指向探究能力培养的小学科学跨学科数字化教学

本文系桓台县教育科学“十四五”规划课题2023年度一般课题“小学科学数字化实验开发与应用研究”（课题编号2023HGJ038）阶段性研究成果。

摘要：跨学科教学是教育创新的一种形式，旨在融合多学科内容，促进学生全面发展。科学探究素养是学生运用科学知识和方法解决问题的能力，对其未来发展至关重要。但小学科学教育仍存在课程孤立、资源有限等问题，影响学生相关素养的发展。数字技术的介入为解决这一难题增加了可能性，教师利用互动科技、模拟实验软件等工具可创建更丰富的教学环境，激发学生的探究兴趣与创新思维。此外，教师应用数字技术还能有效融合科学、数学、信息技术等学科内容，设计具有挑战性的跨学科项目，帮助学生在解决实际问题中深化跨学科知识，提升科学探究能力。

关键词：数字技术；小学跨学科融合；学生科学探究素养

引言

在小学科学课堂中应用数字化技术，能更形象、更生动地呈现科学探究信息，创造出更真实、更安全的科学探究与实验空间，给学生提供更多元化的感官刺激，有效提高小学科学课堂对学生的吸引力。在小学科学课堂中，教师应持续探索数字化技术的运用，优化小学科学教学策略，培养学生的科学观察能力、探究能力、创新能力，实现小学科学课堂教学水平的综合性提升。

1小学科学跨学科教学的意义

1.1提高学生的综合素质

其一，能有效激发学生的学习兴趣。开展跨学科教学，可将科学知识与其他学科知识相融合，拓宽学生视野，让学生从多个角度学习和掌握知识，并能熟练运用，从而对科学知识充满强烈的探索欲望。其二，开展跨学科教学。跨学科教学鼓励学生从多元视角分析问题，引导学生观察和思考生活中的科学现象，运用所学知识解释这些现象，做到学以致用。其三，完善学生的知识结构。学生不仅能学习科学知识，还能接触其他学科知识，将各科知识串联起来，提升认知能力，实现知识的顺利迁移，进而具备良好的科学素养。其四，实现对创新人才的培养。向学生传授多元化知识，能提高学习效果，激发学生的创新意识，提升其创新能力，促进学生个性化发展。

1.2提高教师的综合素质

采用跨学科教学思想，教师能够拓展教学思路，将各学科知识有机结合，深入挖掘知识内涵，进一步优化教学计划和教学内容。教师还可对现有知识体系进行优化，发解更多知识，掌握更多新的教学技能，实现专业化成长，提升教学能力与综合素质。

1.3突破学科壁垒

跨学科教学旨在打破学科之间的界限，将不同学科的知识与理论方法相结合，把分散在不同领域的知识和技能联系起来，形成更完整、更深入的理解，弥补分科教育的不足，为解决问题提供更全面的视角。打破学科壁垒，整合学科知识，重构知识图谱，有利于培养学生的综合素质。

2小学科学跨学科学习的课程设计

2.1课程设计的原则与目标

小学科学跨学科学习的课程设计应遵循以下原则：第一，课程设计需注重学科间的融合与互补，确保不同学科知识能够无缝衔接，形成完整的知识体系。第二，课程设计应以学生为中心，关注学生的兴趣和需求，设计贴近学生生活实际、富有挑战性的课程内容。第三，课程编制应当蕴含创新及实践导向，激励学生借由亲自动手操作来加深理解，培育创新性思维与问题解决技能。核心目标在于提升学生的综合素质，涵括科学、人文、艺术等多个维度的素养。通过跨学科的教育模式，学生不仅能够吸纳科学知识，还能洞悉科学与社会、环境、文化的内在联系，构筑一个全面且深入的世界观及价值观体系。课程着重于锻炼学生的创新思维与实际操作能力，旨在培养他们独立思考、自我驱动学习的品质，并能应对实际挑战的能力。

2.2课程内容的整合与优化

在课程内容整合方面，小学科学跨学科学习应注重不同学科间的交叉与融合。例如，可以将生命科学、物质科学与地球科学相结合，设计以环境保护为主题的课程内容;也可以将技术与工程融入生命科学中，设计以生物技术创新为主题的课程内容。借助多学科知识与技能的融合，学生能更深层次地领悟科学现象及原理，建构起跨领域的知识体系。课程内容的优化需强调知识的完整性和逻辑连贯性，要求课程设计者深入挖掘各学科间的本质关联，保证课程编排能有序地引领学生逐步深入科学知识的堂奥。

2.3课程结构的构建与实施

小学阶段科学教育中跨学科课程体系的设计应涵盖主题导向学习、项目实践学习及探索性学习等多种教学模式。主题式学习以某一主题为核心，整合不同学科的知识和技能，形成完整的学习单元;项目式学习则强调学生在解决实际问题的过程中学习知识和技能;探究式学习则鼓励学生通过自主探索和合作学习来发现科学规律。在课程实施方面，应注重教学方法的多样性和灵活性，例如课程设计者运用讲解、演示、实验、讨论等方法，满足不同学生的学习特点和需求，激发学生的学习兴趣。

3小学科学跨学科推进的困境分析

3.1教学资源与时间受限制

小学科学课程本身课时有限，跨学科融合育人对教学资源、学习时间、学习空间都有更高的要求。但是小学阶段学生对科学课程缺乏足够的重视，在跨学科教学中学生往往难以投人足够的时间和精力进行科学探究，导致跨学科教学活动难以深人开展，学生获得的学习发现有限，无法有效发挥跨学科学习的作用。

3.2多学科课程整合的困难

在小学科学课堂推进跨学科融合教学，教师需要将不同学科知识进行有效整合，但是不同学科课程教学内容和教学进度存在差异，所以跨学科教学具有一定的困难。尤其是语文、数学等课程分别由不同教师任教不同的班级，而教师的教学方法存在差异性，多学科教学整合存在困难。

3.3学生认知水平存在差异

小学科学跨学科教学对学生知识储备、实践能力提出了更高的要求，但是不同学生的认知水平存在差异，还有很多学生可能会在跨学科学习中存在难以适应的问题，这些都对教师课程设计能力和教学引导能力提出了更高的要求。如何针对不同学生的认知水平，设计合适的跨学科教学活动，确保学生积极参与其中，是教师需要关注的问题。

4小学科学跨学科融合中应用数字技术的策略

4.1基于实验要求，构建虚拟实验场景

小学科学课堂建立在科学实验与探究活动的基础上，然而，相当一部分科学探究实验在现实中的可行性较低。一方面，实验成本过高，对环境或客观条件的要求较高，仅凭学校已有资源难以支持此类探究实验；另一方面，部分科学实验有一定的危险性，不适合小学生操作。这两种情况都会导致学生难以有足够的科学实验机会，而在科学实验教学中应用数字化技术，能构建虚拟实验场景，让学生在虚拟平台中参与实验，提高学生的课堂参与度。例如，在小学科学“力与运动”一课的教学中，由于本课涉及“绝对光滑”“摩擦力为0”等绝对理想环境，在现实中无法达到这些条件，传统教学模式只能凭借学生想象，因此，笔者给学生创造了虚拟实验场景。

4.2利用数字化传感器，提高实验质量

数字化传感器能全程记录学生在科学实验过程中的表现、各种条件下的实验现象，以及各物质变量的实时变化情况，能提高实验数据的准确性，使学生更顺利地完成科学实验探究活动。在小学科学课堂教学中，正确使用数字化传感器获取实验数据，能使学生获得更精确的实验数据，提高实验成功率，从而更快、更稳定、更高效地达成预期目标。因此，在小学科学实验活动中，教师要巧妙引入数字化传感器，将其视作基础的实验器材，让学生掌握准确利用数字化传感器精准获取、总结、分析数据的有效方法，提高实验质量。例如，在小学科学“风向和风力”一课的教学中，本课要求学生按规定流程进行操作实验，认真观察实验过程，记录风力大小的准确数值。

4.3学科融合中创设趣思情境

情境是一种带有情绪色彩的具体形象的场景，情境教学是一种借助真实场景进行教学的方式。情境教学有利于提高科学教学的直观性，增强学生的感性认知；有利于激发学生积极的情感和好奇心，调动学生科学学习兴趣，诱发学生发现和提出问题。情境的创设，从学生的兴趣爱好出发，从学生的认知特点出发，从学生的已有经验出发，选择能够激发学生兴趣，诱发学生思维的情境素材。好的情境应当是一种趣思情境，是融趣味性与思维性于一体的情境，是能够激发学生兴趣和启迪学生思考的情境。创设趣思情境的方法多种多样，其中有一种方式叫做学科融合，即将其他学科与科学学科融合起来，借鉴其他学科的内容、形式，利用其他学科情境创设的方法，创设出充满情趣的、富含思维价值的科学教学情境。譬如，在教学《冲出地球》时，教师可以讲述嫦娥奔月的故事，可以出示中秋赏月的诗篇，可以采取猜谜语的方式，借助语文元素，营造诗情画意的场景，调动学生的求知欲，巧妙自然地引入课题。学科融合法创设情境，二者优势互补，让情境更新颖、内容更丰富，达到激趣促思的效果。

4.4优化教学评价，丰富评价主体，推进跨学科学习成果可视化

在教学活动中，教学评价是其中的重要组成部分，更是直接反映教学成果的关键路径，传统的教学评价多发生于学习活动完成后，但实际上跨学科教学评价设计应当贯穿于整个教学过程，以达到理想化的效果。在课堂教学中，教师要从全方位、多角度评价学生的表现，及时记录学生展现出的观察能力、行为能力、实践能力以及跨学科思维能力，使其成为过程性评价的重要依据。在教学活动完成后，教师可以根据教学内容设计出相对应的单元测试卷，让单元检验成果成为学生终极性评价的重要组成部分。其次，教师要尽可能地丰富评价主体，让个人评价、同伴互评、家校共评等三个维度共同组成评价体系，促进学生综合能力的提升。例如：在创作抒发自己情感的诗词时，教师可以让学生交流自己的想法，互相评价不同的立足点与表达方式的不同成效，从而找到自己的优势与不足，进行取长补短。最后，跨学科评价结果应该是可视化、具体性的。在教学评价时，教师可以通过文本、绘画、思维导图、视频作品等多种方式展现学习成果，并根据学生的学习成果进行客观评价。如“设计保护植物的标语”任务中，教师可以设计评价表，从学生的设计成果是否美观、比例是否合适、是否反映出科学知识等方面进行评价。

结束语

总之，跨学科教学在小学科学课堂中的应用，让教学不再局限于单一学科知识讲解，而是让不同学科知识相互融合，为培养具有综合素养和创新能力的未来人才奠定了坚实基础。因此，教师应继续积极探索、不断实践，让跨学科教学在小学科学课堂中绽放更加绚丽的光彩。

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