“模擬溫室大棚”跨學科主題項目的設(shè)計與實踐

李玉蘋

〔摘? ? 要〕? 如何在新課標背景下有效地實踐跨學科主題學習，是開展具體教學實踐的關(guān)鍵問題?！澳M溫室大棚”項目是將遠東版四年級自然的單元主題內(nèi)容和學生真實生活情境進行鏈接，挖掘其中可用于學生探究和實踐的內(nèi)容。學生在開展跨學科探究實踐的過程中，主動將分學科知識進行融合，創(chuàng)造性地解決生活中的真實問題。本研究以“模擬溫室大棚”為例，探索培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)的載體和路徑。

〔關(guān)鍵詞〕? 小學科學；跨學科主題項目；“模擬溫室大棚”；探究實踐

〔中圖分類號〕? G424? ? ? ? ? ? ? ? 〔文獻標識碼〕? A? ? ? ? ?〔文章編號〕? 1674-6317? ? （2024）? 14? ? 037-039

《義務(wù)教育課程方案（2022年版）》指出，要優(yōu)化課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)和組織形式，設(shè)立跨學科主題學習活動，加強學科間相互關(guān)聯(lián)，強化實踐性要求?！读x務(wù)教育科學課程標準（2022年版）》提到，在科學課程內(nèi)，可以跨“課程內(nèi)不同學科領(lǐng)域”或跨“學科核心概念”為主題組織學習內(nèi)容和學習方式。如何在新課標下有效地實踐跨學科主題學習是開展具體教學實踐的關(guān)鍵問題。跨學科，簡而言之就是跨越不同學科，以學科間有關(guān)的共同問題為研究對象，運用多學科的理論和方法，探討解決真實問題的途徑。小學科學是以培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)為宗旨的科學啟蒙課程，如何進行跨學科主題項目設(shè)計和實施？我們可以以現(xiàn)行的學科界限為基礎(chǔ)，以合并、融合或廣域課程的形式整合課程。

根據(jù)遠東版四年級第二學期“能量”單元的學習內(nèi)容，結(jié)合小學科學核心素養(yǎng)的基本要求，本研究將單元知識進行了跨學科活動的整合與設(shè)計。通過本單元的學習，學生知道植物的生長需要能量，結(jié)合本校四年級學生的認知水平，他們了解了影響植物生長的因素很多，有陽光、空氣、水、溫度等等。學生在真實生活情境中發(fā)現(xiàn)學?！耙幻撞藞@”中的蔬菜在面對季節(jié)變換中表現(xiàn)出許多不適應(yīng)：春天雨水過多，低洼地方的蔬菜被淹死；夏天天氣炎熱干燥，澆水不及時讓很多辛苦種植的蔬菜都因干旱而死；冬天天氣寒冷，辛苦培育的大包菜被凍傷；向陽處的植物長勢粗壯，背光處的則長得矮小……如何解決由于季節(jié)更替帶來的雨澇、暑熱、寒凍及光線強弱等環(huán)境條件改變引起的植物生長受創(chuàng)問題呢？我們將學生的單元學科知識植物生長需要能量和學生生活中植物生長受創(chuàng)的真實問題進行整合，設(shè)計了“模擬溫室大棚”這個跨學科主題項目。

在真實問題驅(qū)動下，學生自主查閱了相關(guān)資料，小組進行討論分工，教師則挖掘其中可用于學生探究與實踐的內(nèi)容。內(nèi)容不能超過現(xiàn)有學生的認知水平，需貼近學生的生活實際，需要學生綜合應(yīng)用多學科知識、能力才能解決問題。

一、真實問題，整體設(shè)計

在解決實際問題的過程中學生發(fā)現(xiàn)，溫室大棚要解決的問題比較多，根據(jù)本校四年級學生的認知水平和興趣度，最終確定小組先解決大棚溫度和水分的問題。從方案設(shè)計到模型搭建、實驗測試、反思完善、項目展示等，學生自主探索，經(jīng)歷完整的科學探究過程。學生在實踐中將自然（植物生長條件控制）、數(shù)學（PVC管長度計算、接頭選擇等）、美術(shù)（方案設(shè)計）、勞技（動手搭建）等各學科知識進行融合應(yīng)用，利用跨學科的知識結(jié)構(gòu)體系和思維方式，最終完成了“模擬溫室大棚”的搭建。

“模擬溫室大棚”項目主要包括六個課時的內(nèi)容，模擬溫室大棚：要素及問題（1課時）、模擬溫室大棚模型搭建（1課時）、模擬溫室溫度和濕度控制探究（2課時）、完善模擬溫室大棚（1課時）、項目成果展示交流（1課時）。整個項目圍繞“如何解決由于季節(jié)更替等環(huán)境條件引起的植物生長受創(chuàng)”核心問題，將項目任務(wù)分解為“模擬溫室大棚：要素及問題”“模擬溫室大棚模型搭建”“模擬溫室溫度和濕度控制探究”“完善模擬溫室大棚”“項目成果展示交流”。學生綜合運用自然、數(shù)學、勞技、美術(shù)等多學科知識原理和方法，分析問題、設(shè)計方案、設(shè)計制作、實驗測試、反思完善、得出結(jié)論，最后進行項目成果展示。

二、提亮特色，優(yōu)化評價

（一）項目引領(lǐng)，激發(fā)學生探究興趣

學生從親身觀察與種植體驗中發(fā)現(xiàn)“一米菜園”植物生長過程中的問題，小組合作討論解決辦法，查閱資料進行設(shè)計，學生自主探究解決生活中的真實問題，改進的欲望來源于學生的問題發(fā)現(xiàn)與探究過程。整個過程以跨學科主題項目為載體，學生完整經(jīng)歷“發(fā)現(xiàn)問題—做出假設(shè)—設(shè)計方案—實驗操作—得出結(jié)論”全過程，教師適時提供實驗器材輔助以及方法指導(dǎo)，將更多的空間留給學生進行自主與合作探究。把課堂主體地位交給學生，充分體現(xiàn)了教師引導(dǎo)、學生為主體的教學模式，關(guān)注了學生創(chuàng)新意識的樹立，落實了創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

（二）技術(shù)支持，啟發(fā)學生創(chuàng)新意識

溫控器、加熱裝置、雨水收集器等技術(shù)設(shè)備的支持，也是對傳統(tǒng)實驗的改進。溫度傳感器和濕度傳感器的使用可以使得實驗現(xiàn)象放大、加快，增強了實驗的可視性。在教學實驗中，注重通過實驗再現(xiàn)科學發(fā)現(xiàn)的過程，讓學生體驗到“猜想—驗證—歸納”的科學探究過程，初步掌握科學研究的方法。傳感器的應(yīng)用大大提高了探究過程的實效，使用數(shù)字化實驗儀器能更準確地利用數(shù)據(jù)說明問題，培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度。

（三）任務(wù)驅(qū)動，引導(dǎo)學生自主評價

教師引導(dǎo)學生項目研究的方向，學生根據(jù)驅(qū)動任務(wù)進行資料收集、設(shè)計制作、交流討論、模型制作。在學習活動中，將任務(wù)與評價要求有機融合，是支持學生完成探究的有力保障。任務(wù)單上設(shè)計對應(yīng)實驗步驟和方法的評價單，通過評價引導(dǎo)學生明確活動要求，主動承擔活動責任。這既是對教學資源開發(fā)與利用的促進，也能更好地引導(dǎo)和啟發(fā)學生進行思考。

（四）對比實驗，親歷科學探究過程

設(shè)計對比實驗是一般科學實驗中最基本的一種方法，但模擬大棚水分和溫度問題比較復(fù)雜，學生根據(jù)實驗測試結(jié)果，把問題聚焦于“種植盆內(nèi)一次性澆多少水滿足植物生長也節(jié)約水資源”和“溫度過高和過低會對植物產(chǎn)生什么影響”。

水分探究小組在探究澆水量的問題上層層深入，根據(jù)實際分解問題，利用數(shù)學平均數(shù)的知識，設(shè)計測量時的每次澆多少水和最終一次性澆多少水的兩個對比實驗，分步解決最終問題。

溫度探究小組在“溫度過高或者過低會對植物產(chǎn)生什么影響”的問題上，設(shè)計對比實驗，進行長周期觀察記錄，親歷整個實驗過程，在活動中提高觀察分析、實驗操作的能力，逐步形成了計劃為先、團隊合作、科學嚴謹?shù)囊?guī)則意識。

三、跨學科融合，實踐創(chuàng)新

（一）資源運用，促進教師和學生發(fā)展

在環(huán)境創(chuàng)設(shè)中充分運用跨學科知識資源、本土資源，拓寬教師思維，結(jié)合學校的地理特點，以開放式的梯田確保學生的實踐空間。學生將各學科知識融合應(yīng)用于真實生活，利用跨學科思維解決生活中的真實問題。學生與自然有一種天生的親近感，好奇心與求知欲強，在發(fā)現(xiàn)問題的基礎(chǔ)上開展以學生為主體的“模擬溫室大棚”跨學科主題項目活動，將課堂所學應(yīng)用于真實生活，讓學生學會尊重身邊的人和事物，促進自身全面發(fā)展。

（二）自主探索，助力學生思維發(fā)展

“模擬溫室大棚”的建造是基于學生在“一米菜園”中發(fā)現(xiàn)植物生長問題而提出的解決辦法。課堂上，學生是主體，自主選擇感興趣的跨學科主題進行研究，在探究水分和溫度問題中不斷發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，提升解決問題能力。教師是課堂的引導(dǎo)者和協(xié)助者。最后經(jīng)過探究，水分探究小組發(fā)現(xiàn)一次性澆400mL的水比較合適，溫度探究小組發(fā)現(xiàn)20℃的溫度最適合上海青幼苗的生長，5℃，35℃三天左右植物就有萎蔫死亡的跡象。

在后續(xù)的自主探索中，學生對模擬溫室大棚進行了升級，利用簡單編程學知識和植物光合作用的知識對大棚光照、智能澆灌系統(tǒng)進行初步探索。他們自主自發(fā)地繼續(xù)探索溫室大棚的條件，學會了探究的基本方法，為將來高階思維的發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)。

（三）層層深入，激發(fā)學生探究欲望

學生搭建好“模擬溫室大棚”的基本框架后，遇到了各種各樣的新問題：從解決植物生長受創(chuàng)的問題到解決溫室大棚水分和溫度的問題再到一次性澆水量和大棚溫度如何控制的問題……學生發(fā)現(xiàn)問題太多不能一次性解決，就分階段完成。他們選擇自己感興趣的方向進行小組合作，探究解決溫室大棚合適水分和溫度的問題。在設(shè)計方案和模型搭建好后，實驗測試又出現(xiàn)了新的問題，學生一步步深入，研究的問題越來越細化，最后把問題聚焦在探究“溫室大棚一次性澆多少水合適”和“低溫和高溫會對植物產(chǎn)生什么影響”上。隨著研究的深入，學生的探究欲望越來越強烈，將學科知識進行綜合應(yīng)用，在實踐中大膽假設(shè)、不斷驗證，這也是本主題探究實踐的意義所在。

（四）跨學科主題學習，落實核心素養(yǎng)培育

在項目設(shè)計和實施時要充分貫徹素養(yǎng)導(dǎo)向，有效結(jié)合學生生活中的真實問題，以核心素養(yǎng)培育為目標，將單元學習內(nèi)容和學生真實生活情境進行鏈接，挖掘其中學生可用于探究和實踐的內(nèi)容?！澳M溫室大棚”跨學科主題項目以學生在學校種植過程中發(fā)現(xiàn)的植物生長的真實問題為出發(fā)點，學生自主查閱資料、設(shè)計方案、實踐創(chuàng)新、探索解決方法。學生在開展跨學科探究實踐的過程中，主動將分學科知識進行融合應(yīng)用，變個人學習為團隊合作探究學習，創(chuàng)造性地解決生活中的真實問題。最終完成“模擬溫室大棚”的搭建，創(chuàng)造性地解決了植物生長受創(chuàng)的問題，這既豐富了教學形式，也落實了學生核心素養(yǎng)的培育。

通過實踐我們發(fā)現(xiàn)，在跨學科主題項目設(shè)計和實施時有效地將單元學習內(nèi)容鏈接真實的問題情境，更能激發(fā)學生的自主探究欲望。學生在進行一個個主題式探索的過程中，可以有效地將各學科知識進行綜合應(yīng)用，利用跨學科的知識結(jié)構(gòu)體系和思維方式開展學習探究?？傊鐚W科主題項目打破了傳統(tǒng)的學科邊界，深度變革了學生的學習方式，是落實學生核心素養(yǎng)培養(yǎng)的最好載體和路徑。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.義務(wù)教育科學課程標準[M].北京：北京師范大學出版社，2022.

[2]顧嬋，龐紅梅.跨學科主題學習活動的設(shè)計與實施：以高中地理學科為視角[J].江蘇教育（中學教學版），2022（6）：51-54.

[3]曹義瓊.指向?qū)W科核心素養(yǎng)的單元教學設(shè)計實踐探索：以氧化還原反應(yīng)教學為例[J].教學管理與教育研究，2020（9）：93-94