单元视角下的小学科学跨学科学习的设计

●曹志富

传统的学习侧重于知识的记忆和理解，学生处于被动接受的状态，即使考试能够得高分，也很难在实际解决问题的过程中，建立起知识与实际问题之间的联系，导致高分低能。跨学科学习作为一种新的学习形式，它超越了学科界限，能够把课程的多个方面结合起来，建立有意义的联系，从而实现在广阔的领域中学习[1]。 跨学科学习以其综合性、真实性、实践性和可迁移性等特点，有助于学生建立系统性思维，去解决现实生活中的具体问题。 《义务教育科学课程标准（2022 年版）》提出，要“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”[2]。 小学科学以其特有的大单元结构化编排和丰富的科学探究活动，为开展跨学科学习提供了有利条件。

一、素养立意，准确定位跨学科学习目标

跨学科学习不能简单地理解为不同学科相加，也不能为创新而随意跨，其目的是培养学生适应终身发展和社会发展的正确价值观、必备品格和关键能力，中心任务是落实学科核心素养。 在设计科学跨学科学习时，要结合内容特点和学生的认知水平，牢牢把握教学目标和价值定位，让学生通过学习掌握基本的科学知识，形成初步的科学观念；掌握基本的思维方法，具备初步的科学思维能力；掌握基本的科学方法，具有初步的探究实践能力；树立基本的科学态度，具有正确的价值观和社会责任感。[3]

单元视角下的科学跨学科学习，应围绕单元主题或单元大概念，梳理内容之间的脉络，建立单元的整体印象，来确定单元总目标，将科学观念、科学思维、探究实践、态度责任等落实到具体的任务中。 如教科版小学科学五年级下册“船的研究”单元，在科学核心概念上属于“技术、工程与社会”板块，在设计单元目标时，围绕“船”这个大概念，我们设计单元目标如下：（1）科学观念目标：知道船的发展变化历史，船的材料特点、形状规律、动力情况。（2）科学思维目标：通过分析、比较、抽象、概括等方法，发现船的基本特征。（3）探究实践目标：通过实验，寻找适合的做船材料，应用所学科学原理构思、设计、制作、验证并改进自己的船模。 （4）态度责任目标：乐于与他人进行沟通交流，基于证据反思和调整探究活动，产生创新的兴趣。教师围绕总目标设计具体分目标，确保跨学科学习不偏离方向。

二、单元解构，精心设计跨学科学习任务

任务的质量决定跨学科学习的效果。 教师要立足学科特点梳理单元任务群，理清学习主线，深度挖掘教材，从单元学习任务中去繁化简，梳理一些有意义的内容，建构学习任务。

（一）聚焦单元主题

科学教材围绕主题、大概念或大任务来组织单元内容，跨学科学习任务也应该立足单元主题，分解单元内容，从是否体现科学核心概念、是否有助于深化单元学习、能否促进学生多方面素养形成等方面，设计适合的跨学科任务。以“船的研究”为例，本单元的科学核心概念是“技术、工程与社会”，以“船”为主题，从船的形状结构、材料、动力和优化设计等方面展开学习，学习内容涉及物理、数学、历史、地理、技术与工程等多个领域。 如果将有关船的知识进行分解教学，学生只能学到不同学科的点状知识，而且知识跨度很大，难以形成整体的感知。让学生围绕单元主题“船”产生问题，能够较好地产生有价值的跨学科学习任务，如杭州西湖要购买一批游船，请你帮助设计船的尺寸大小、船体材料、动力和功能，并简要说明理由；设计并画出你心目中未来的船……也可以对现有的教材内容进行拓展，架构新的学习主题，如“怎样让船跑得更快”不是本单元学习任务，但学生很感兴趣，就可以作为课外跨学科拓展学习内容。

（二）突出学科关联

跨学科的魅力在于不同学科知识在某一项目或主题中的联结和融合， 如果仅仅将不同学科简单相加，难以达成跨学科学习的目的，从不同学科的视角去建构新的认识，能产生高于单一学科学习的效果。以科学内容为主干，关注相关学科的共通点，建立相关学科之间的关联，采用“科学+”形式设计和选择跨学科学习，将科学作为基础，有机融入其他学科，更容易完成一些复杂的现实任务。 如学习“船的历史”时，可以设计一个跨学科学习任务“船的历史介绍”，引导学生以小组为单位，围绕船的发展进程，通过查阅图书馆资料、上网搜索、参观博物馆等途径，收集船的起源和发展变化情况，独木舟、帆船、蒸汽动力船、轮船、潜艇等不同阶段的主要特点和对人类的影响等资料，在课堂上通过文字介绍、图片展示、视频播放等方式介绍船的发展历史。 学习中会用到“科学+历史+语文+美术”知识，实现了学科的有机关联，促进学生综合性学习。

（三）遵循跨学科规律

好的任务设计能引领学生积极投入学习。 设计时，要找准跨学科学习的切入点，挖掘可以实施的跨学科主题，考虑遵循儿童身心发展规律，充分发挥跨学科学习的特点，将学习的效率最大化。

一是任务的真实性。 新课程强调在真实的情境中学习，贴近真实生活设计任务，激发学生的探究欲。真实任务让学生能够身临其境，在探索和解决问题的过程中，不断地发现问题、解决问题，培养他们的批判性思维、合作能力、沟通能力等，体验科学的本质， 形成对核心知识和学习历程的深刻理解。 如“设计我们的小船”一课，确定跨学科学习任务：

1.以小组为单位设计并制作。

2.船的外形要科学，结构要合理，要装上动力。

3.用不超过50 元人民币购买原材料（如表1）。

表1 一些材料的参考价格

为了完成任务，学生需要用到材料学、美术、数学、力学、工程学、劳动与技术的知识，合理控制制作成本需要数学和经济学的知识。在制作的过程中，学生会考虑我们能够找到哪些材料，还需要哪些材料，成本开支大约多少，怎样将这些材料有机地组合起来，这些都是需要在实际制作过程中去面对和解决的。 有了这些真实的任务，学生也能更加投入，促进跨学科学习的深入。

二是任务的实践性。 跨学科学习注重理论联系实际，多以体验性、探究性活动展开，具有很强的实践性。在设计学习任务时，需要设计一些具有挑战性和有意义的任务，让学生运用多种知识、能力、品质等，学与用结合，像科学家或工程师一样进行思考和实践，通过社会性互动和协作来进行学习，通过探究、实践、协作、展示等创造性地解决问题。 比如在“增加船的载重量”研究中，设计跨学科学习任务：用一张宽12 厘米的正方形铝箔，做一艘载重量更大的小船。 这个学习任务引导学生从随意感性的尝试走向严谨科学的数学计算。 开始时学生随意选择底部的长和宽，发现测出的载重量（体积）大小无规律，于是自然产生“哪种长宽高载重量最大”的问题，促使他们思考怎样进行规律、系统的研究，于是有的组列出表格，从长宽相同的状态中找到设计最大载重量的规律（如表2），如果长宽高各不相同，结果又会怎样呢，产生了有意义的科学加数学跨学科学习。

表2 铝箔船体积分析表

三是任务的综合性。 跨学科学习的重要特点是打破单一学科的视角，整合多学科的知识和技能，去综合解决复杂问题。在设计任务时，要考虑相关学科知识的整合，实现多学科相互促进，多种学习方法综合运用。[4]如教科版五年级下册“环境与我们”单元，设计跨学科学习任务： 我们学校的环境问题研究。（1）调查学校有哪些环境问题。 （2）调查学校每天产生的垃圾种类和数量。（3）这些环境问题现在怎么处理的？ （4）请结合相关学科知识，向学校提出有价值的改进建议。（5）开展环境保护实践。学生通过观察，查阅相关记录，了解到学校的垃圾数量多、用电不节约、浪费水资源、噪音大等问题，于是他们通过讨论，提出给学校的节能环保建议，并且付诸行动，让自己和同学都受到深刻的环保教育，也进一步理解了科学、技术、社会与环境的关系。

四是结果的可迁移性。 跨学科学习不仅需要解决现实中的学习问题，在学习过程中，需要拓宽思维，把相关的知识联系起来，在遇到现实问题时有效解决，并从中把握一定的规律。学生在经历了一些典型的学习后，能够总结出一些解决问题的有效方法和策略，形成可复制的典型学习范式，为以后同样问题的解决打下基础。 如五年级上册“设计制作小赛车”的跨学科学习方法和解决问题的策略，可以复制到下册“设计我们的小船”的学习中，在遇到实际问题时，也能实现知识迁移，让跨学科学习发挥真正的效益。

三、任务驱动，真实经历跨学科学习过程

跨学科学习具有很强的实践性，教师要积极为学生创设促进学习的环境，激发学习兴趣，让学生亲身经历，在实验、探究、讨论、创造中展开真实的学习。

（一）创设情境真学习

贴近自然、贴近生活的学习任务容易让学生接受，也容易激发学习的兴趣。 把任务放在现实中，让学生身临其境，在好奇心的驱使下，主动投入学习。如“船的研究”单元“用沉的材料造船”跨学科学习中，教师先拿出几种材料，放入水中，让学生看到这些材料是沉的， 然后提出问题：“我们都知道钢铁很重，为什么钢铁制成的船，却能够浮在水面，还能载很多货物？”大家都很困惑，却又不知道原因。这时提出跨学科学习任务：每组一块同样大的橡皮泥，不借助别的材料，让它浮在水面，看哪组载的垫圈多。 在任务的驱使下，同学们积极投入研究中，利用科学知识“沉”和“浮”、技术与工程知识把橡皮泥做成中间凹的船形，运用劳动技能将橡皮泥捏得既薄又不进水，学习真实而有意义。

（二）巧用策略善学习

跨学科学习要借助一些有效的教学模式和策略，如项目式学习、研究性学习、基于问题的学习、基于情境的学习等，教师要善于教给学生学习方法，引导他们用科学的方法解决问题。 当学习的目的是运用多学科知识加强科学认识时， 通常采用研究性学习，我们会按照“提出问题——合理猜想——制订计划——搜集证据——分析证据——得出结论——解释与评估——总结反思”来开展学习。当学习目标是运用多学科知识解决复杂问题时， 通常采用项目式学习，如“设计我们的小船”，学习一般按“明确问题——提出方案——科学筛选——加工制作——修改迭代——验证展示”等环节展开。学习通常以小组合作方式完成，在分组时应优化小组成员搭配，保证有优生能引领小组完成任务， 又能给学习能力较弱的孩子机会，促进共同进步。

（三）做好保障深学习

跨学科学习中没有现成的知识，也没有太多经验可供借鉴，学生在学习中遇到困难在所难免，教师要扮好支持者角色，给予学生完成任务的信心，必要时提供智力支持，协助他们突破难点，持续学习。 要充分利用校内外资源如学校实验室、科技馆等，借助现代教育技术，为学生提供必要的场地支持、时间支持、空间支持和技术支持，丰富学生体验，实现课内与课外结合、时间和空间整合。

四、评价支撑，科学衡量跨学科学习质效

跨学科学习的评价包括学习情况和学习任务设计的评价。重在评价活动是否有意义，是否有利于不同学科的知识建构， 是否有助于促进学生积极地学习。

（一）评价方式的多元化

我们将评价分为过程性评价、形成性评价和总结性评价三类。 过程性评价关注完成任务过程中思想、方法的应用，创新意识的发挥，克服困难的意志和态度等学习过程中的表现；形成性评价和总结性评价关注是否按时完成任务、完成任务的质量等。

（二）评价主体的多元化

通过个人自评、同伴互评与家校共评相结合，评估学生是否实现知识、能力、思维、情感、价值观等方面的综合发展。比如在设计船的方案时，让学生交流自己的想法，互相评价不同的方案和结果，在比较中找到自己的优势与不足，取长补短。

（三）评价结果的可视化

跨学科学习的成果往往是具体、可视的，在评价时，将学习的成果以文本、实物、绘画、照片、思维导图、集体展示、视频作品等多种方式呈现，从中进行客观评价。如“设计并制作一艘小船”任务中，学生设计的船样式是否美观、比例是否合适，可通过设计图评价；制作出的作品是否平衡、能否正常行驶等，可从实际评价中表现出来（如表3）。

表3 学生评价表

总之，跨学科学习应该从学生的终身发展需求出发，立足科学核心素养的培养，打破单纯的知识获取模式，建立跨学科学习思维，充分利用不同学科知识、学科技能之间的相互联系与影响，将科学学习内容转化为现实问题，通过整合运用不同学科知识与技能去解决现实世界中的真实问题，逐渐形成像科学家一样思考问题的意识，在深入学习中建构起结构性的跨学科知识。