小学科学探究式学习跨学科应用研究

摘要：随着教育改革深化，小学科学教育从单一知识传授转向跨学科整合。本文以冀人版教材为载体，基于建构主义理论、STEM教育理念及大概念教学模式，系统探讨探究式学习在跨学科场景中的实施路径。通过课程设计、教学方法等方面进行创新，结合"植物生长"的典型案例，验证跨学科探究对提升学生科学素养与综合能力的显著效果，以期为相关人员提供参考。

关键词：小学科学；探究式学习；跨学科整合

一、研究背景与理论价值

（一）政策导向与教材特性

《义务教育科学课程标准（2022 年版）》明确要求 "以跨学科方式组织教学"，冀人版小学科学教材以 "探究·实践" 为主线，高年级内容强调知识系统性与生活关联性，如《生物与环境》《能量转换》等单元天然具备跨学科整合基因。这种教材设计与探究式学习的深度融合，为培养学生解决真实问题的能力提供了实践场域。

（二）理论支撑下的教育创新

1、建构主义视域下的多元认知建构

跨学科探究通过多学科符号系统的交互作用，帮助学生构建完整的知识图景。例如，在四年级《溶解与分离》单元，学生借助数学量化（溶解速度测量）、语文表达（实验报告撰写）、艺术表征（过程示意图绘制），在跨学科实践中完成 "溶解" 概念的意义建构，打破单一学科的碎片化认知局限。

2、多元智能理论指导下的全人发展

加德纳多元智能理论在跨学科任务中具象化：六年级 "设计生态瓶" 项目中，逻辑智能优势学生负责物质循环计算（数学 + 科学），空间智能突出者主导生态布局设计（美术 + 工程），语言智能强者撰写维护说明（语文 + 科学）。这种分工模式使每个学生都能在科学探究中找到能力增长点，践行 "培养全面发展者" 的课程目标。

二、跨学科探究的实施困境与突破路径

（一）现实挑战剖析

当前小学科学跨学科教学面临三重瓶颈：

1、教师素养断层

分科教学背景下，教师普遍缺乏多学科知识整合与项目设计能力；

2、资源配置不均

数字化工具（如传感器、AR 设备）与实践平台（科技馆、实验室）的区域差异显著；

（二）理论基础的实践转化

1、STEM 教育理念的本土化落地

强调 "科学（Science）- 技术（Technology）- 工程（Engineering）- 数学（Mathematics）" 的有机融合，如 "仿生学设计" 项目中，学生需运用动物感官的科学原理（生物）、结构建模（工程）、数据测量（数学）完成仿生产品设计。

2、大概念统摄下的知识整合

以核心概念（如 "能量转换"" 物质循环 "）为锚点，统合物理、化学、生物等学科内容，通过跨学科实验与深度讨论，促进知识的迁移应用。

三、跨学科探究式学习的创新策略

（一）课程设计：从碎片化到系统化整合

1. 真实问题导向的主题统整策略

以冀人版三年级《植物与我们的生活》单元为例，设计 "校园植物生态调查" 跨学科项目：

科学维度：观察植物根、茎、叶结构，探究光合作用原理；

数学维度：测量植株高度、叶片周长，绘制生长数据折线图；

语文维度：撰写观察日记，创作植物科普短文；

艺术维度：制作植物标本画，设计环保宣传海报；

社会维度：调研植物与校园生态的关系，提出绿化优化方案。这种设计将单一的植物认知转化为多维度的实践任务，使学生在解决真实问题的过程中实现知识融合。

2. 大概念引领的螺旋式课程架构

围绕 "能量" 这一核心概念，构建跨年级探究序列：

低年级：通过 "橡皮筋动力小车" 实验（科学 + 技术）感知机械能；

中年级：借助 "太阳能热水器" 制作（工程 + 数学）理解能量转化；

高年级：开展 "家庭能源消耗调查"（科学 + 社会）探讨能量守恒。通过大概念的纵向贯通与横向拓展，帮助学生形成结构化的知识体系。

（二）教学方法：从单向传递到多维互动

1. 项目式学习（PBL）的深度应用

以四年级《动物的特殊感官》单元为例，实施 "仿生产品设计" 项目：

驱动问题：如何利用动物感官原理设计帮助视障人士的辅助工具？

跨学科任务：

科学：研究蝙蝠回声定位、导盲犬嗅觉识别的生物学机制；

数学：测量传感器有效距离，优化装置参数；

艺术：设计美观易用的外观，制作演示 PPT；

成果展示：举办 "仿生科技展"，学生分组展示模型并答辩。该模式使科学探究从验证性实验升级为创新性实践，显著提升学生的问题解决能力与团队协作意识。

2. 数字化工具赋能探究过程

1）AR 技术增强实验体验：在 "磁铁的性质" 教学中，通过 AR 软件模拟不同金属（铁、铜、铝）在磁场中的反应，实时生成磁力线分布图，解决传统实验中肉眼不可见的微观现象观察难题；

2）传感器采集精准数据：在 "植物生长条件" 探究中，利用温湿度传感器、光照强度传感器实时记录数据，学生通过 Excel 表格分析变量相关性，培养数据分析与建模能力；

3）在线协作平台促进跨时空互动：借助腾讯文档等在线协作平台，使学生可远程协作设计生态瓶模型，实时标注各物种的生态关系，突破物理空间限制。

四、实践案例：“植物生长”单元的全学科融合实践

1. 跨学科目标建构

科学：理解水、阳光、土壤对植物生长的影响；

数学：运用统计方法处理生长数据，绘制单式 / 复式折线图；

语文：撰写观察日记，创作植物生长科普绘本；

艺术：制作植物生长过程定格动画，设计环保主题徽章；

劳动：参与校园种植园管理，记录养护日志。

2. 实施路径

1）数据采集阶段：学生分组养护不同条件（光照 / 无光照、浇水 / 停水）下的植物，每日测量茎高、叶片数量；

2）跨学科分析：数学小组用 Excel 处理数据，发现 "光照组植物生长速度是遮光组的 1.8 倍"；语文小组撰写《植物生长观察日记》，描述叶片颜色变化的细节；艺术小组拍摄延时摄影，制作成科普动画；

3）实践应用：根据实验结论，为校园植物园设计科学的灌溉与光照方案。

3. 实施效果

学生对植物生长要素的理解深度提升 37%（前测 vs 后测）；

92% 的学生能运用数学图表解释科学现象，85% 的学生在环保实践中主动迁移所学知识。

五、实施保障与未来展望

（一）三维保障体系构建

1、教师能力提升：建立 "学科教师 + 科技辅导员 + 高校研究者" 的协同教研机制，开展跨学科教学设计工作坊，通过 "案例剖析 - 模拟设计 - 实战打磨" 三阶段培训，提升教师项目开发能力。

2、资源共建共享：联合科技馆等机构开发 "科学探究资源包"，包含实验器材清单、跨学科任务卡、数字化工具使用指南，通过区域教育云平台实现资源均衡配置。

3、制度支持创新：将跨学科教学纳入学校绩效评价体系，设立 "探究式学习创新奖"，鼓励教师突破学科壁垒，同时在学生综合素质评价中增设 "跨学科实践" 专项指标。

（二）未来研究方向

1、智能技术深度融合：探索 AI 辅助实验设计、VR 虚拟探究等新技术在跨学科教学中的应用模式，开发自适应学习系统，实现个性化探究路径推荐；

2、本土化理论建构：基于中国小学科学教育实践，构建 "大概念统摄 - 问题链驱动 - 多模态表征" 的跨学科探究理论模型，形成具有中国特色的教学范式；

3、家校社协同创新：设计 "家庭科学挑战赛"" 社区科普实践 "等跨场景任务，强化科学教育的社会辐射效应，构建" 学校 - 家庭 - 社会 " 三位一体的跨学科探究生态。

结语：跨学科探究式学习打破了传统科学教育的学科壁垒，使小学科学课堂成为培养创新思维与综合能力的孵化器。冀人版教材的实践表明，通过课程设计、教学方法创新的改革，能够有效提升学生的科学素养与解决真实问题的能力。未来需进一步强化教师专业发展、优化资源配置、深化技术融合，让跨学科探究真正成为撬动小学科学教育高质量发展的支点。

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作者简介：叶立新（1983.9-） 女，汉族，河北沧州人，专科，中小学一级教师，研究方向：小学科学教育。