單元視角下的小學科學跨學科學習的設計

●曹志富

傳統的學習側重于知識的記憶和理解，學生處于被動接受的狀態，即使考試能夠得高分，也很難在實際解決問題的過程中，建立起知識與實際問題之間的聯系，導致高分低能?？鐚W科學習作為一種新的學習形式，它超越了學科界限，能夠把課程的多個方面結合起來，建立有意義的聯系，從而實現在廣闊的領域中學習[1]。 跨學科學習以其綜合性、真實性、實踐性和可遷移性等特點，有助于學生建立系統性思維，去解決現實生活中的具體問題。 《義務教育科學課程標準（2022 年版）》提出，要“設立跨學科主題學習活動，加強學科間相互關聯，帶動課程綜合化實施，強化實踐性要求”[2]。 小學科學以其特有的大單元結構化編排和豐富的科學探究活動，為開展跨學科學習提供了有利條件。

一、素養立意，準確定位跨學科學習目標

跨學科學習不能簡單地理解為不同學科相加，也不能為創新而隨意跨，其目的是培養學生適應終身發展和社會發展的正確價值觀、必備品格和關鍵能力，中心任務是落實學科核心素養。 在設計科學跨學科學習時，要結合內容特點和學生的認知水平，牢牢把握教學目標和價值定位，讓學生通過學習掌握基本的科學知識，形成初步的科學觀念；掌握基本的思維方法，具備初步的科學思維能力；掌握基本的科學方法，具有初步的探究實踐能力；樹立基本的科學態度，具有正確的價值觀和社會責任感。[3]

單元視角下的科學跨學科學習，應圍繞單元主題或單元大概念，梳理內容之間的脈絡，建立單元的整體印象，來確定單元總目標，將科學觀念、科學思維、探究實踐、態度責任等落實到具體的任務中。 如教科版小學科學五年級下冊“船的研究”單元，在科學核心概念上屬于“技術、工程與社會”板塊，在設計單元目標時，圍繞“船”這個大概念，我們設計單元目標如下：（1）科學觀念目標：知道船的發展變化歷史，船的材料特點、形狀規律、動力情況。（2）科學思維目標：通過分析、比較、抽象、概括等方法，發現船的基本特征。（3）探究實踐目標：通過實驗，尋找適合的做船材料，應用所學科學原理構思、設計、制作、驗證并改進自己的船模。 （4）態度責任目標：樂于與他人進行溝通交流，基于證據反思和調整探究活動，產生創新的興趣。教師圍繞總目標設計具體分目標，確?？鐚W科學習不偏離方向。

二、單元解構，精心設計跨學科學習任務

任務的質量決定跨學科學習的效果。 教師要立足學科特點梳理單元任務群，理清學習主線，深度挖掘教材，從單元學習任務中去繁化簡，梳理一些有意義的內容，建構學習任務。

（一）聚焦單元主題

科學教材圍繞主題、大概念或大任務來組織單元內容，跨學科學習任務也應該立足單元主題，分解單元內容，從是否體現科學核心概念、是否有助于深化單元學習、能否促進學生多方面素養形成等方面，設計適合的跨學科任務。以“船的研究”為例，本單元的科學核心概念是“技術、工程與社會”，以“船”為主題，從船的形狀結構、材料、動力和優化設計等方面展開學習，學習內容涉及物理、數學、歷史、地理、技術與工程等多個領域。 如果將有關船的知識進行分解教學，學生只能學到不同學科的點狀知識，而且知識跨度很大，難以形成整體的感知。讓學生圍繞單元主題“船”產生問題，能夠較好地產生有價值的跨學科學習任務，如杭州西湖要購買一批游船，請你幫助設計船的尺寸大小、船體材料、動力和功能，并簡要說明理由；設計并畫出你心目中未來的船……也可以對現有的教材內容進行拓展，架構新的學習主題，如“怎樣讓船跑得更快”不是本單元學習任務，但學生很感興趣，就可以作為課外跨學科拓展學習內容。

（二）突出學科關聯

跨學科的魅力在于不同學科知識在某一項目或主題中的聯結和融合， 如果僅僅將不同學科簡單相加，難以達成跨學科學習的目的，從不同學科的視角去建構新的認識，能產生高于單一學科學習的效果。以科學內容為主干，關注相關學科的共通點，建立相關學科之間的關聯，采用“科學+”形式設計和選擇跨學科學習，將科學作為基礎，有機融入其他學科，更容易完成一些復雜的現實任務。 如學習“船的歷史”時，可以設計一個跨學科學習任務“船的歷史介紹”，引導學生以小組為單位，圍繞船的發展進程，通過查閱圖書館資料、上網搜索、參觀博物館等途徑，收集船的起源和發展變化情況，獨木舟、帆船、蒸汽動力船、輪船、潛艇等不同階段的主要特點和對人類的影響等資料，在課堂上通過文字介紹、圖片展示、視頻播放等方式介紹船的發展歷史。 學習中會用到“科學+歷史+語文+美術”知識，實現了學科的有機關聯，促進學生綜合性學習。

（三）遵循跨學科規律

好的任務設計能引領學生積極投入學習。 設計時，要找準跨學科學習的切入點，挖掘可以實施的跨學科主題，考慮遵循兒童身心發展規律，充分發揮跨學科學習的特點，將學習的效率最大化。

一是任務的真實性。 新課程強調在真實的情境中學習，貼近真實生活設計任務，激發學生的探究欲。真實任務讓學生能夠身臨其境，在探索和解決問題的過程中，不斷地發現問題、解決問題，培養他們的批判性思維、合作能力、溝通能力等，體驗科學的本質， 形成對核心知識和學習歷程的深刻理解。 如“設計我們的小船”一課，確定跨學科學習任務：

1.以小組為單位設計并制作。

2.船的外形要科學，結構要合理，要裝上動力。

3.用不超過50 元人民幣購買原材料（如表1）。

表1 一些材料的參考價格

為了完成任務，學生需要用到材料學、美術、數學、力學、工程學、勞動與技術的知識，合理控制制作成本需要數學和經濟學的知識。在制作的過程中，學生會考慮我們能夠找到哪些材料，還需要哪些材料，成本開支大約多少，怎樣將這些材料有機地組合起來，這些都是需要在實際制作過程中去面對和解決的。 有了這些真實的任務，學生也能更加投入，促進跨學科學習的深入。

二是任務的實踐性。 跨學科學習注重理論聯系實際，多以體驗性、探究性活動展開，具有很強的實踐性。在設計學習任務時，需要設計一些具有挑戰性和有意義的任務，讓學生運用多種知識、能力、品質等，學與用結合，像科學家或工程師一樣進行思考和實踐，通過社會性互動和協作來進行學習，通過探究、實踐、協作、展示等創造性地解決問題。 比如在“增加船的載重量”研究中，設計跨學科學習任務：用一張寬12 厘米的正方形鋁箔，做一艘載重量更大的小船。 這個學習任務引導學生從隨意感性的嘗試走向嚴謹科學的數學計算。 開始時學生隨意選擇底部的長和寬，發現測出的載重量（體積）大小無規律，于是自然產生“哪種長寬高載重量最大”的問題，促使他們思考怎樣進行規律、系統的研究，于是有的組列出表格，從長寬相同的狀態中找到設計最大載重量的規律（如表2），如果長寬高各不相同，結果又會怎樣呢，產生了有意義的科學加數學跨學科學習。

表2 鋁箔船體積分析表

三是任務的綜合性。 跨學科學習的重要特點是打破單一學科的視角，整合多學科的知識和技能，去綜合解決復雜問題。在設計任務時，要考慮相關學科知識的整合，實現多學科相互促進，多種學習方法綜合運用。[4]如教科版五年級下冊“環境與我們”單元，設計跨學科學習任務： 我們學校的環境問題研究。（1）調查學校有哪些環境問題。 （2）調查學校每天產生的垃圾種類和數量。（3）這些環境問題現在怎么處理的？ （4）請結合相關學科知識，向學校提出有價值的改進建議。（5）開展環境保護實踐。學生通過觀察，查閱相關記錄，了解到學校的垃圾數量多、用電不節約、浪費水資源、噪音大等問題，于是他們通過討論，提出給學校的節能環保建議，并且付諸行動，讓自己和同學都受到深刻的環保教育，也進一步理解了科學、技術、社會與環境的關系。

四是結果的可遷移性。 跨學科學習不僅需要解決現實中的學習問題，在學習過程中，需要拓寬思維，把相關的知識聯系起來，在遇到現實問題時有效解決，并從中把握一定的規律。學生在經歷了一些典型的學習后，能夠總結出一些解決問題的有效方法和策略，形成可復制的典型學習范式，為以后同樣問題的解決打下基礎。 如五年級上冊“設計制作小賽車”的跨學科學習方法和解決問題的策略，可以復制到下冊“設計我們的小船”的學習中，在遇到實際問題時，也能實現知識遷移，讓跨學科學習發揮真正的效益。

三、任務驅動，真實經歷跨學科學習過程

跨學科學習具有很強的實踐性，教師要積極為學生創設促進學習的環境，激發學習興趣，讓學生親身經歷，在實驗、探究、討論、創造中展開真實的學習。

（一）創設情境真學習

貼近自然、貼近生活的學習任務容易讓學生接受，也容易激發學習的興趣。 把任務放在現實中，讓學生身臨其境，在好奇心的驅使下，主動投入學習。如“船的研究”單元“用沉的材料造船”跨學科學習中，教師先拿出幾種材料，放入水中，讓學生看到這些材料是沉的， 然后提出問題：“我們都知道鋼鐵很重，為什么鋼鐵制成的船，卻能夠浮在水面，還能載很多貨物？”大家都很困惑，卻又不知道原因。這時提出跨學科學習任務：每組一塊同樣大的橡皮泥，不借助別的材料，讓它浮在水面，看哪組載的墊圈多。 在任務的驅使下，同學們積極投入研究中，利用科學知識“沉”和“浮”、技術與工程知識把橡皮泥做成中間凹的船形，運用勞動技能將橡皮泥捏得既薄又不進水，學習真實而有意義。

（二）巧用策略善學習

跨學科學習要借助一些有效的教學模式和策略，如項目式學習、研究性學習、基于問題的學習、基于情境的學習等，教師要善于教給學生學習方法，引導他們用科學的方法解決問題。 當學習的目的是運用多學科知識加強科學認識時， 通常采用研究性學習，我們會按照“提出問題——合理猜想——制訂計劃——搜集證據——分析證據——得出結論——解釋與評估——總結反思”來開展學習。當學習目標是運用多學科知識解決復雜問題時， 通常采用項目式學習，如“設計我們的小船”，學習一般按“明確問題——提出方案——科學篩選——加工制作——修改迭代——驗證展示”等環節展開。學習通常以小組合作方式完成，在分組時應優化小組成員搭配，保證有優生能引領小組完成任務， 又能給學習能力較弱的孩子機會，促進共同進步。

（三）做好保障深學習

跨學科學習中沒有現成的知識，也沒有太多經驗可供借鑒，學生在學習中遇到困難在所難免，教師要扮好支持者角色，給予學生完成任務的信心，必要時提供智力支持，協助他們突破難點，持續學習。 要充分利用校內外資源如學校實驗室、科技館等，借助現代教育技術，為學生提供必要的場地支持、時間支持、空間支持和技術支持，豐富學生體驗，實現課內與課外結合、時間和空間整合。

四、評價支撐，科學衡量跨學科學習質效

跨學科學習的評價包括學習情況和學習任務設計的評價。重在評價活動是否有意義，是否有利于不同學科的知識建構， 是否有助于促進學生積極地學習。

（一）評價方式的多元化

我們將評價分為過程性評價、形成性評價和總結性評價三類。 過程性評價關注完成任務過程中思想、方法的應用，創新意識的發揮，克服困難的意志和態度等學習過程中的表現；形成性評價和總結性評價關注是否按時完成任務、完成任務的質量等。

（二）評價主體的多元化

通過個人自評、同伴互評與家校共評相結合，評估學生是否實現知識、能力、思維、情感、價值觀等方面的綜合發展。比如在設計船的方案時，讓學生交流自己的想法，互相評價不同的方案和結果，在比較中找到自己的優勢與不足，取長補短。

（三）評價結果的可視化

跨學科學習的成果往往是具體、可視的，在評價時，將學習的成果以文本、實物、繪畫、照片、思維導圖、集體展示、視頻作品等多種方式呈現，從中進行客觀評價。如“設計并制作一艘小船”任務中，學生設計的船樣式是否美觀、比例是否合適，可通過設計圖評價；制作出的作品是否平衡、能否正常行駛等，可從實際評價中表現出來（如表3）。

表3 學生評價表

總之，跨學科學習應該從學生的終身發展需求出發，立足科學核心素養的培養，打破單純的知識獲取模式，建立跨學科學習思維，充分利用不同學科知識、學科技能之間的相互聯系與影響，將科學學習內容轉化為現實問題，通過整合運用不同學科知識與技能去解決現實世界中的真實問題，逐漸形成像科學家一樣思考問題的意識，在深入學習中建構起結構性的跨學科知識。