基于科学史的小学科学跨学科概念教学路径探析

引言

《义务教育小学科学课程标准（2022 年版）》将“跨学科概念”作为课程内容的重要组成部分，强调“物质与能量”“结构与功能”“系统与模型”等概念的学习需跨越物理、生物、化学等多学科界限。然而，当前教学中存在诸多问题：教师多孤立讲解单一学科知识，如在“能量”教学中仅介绍物理中的动能与势能，未关联生物中的能量转换；学生虽能背诵概念定义，却难以理解其在不同情境中的统一性。因此，探索基于科学史的跨学科概念教学路径具有重要意义。

1、科学史与小学科学跨学科概念的内在关联

1.1 科学史是跨学科概念形成的“活教材”

许多跨学科概念的诞生本身就是多学科协作的结果。例如，“光合作用”概念的发展中，科学家普利斯特利通过生物学实验发现植物能“净化空气”，萨克斯用数学方法测量氧气释放量，恩格尔曼结合物理学（光的折射）确定叶绿体是光合作用的场所。在小学阶段，虽无需学生掌握复杂原理，但可通过简化的科学史故事，让学生感知“能量转换”这一跨学科概念如何贯穿生物、物理、化学等领域。

1.2 科学史蕴含跨学科思维的“方法论”

科学家的探究过程体现了跨学科思维的应用。例如，达芬奇在研究鸟类飞行时，既观察生物形态（生物学），又绘制翅膀结构图（工程学），还计算空气阻力（物理学），这种“多视角分析问题”的思维方式，可迁移到小学科学教学中。如引导学生像达芬奇一样“用画图记录植物生长”（生物学+ 美术）、“用尺子测量生长高度”（生物学 + 数学），培养跨学科应用能力。

2、基于科学史的小学科学跨学科概念教学路径

2.1 筛选适配的科学史素材：聚焦核心概念与学科联结

2.1.1 素材选择的三大原则

科学性与适龄性平衡：选取与小学跨学科概念相关的科学史片段，简化复杂内容。例如，讲解“生物与环境的适应”时，用“达尔文观察加拉帕戈斯地雀喙形与食物的关系”的故事，而非进化论的完整理论。

跨学科特征显性化：优先选择体现多学科融合的案例。如“富兰克林风筝实验”不仅是物理学（电现象），还涉及气象学（雷电形成）与工程学（风筝设计），可关联“能量形式转换”的跨学科概念。

思维方法可迁移：素材需包含小学生可模仿的思维片段。例如，孟德尔用“统计豌豆性状”（数学）研究遗传规律（生物学），可引导学生模仿“用图表记录植物生长数据”。

2.2.1 情境再现：激活跨学科问题意识

通过动画、情景剧等形式再现科学史场景，提炼核心问题。例如，教学“系统与模型”概念时：

情境：播放“张衡发明地动仪”的动画，展示地动仪如何通过模型预测地震方向。

问题：“为什么张衡要做地动仪模型？模型和真实的地震有什么关系？”

2.2.2 问题拆解：明确跨学科探究任务

将核心问题拆解为涉及多学科的子任务。以“地动仪与模型”为例：科学任务：分析地动仪的结构与功能（如“龙嘴与蟾蜍的位置关系”）；数学任务：测量地动仪模型的直径、龙之间的角度；

美术任务：绘制地动仪简化模型，标注关键部件。

2.2.3 跨学科探究：体验科学家的思维方法学生分组完成子任务，教师提供科学史中的“思维提示”。例如：科学探究时，提示“张衡通过多次观察地震现象才改进模型，我们也可以

多做几次实验”；

数学测量时，引导“像张衡一样记录数据，看看有什么规律”；

美术绘制时，鼓励“画出你理解的地动仪，标注它如何‘工作’”。

2.3 设计跨学科实践活动：从历史到现实的迁移应用

2.3.1 模仿科学家的“跨学科探究法”

让学生运用科学史中的思维方法解决类似问题。例如，学习“达芬奇研究鸟类飞行”的故事后，设计“纸飞机飞行距离与机翼长度的关系”探究：

生物学视角：观察纸飞机“翅膀”形状与飞行的关系；

数学视角：测量不同机翼长度的纸飞机飞行距离并记录；

物理学视角：分析“机翼越长是否飞得越远”，理解“力与运动”的关系

2.3.2 开展“古今对话”主题项目科学史探究：了解司南的工作原理（磁现象）；

跨学科实践：用磁铁和指针制作简易司南（科学 + 手工），用地图标注“教室方位”（科学 + 地理 + 数学测量）；

现代链接：讨论 GPS 如何通过卫星（天文学）和数学定位，理解“方位识别”这一跨学科概念的古今演变。

2.4 构建多元化评价体系：关注概念理解与思维迁移

2.4.1 过程性评价：记录跨学科思维轨迹通过“科学史探究日志”记录学生的学习过程，包括：对科学史故事的理解（如“我知道瓦特为什么要改蒸汽机”）；跨学科方法的应用（如“我用尺子量了模型的长度”）；遇到的困难与解决方法（如“画模型时，我请教了美术老师”）。

2.4.2 成果性评价：侧重概念应用的完整性对学生的实践成果从三个维度评价：

概念理解：是否能说出“能量转换”在不同情境中的表现；

学科融合：成果是否体现多学科知识的应用（如报告既有实验数据又有手绘图表）；

创新迁移：是否能将概念应用到新情境（如“设计一个简单的能量转换装置”）。

结语

基于科学史的小学科学跨学科概念教学，通过筛选适配素材、设计“四维互动”流程、开展迁移实践、实施多元评价，能有效破解概念教学的碎片化问题。其核心价值在于：让学生通过科学史理解“跨学科概念如何产生”“为何重要”，通过模仿科学家的思维方法学会“如何应用”。实施中需注意：科学史素材要简化但不失真，学科融合要自然而非强制，评价要关注思维而非结果。

参考文献：

[1] 新时代小学科学教育发展路径探析 . 李贵安 ; 孙永辉 ; 王丹娜 . 中小学科学教育 ,2024(03)

[2] 多种途径促进小学科学教育路径探析. 申静. 甘肃教育研究,2024(03)

[3] 小学科学教育师资培养路径探析. 刘亚平. 戏剧之家,2022(03)