跨学科主题学习视域下的小学科学微项目化学习：模型、程式和策略

引言

随着《义务教育科学课程标准（2022 年版）》强调“跨学科主题学习”占比不低于 10% ，传统分科教学已难以满足学生综合素养培养需求。微项目化学习以“微”为特征，通过15-20 分钟的课堂实践，将抽象知识转化为具象任务，突破项目化学习与课堂教学的时空壁垒。在跨学科视域下，微项目化学习成为连接科学、技术、工程、艺术与数学（STEAM）的关键纽带，例如“设计校园太阳能照明系统”项目需整合科学（光电效应）、数学（功率计算）、工程（电路设计）等多学科知识。

一、理论框架与模型构建

（一）建构主义学习理论支撑

Piaget 的认知发展理论指出，学生需通过主动建构形成知识体系。在“生态瓶里的微世界”项目中，学生需自主探究生态系统稳定性条件，通过调整生物种类与数量验证物质循环规律，实现从“被动接受”到“主动探究”的转变。Vygotsky 的最近发展区理论强调，任务设计应介于学生现有水平与潜在发展水平之间，如“太阳能热水器制作”项目通过分层任务单（基础版 / 进阶版）满足不同能力学生需求。

（二）四阶学习模型

真实性情境创设：以“校园节能改造”为背景，教师展示学校月度电费账单，引出“如何利用可再生能源降低能耗”的现实问题。

问题链引导：设计三级问题体系：

基础层：太阳能电池板工作原理是什么？

应用层：如何计算校园屋顶可安装面板数量？

创新层：如何优化面板角度以提升发电效率？

实践探究：学生分组完成“太阳能小车竞速赛”，通过调整光电板角度、负载重量等参数，记录发电效率变化数据。

多元评价：采用“3+1”评价量表，从科学知识（ 30% ）、技术操作（ 30%） ）、团队协作（ 20% ）、创新表现（ 20% ）四个维度量化评分。

二、实施程式与策略

（一）驱动性问题设计策略

生活化情境嵌入：在“声音的传播”单元中，以“如何为听障同学设计震动提醒装置”为驱动问题，引导学生探究固体传声特性。北京某小学实践显示，该设计使概念理解正确率提升 42% 。

矛盾冲突引发认知冲突：在“沉浮原理”教学中，提出“万吨巨轮为何能浮在水面”的悖论问题，激发学生探究阿基米德原理的深层动机。

（二）分层任务分解策略

知识图谱构建：以“电路连接”为例，将知识点拆解为：

基础层：串联/ 并联电路特性

提高层：短路保护机制设计

拓展层：智能家居电路系统建模

任务单设计：采用“必做 + 选做 + 挑战”模式，如“设计校园雨水收集系统”项目中：

必做：计算年降雨量与集水面积关系选做：优化储水罐材质以减少蒸发损失挑战：开发雨水PH 值实时监测装置

（三）跨学科资源整合策略

学科知识融合：在“印刷术与社会发展”项目中，整合：

科学：油墨扩散原理

技术：活字排版工艺

艺术：版画设计美学

历史：活字印刷术对文化传播的影响

社会资源联动：上海某小学与科技馆合作开展“天文观测微项目”，通过馆校共建的望远镜共享平台，实现“课堂观测—数据处理—成果展示”全流程实践。

（四）过程性评价反馈策略

电子档案袋应用：使用“班级优化大师”APP 记录学生实验视频、设计图纸、

反思日志等过程性数据，形成个性化成长轨迹。

动态调整机制：根据“太阳能小车”项目中的实时数据，教师可调整教学策略：

若 80% 学生无法完成基础电路连接，则增加10 分钟微课辅导若 30% 学生提前完成进阶任务，则开放“光电板阵列优化”拓展包

三、实践案例与成效分析

（一）“生态瓶里的微世界”项目

实施流程：

第1 周：观察记录校园池塘生态系统第2 周：设计生态瓶生物配比方案第3 周：制作生态瓶并监测水质变化第4 周：撰写观察报告并举办成果展

成效数据：

学生能准确描述生态系统组成要素的比例从 61% 提升至 89% 跨学科知识应用能力评分提高27 分（百分制）85% 学生表现出对生态保护的职业兴趣

（二）“太阳能校园应用”项目

创新点：

引入物联网技术，实时传输发电数据至云端平台开发AR 模拟系统，可视化展示不同朝向的发电效率差异

成果展示：

学生设计的光伏遮阳棚方案被学校采纳实施项目成果获全国青少年科技创新大赛一等奖形成《校园可再生能源利用指南》校本课程

四、挑战与改进方向

（一）现存问题

教师跨学科能力不足：调查显示，仅 38% 的小学科学教师具备工程学背景课时统筹困难：跨学科项目平均需占用 4.2 课时，与现行课时安排存在冲突

评价标准模糊： 62% 的教师反映难以量化评估跨学科思维发展

（二）优化策略

构建教师研修共同体：通过“学科 +X”工作坊模式，培养“科学 + 信息科技”“科学 + 美术”等复合型教师团队

开发微项目资源包：建立包含 200 个标准化微项目的资源库，每个项目配套课时建议、材料清单、评价量表

引入AI 辅助评价：利用自然语言处理技术分析学生实验报告中的跨学科术语使用频次，为能力评估提供数据支持

结语

跨学科主题学习视域下的小学科学微项目化学习，通过“微”切口实现了“大”整合，在真实问题解决中培育学生核心素养。未来需进一步探索“ 5G+ 全息投影”等新技术在虚拟实验中的应用，构建“课内微项目—课外中项目—假期大项目”的渐进式实践体系，为培养面向未来的创新型人才奠定基础。

参考文献：

[1] 小学科学项目化学习实践路径探析 . 刘晓莉 . 国家通用语言文字教学与研究 ，2025（03）

[2] 家校社协同育人背景下小学科学跨学科学习实践——以“清除杨絮”跨学科主题学习为例. 杨聪. 教育观察，2024（23）

[3] 小学科学项目化作业的设计与实施研究 . 吴章德 . 教学与管理 ，2023（14）