突破学科界线，学会运用多学科视角去理解世界、解决问题。当然，跨学科学习并不反对各类学科课程的学习。恰恰相反，唯有充分理解了有关学科的知识理论，才能在不同学科之间建立联系，创造性地分析与解决问题。

第一章!神奇的学科跨越................1

一"墙角蜘蛛结网的启示 ................3

二"跨学科与当代激动人心的伟大创新 ................5

三"学科的演化与发展................8

四"交叉学科的类型 ................10

五"跨学科学习 ................12

第二章!德育的跨学科学习................15

一"语文与!育................17

二"数学与德育 ................22

三"物理与德育 ................25

四"化学与德育 ................31

五"生物与德育 ................36

六"历史与德育 ................40

七"地理与德育 ................43

八"音乐与德育 ................45

九"美术与德育 ................49

十"体育与德育 ................52                                                                                    第三章!语文的跨学科学习................55

一"数学与语文 ................57

二"物理与语文 ................61

三"生物与语文 ................64

四"历史与语文 ................67

第四章!数学的跨学科学习................71

一"生物与数学 ................73

二"地理与数学 ................78

三"物理与数学 ................79

四"天文学与数学 ................79

第五章!物理的跨学科学习..............81

一"体育与物理................83

二"地学与物理 ................87

三""天文学与物理 ................88                                                                                  第六章化学的跨学科学习................91

一、 语文与化学................93

二、 数学与化学................98

三、 物理与化学................100

四、 体育与化学................102

第七章生物的跨学科学习................107

一、 音乐与生物................109

二、 地理与生物................113

三、 物理与生物................116

四、 历史与生物................117

五、 生物工程与学科交叉................118

第八章地理的跨学科学习................119

一、 语文与地理................121

二、 历史与地理................125

三、 化学与地理................127

第九章音乐的跨学科学习................129

一、 数学与音乐................131

二、 语文与音乐................134

三、 地理与音乐................136

四、 物理与音乐................138

第十章美术的跨学科学习................141

一、 语文与美术................143

二、 数学与美术................146

三、 历史与美术................148

四、 地理与美术................150

五、 音乐与美术................151

第十一章体育的跨学科学习................157

一、 语文与体育................159

二、 数学与体育................161

三、 生物与体育................162

四、 美术与体育................166

五、 音乐与体育................167

第十二章美育的跨学科学习................171

一、 语文之美................173

二、 数学之美................175

三、 物理之美................177

四、 化学之美................179

五、 历史之美................182

六、 地理之美................185

七、 生物之美................187

八、 美术之美................189

九、 音乐之美................193

十、 体育之美................195

四、 历史与生物................

五、 生物工程与学科交叉................

第八章地理的跨学科学习................

一、 语文与地理................

二、 历史与地理................

三、 化学与地理................

第九章音乐的跨学科学习................

一、 数学与音乐................

二、 语文与音乐................

三、 地理与音乐................

四、 物理与音乐................

第十章美术的跨学科学习................

一、 语文与美术................

二、 数学与美术................

三、 历史与美术................

四、 地理与美术................

五、 音乐与美术................

第十一章体育的跨学科学习................

一、 语文与体育................

二、 数学与体育................

三、 生物与体育................

四、 美术与体育................

五、 音乐与体育................

第十二章美育的跨学科学习................

一、 语文之美................

二、 数学之美................

三、 物理之美................

四、 化学之美................

五、 历史之美................

六、 地理之美................

七、 生物之美................

八、 美术之美................

九、 音乐之美................

十、 体育之美................