创客教育理念下小学科学跨学科主题学习设计与实践——以“探究影响水果腐烂速度的因素”项目为例

◎ 谈晓颖

一、创客教育理念对小学科学跨学科主题学习的指导意义

实验教学是国家课程方案和课程标准规定的重要教学内容，是培养创新人才的重要途径［1］。教育部在《关于加强和改进中小学实验教学的意见》中强调，“注重加强实验教学与多学科融合教育、编程教育、创客教育、人工智能教育、社会实践等有机融合，有条件的地区可以开发地方课程和校本课程。”［1］实验教学是小学科学教学活动的重要组成，因此小学科学具备创客教育理念的应用发展基础。

创客教育以信息技术融合为基础，传承体验教育、项目学习法、创新教育、DIY理念的思想［2］，倡导以创客活动为载体，打破学科界限，通过跨学科、跨界的合作探究，培养具有实践能力和创新精神的新型人才［3］。《义务教育课程方案（2022年版）》（以下简称《2022版课程方案》）的“主要变化”中指出，“设立跨学科主题学习活动，加强学科间相互关联，带动课程综合化实施，强化实践性要求”。［4］《义务教育科学课程标准（2022年版）》（以下简称《2022版课标》）也强调“要基于实施技术与工程教学的需要，开展跨学科、跨领域的教学活动，建立跨学科教研活动机制”。［5］可见创客教育理念对小学科学跨学科主题学习具有指导意义。

我国的创客教育具有中国特色的理念与模式，何克抗教授在《论创客教育与创新教育》中指出“我国学者心目中的创客教育，是要把青少年都培养成具有创新意识、创新思维和创新能力的创新人才。”［6］同时，他提出“对于中小学原来的自然科学与艺术类课程，应依据STEAM的理科教改理念，并结合创客活动的开展，努力在教学过程中实现跨学科的综合运用及多学科之间的相互整合”。［6］

科学课程对学生核心素养的培育，包含了创客教育理念，并在核心素养“科学思维”中强调“创新思维”的重要性［5］。

二、创客教育理念下小学科学跨学科主题学习的设计与实施

笔者结合《2022版课程方案》和《2022版课标》，以创客教育理念为基础，尊重学生兴趣，结合学情，打破学科界限，重构教学内容，以“科学”为主线，融合“艺术”与“道法”，创设跨学科主题学习，鼓励学生运用多学科的思维和方法。同时，通过实践活动如“实验探究”“设计制作”“体验服务”等，培养学生解决复杂问题的能力，从而进一步培育学生的核心素养。

创客教育的课题应具备课题的切身性、课题的复杂性、高强度、合理安排时间、充足资源、分享教育、新颖性、互动和合作八个要点［2］。笔者结合以上八要点，将创客教育的课题转化为小学科学跨学科主题学习项目，构建基于创客教育理念的小学科学跨学科主题学习项目设计策略，如图1所示。

图1 基于创客教育理念的小学科学跨学科主题学习项目设计策略

接下来，笔者以三年级“探究影响水果腐烂速度的因素”项目为例进行具体阐述。

（一）主题的切身性——基于真实情境，发挥主观能动性

某个周一的早晨，学生陆续进入教室。突然，坐在靠窗位置的某位同学发出了惊呼声，其他学生纷纷围上前，带着关心和好奇。仔细一看，发现那位同学的桌肚里有一摊不明物体，它黑黑的、湿湿的、黏黏的，还带有一点点气味。大家七嘴八舌地讨论起来：“这究竟是什么东西啊？”有学生说道：“我以前在家里见过这种黑乎乎的东西，外婆告诉我那是烂掉的香蕉，我记得上周五学校发了香蕉，你是不是忘记带回家了？”那位同学点点头：“好像是忘了，可是香蕉怎么会烂成这样呢？”其他学生也纷纷提出疑问：“香蕉为什么会烂？怎么烂得这么快？”“香蕉烂了以后会变黑，那其他水果烂了会变成什么颜色呢？”“水果烂了好可惜，我们有什么办法可以防止水果烂吗？”“现在应该如何处理这个烂掉的香蕉呢？”

生动鲜活的真实情境能调动和发挥学生的主观能动性，在细致观察后引发一系列自主提问，可见学生对该话题充满探究兴趣。针对该话题的探究过程能与实践活动相结合，符合创客课题的切身性。因此，笔者将“探究影响水果腐烂速度的因素”作为三年级学生跨学科项目主题。

（二）主题的复杂性——深入把握学情，形成小组问题链

为了进一步了解学生的兴趣和学情，笔者基于项目主题，开展提问征集活动，共计5个班的学生参与，收集到819个提问，示例如图2所示。通过统计和整理，笔者依据以下两个现状，分析课题的复杂性。

图2 学生提问示例

第一，学生缺乏亲身体验的机会。通过对819个提问的分析，我们可以清晰看到学生对于这一话题有浓厚的兴趣。然而，背后的客观事实是，由于健康饮食的需求，小学生在现实生活中很难直接接触到食物腐烂现象，因此缺乏亲身体验。

为了应对这个问题，笔者提出了一些措施，包括重视学生的探究需求，尊重他们的自主选择，帮助他们建立全面的防护意识，提供安全的探究空间，鼓励学生像科学家一样进行自主研究，以获得积极的亲身体验。

第二，学生的提问存在一定的共性和差异。从“提问内容”角度来看，一些提问在内容上相似度较高。其中，有三个问题引起了较高的关注，它们按热度从高到低排列分别是：“1.水果为什么会腐烂？2.怎么防止腐烂？3.腐烂后怎么处理？”然而，学生的知识水平存在差异，大多数学生不了解食物腐烂的原因，只有少数学生不仅了解，还进一步提出了关于微生物的问题。从“提问能力”角度来看，大部分三年级学生表现出思维活跃，提出的问题通常是无序的、表面的，缺乏条理和逻辑。然而，个别学生能够从多个角度提出问题，比如“水果腐烂后，它们的颜色、形状、味道和气味会发生哪些变化？”此外，一些学生在提问时存在用词不当、表达不清晰、容易引起误解等问题，还有一些学生则不擅长提问。

学生提问是主题学习的关键，为应对共性和差异，笔者采取了以下四步举措。首先，为保证大多数学生在探究过程中处于积极思考状态，笔者将关注度较高的三个问题：“1.水果为什么会腐烂？2.怎么防止腐烂？3.腐烂后怎么处理？”作为此次跨学科主题学习项目的三大驱动性问题，并搭建问题框架，如图3所示。接着，采用异质分组，将不同能力和特长的学生合理搭配成组。活动中给予学生充分讨论和实践的时间，笔者在巡视中对学习能力较弱的学生提高关注度，鼓励他们多听、多说、多想和多做，并强调团队合作与共同成长。然后，笔者引导学生在三大驱动性问题框架下，对小组成员的提问进行梳理，设计出小组个性化问题链。它能保证整体规划有序开展的同时，最大化保护学生自主选择的权利。学生经历团队合作，梳理问题链，不仅能对本组探究问题达成一致，明确后续探究方向和具体内容，更能体会到提问的条理和逻辑至关重要。最后，考虑到学生在活动中可能会产生新的疑问，生成新的目标和活动，笔者特地预留了一定的活动时间和空间，确保学生的生成性问题能够有序开展，注重发展学生的主动性、创造性和独立思考能力。

图3 问题预设框架

（三）高强度——丰富活动体验，整合多学科思维

根据科学、艺术和道德与法治三门学科的课程标准、教学基本要求等文本，结合核心素养基本要点、教学目标、学情等要素，笔者对项目的活动进行整体规划，最终形成“探究影响水果腐烂速度的因素”跨学科主题学习项目活动方案设计表，如表1所示。在多样活动和体验中，高强度的思考和实践能进一步激发学生的积极性，尝试解决复杂问题。

表1 “探究影响水果腐烂速度的因素”跨学科主题学习项目活动方案设计表

（四）合理安排时间——课内强化交流，课外长周期探究

完成一个跨学科主题学习项目需要投入大量时间，因此如何合理安排显得尤为重要。笔者将学生科学探究过程中“提出问题—作出假设—制订计划—表达交流—反思评价”五环节安排在课内进行，以促进学生之间的互动、交流与合作。笔者采用异质分组，考虑到组员擅长领域有差异，而团队合作恰好提供给学生互相学习、取长补短的好时机。由于部分实验的观察周期较长，故将“搜集证据—处理信息—得出结论”环节安排在课外进行。充裕的时间能让学生真正投入探究过程中，静下心来，仔细观察事物的变化，尝试透过表象看到本质。

（五）充足资源——巧用教学系统，融合线上与线下

每次活动前，教师都为全体学生准备好防护面罩和手套，将防护做全做好是开展后续活动的前提。除了提供实验所需的线下资源，线上资源的利用更是锦上添花。在教学数字化转型背景下，笔者借助“赛·课堂”教学系统［7］，变革传统实验教学方式，进一步强化学生科学素养的培育。

在“观察记录水果腐烂过程”活动中，学生运用多种感官对腐烂的水果进行探究，用文字和图片的形式记录腐烂现象。拍摄腐烂水果的整体照，发现水果整体外观形态的变化；拍摄腐烂水果的局部照，发现腐烂区域的具体特征；通过用手摸，感受腐烂区域和未腐烂区域的软硬度不同；通过用鼻子闻，发现不同水果腐烂后的味道有差异。借助综合材料，写实记录腐烂区域颜色、纹理和形态的主要特征。运用平板电脑和夹式显微镜做细致观察和记录，认识到腐烂现象是由一些叫作真菌或细菌的微生物引起的。

在“探究影响水果腐烂速度的因素”活动中，以“温度”“湿度”“有无空气”三者作为影响因素开展探究。借助跨学科主题学习，笔者为学生提供充足的时间、空间和材料，鼓励学生大胆猜想，设计实验，选择合适的材料搭建，用图片和文字的形式记录实验过程，最后通过比较、分类、归纳等方法得出结论。可见，线上线下资源整合，极大程度上拓宽了探究时空，激发学生无限潜力。

（六）分享教育——各环节重分享，跨组跨班聚智慧

“分享教育”需渗透于项目的各个环节。无论是资源分享、智慧分享、能力分享，还是组内分享、班内分享、年级内分享，都增强了团队合作意识，主动沟通和交往更有力促进了学生的身心发展。

本项目采用循环式探究过程，“作出假设”和“解释问题”两个环节涉及全年级学生的大范围分享。例如，学生第二轮探究的假设、理由和研究对象等都发生着有趣的变化，体现学生的发散思维，同中求异，多向辐射，如表2所示。

表2 学生第二轮假设摘录表

自从三（8）班某组学生提出要将水果放在饮料里观察腐烂速度，并把实验装置放在实验室后，“加饮料”的设想在全年级掀起新一轮探究浪潮。最初是进行“可乐与直饮水”的对比实验；接着，有学生提出可乐是有颜色的，直饮水是无色的，这样对比不公平，改用“雪碧与直饮水”作对比；然后，有学生作出带气橙汁会使水果腐烂速度变慢的假设，设计了“美年达与果粒橙”的对比实验……全年级学生在分享中碰撞出创新思维的火花。

分享教育也使“解释问题”更为热烈和精彩。例如，在分析“水果放在可乐中腐烂速度比放在直饮水中慢”实验结果的原因时，有学生认为，可乐太甜了，即便细菌喜欢甜的环境，但太甜也没法生存，所以腐烂速度变慢；有学生认为，可乐里是二氧化碳，不是氧气，微生物没有氧气也就没法存活，所以腐烂速度变慢；有学生认为，可乐里本就有防腐剂，是防腐剂导致腐烂速度变慢的；有学生认为，可乐能用来洗马桶，所以它有杀菌作用，细菌就没法存活了……这场跨班级的头脑风暴，让不同认知经验、不同观察视角的学生齐聚一堂，助力全体学生看问题更全面。同时促使一些小组在探究后萌发新思考，提出新疑问、新猜想和新设计，着手开展新一轮探究。分享教育激发学生的积极性和创新思维，让他们的思考不只停留在“是什么？”，还追问“为什么？”“怎么会？”，从而培养学生的对策思维和解决问题的能力。

（七）新颖性——小创新促完善，改进技术与材料

“新颖性”是创客课题的重要特征，学生除了在项目各活动中都有大胆创新，还在应用技术和选择材料两个细节上帮助教师完善活动和改进实验。

考虑到学生初次使用“赛·课堂”数字教学系统，笔者设计的操作界面大多采用“拍照”、“勾选”和“文字输入”相结合的形式。然而，对于初次接触打字的学生而言，“文字输入”仍有一定难度。实践中，学生拼音打字不熟练，手写输入又慢，效果欠佳。因此，有学生大胆提出尝试使用输入法中的语音输入，效果非常出色。虽然这只是一个小小的技术创新，却是学生的智慧成果。

笔者在“设计实验”界面，依据探究内容，提前预设了丰富的实验材料。在交流分享环节中，有学生代表小组发言：“我们的假设是，热的环境会使水果腐烂更快”，但实验材料并未选择预设的“加热垫”，而是补充了“热温箱”。当被问及原因时，学生解释道：“加热垫是在底部加热，会导致水果一部分热一部分冷，这与放在冰箱中四周都是冷的环境不同。因此，加热垫不能作为实验组的材料，而热温箱更加合适。”学生综合运用了逻辑思维和辩证思维，有理有据地指出教师预设存在不周全之处，并提出了对实验材料进行创新改进的建议。

（八）互动和合作——增设质性评价，自评互评助成长

“互动和合作”是跨学科主题学习的重要组成。学生在团队合作中，能发现自己与同伴的异同，认识到个性特长的差异，觉察到自己和同伴的共同成长。三年级学生能对自己和同伴的行为展开反思，也有承担更多责任的意愿。由此，除了常规评价方式，笔者还增设了“反思性评价”，即“写给自己的表扬信”和“写给同伴的表扬信”这类质性评价。

“反思性评价”强调以“自我参照”为标准，记录团队或个人在活动中遇到的问题及对应的解决方案，并记录成功时的喜悦和原因，同时也要记录失败后的分析和感悟。此外，还要记录自己在活动中的表现和转变，以及对同伴的肯定和期许。通过自评互评，能够更多地展示学生的个性和成长，从而帮助他们更好地认识自我、建立自信，并促进共同发展。

三、创客教育理念下对小学科学跨学科主题学习的实践反思

回顾“探究影响水果腐烂速度的因素”跨学科主题学习项目实践，学生经历了基于真实情境，观察自然现象，联系日常生活，利用直接经验，多角度思考并提出系列疑问的学习过程。此外，他们调用已有的知识与技能，作出假设和制订计划，并尝试通过因果推理、类比推理和归纳推理等方式阐明可能存在的变量关系，对实验环境、实验组、对照组、记录周期和记录方法等做系统规划；整合线上线下资源，收集相关证据，通过比较、分析、推理等方式发现变量间存在的关系；运用多学科的思维和方法，综合分析因果关系并得出结论，互动分享，比较不同观点，尝试批判与解释，最后总结反思。

本项目采用的活动单，如“问题链梳理框架”“探究影响水果腐烂速度的因素实验设计单和长周期记录单”“家庭水果保鲜方法调查框架”等，都是不可或缺的支架，有助于学生把精力全部集中在实验和调查的具体内容上。此外，本项目还采用符合三年级学生能力和发展特点的直观教具与现代化教学手段相融合形式，助力学生在“赛·课堂”数字教学系统上高效完成实验设计、记录和评价，其中活动单支架为学生表达和实践真实想法提供了有力保障。

学校、家庭和社区相结合是丰富学生活动体验的另一重要保障。“在校分发水果体验”活动任务，由学校食堂和后勤团队提供支持，学生亲身经历水果分拣、清点、搬运、发放到各班的全过程。“家庭水果保鲜方法”交流会和“节约食物”宣传活动，由家庭、学校和社区等提供支持，活动打破了传统教学环境中学校和教室的束缚，校内外资源互相整合与渗透，为学生构建内容丰富、形式多样的学习体验。

四、结语

基于创客教育理念的跨学科主题学习，以学生直接经验为基础，充分调动和发挥学生的主观能动性，积极开展“做中学”和“学中思”的探究活动，便于学生理解书本上的知识，将间接经验应用于实际生活，使掌握知识与发展能力相依存共进步，促进学生德、智、体、美、劳全面发展。以交流、沟通、交往为手段的合作与分享，不仅促进了师生和生生间情感的沟通和培养，更助力了学生的身心发展。

笔者将继续开展基于创客教育理念的小学科学跨学科主题学习项目，激发学生内在学习动机，促进学生深度理解多学科的知识和方法，并灵活应用于解决实际问题中，将自主学习与团队合作并进而行，促进学生自主学习与合作交流能力的发展，进一步培养他们的创新意识、创新思维和创新能力。