跨學科探索：數(shù)學學科助力科學學習的融通實踐策略

【摘要】數(shù)學是基礎性、工具性學科，與科學學科有著千絲萬縷的聯(lián)系。數(shù)學學科知識、數(shù)學思維方法等都可以成為學生學習科學學科的助力。文章先是剖析了科學學科與數(shù)學學科的相似性和課程內(nèi)容的交融性，再探討數(shù)學學科與科學學科的融通教學路徑，提出幾點教學策略，以期幫助學生建構完整的知識體系，全面提升學生的學科核心素養(yǎng)。

【關鍵詞】小學科學；小學數(shù)學；融通教學

作者簡介：陳芷苑（1997—），女，江蘇省蘇州市金閶實驗小學校。

《義務教育科學課程標準（2022年版）》（以下簡稱“課程標準”）提倡跨學科教學，要求教師融合其他學科內(nèi)容，促使學生融會貫通，建構知識體系，實現(xiàn)全面發(fā)展。眾所周知，數(shù)學是一門工具性學科，是研究自然科學的工具［1］。但是，部分小學科學教師忽視了科學學科與數(shù)學學科之間的關聯(lián)性，很少將數(shù)學知識、數(shù)學思想方法等融入科學課堂中。如此一來，就不利于學生將數(shù)學和科學知識融會貫通，也不利于學生的全面發(fā)展。在實施小學科學教學時，教師應把握科學學科和數(shù)學學科之間的關聯(lián)性，以科學課堂為依托，融入數(shù)學學科知識、思想、方法，引導學生跨學科學習，靈活遷移運用所學知識，夯實全面發(fā)展的基礎。

一、學科本質(zhì)相似性的剖析

把握科學學科與數(shù)學學科之間的關聯(lián)性，是開展跨學科教學的前提。兩門學科之間的關聯(lián)性具體表現(xiàn)在以下兩方面。

（一）學科性質(zhì)的相似性

數(shù)學是一門工具性學科，是探索自然科學最有力的工具，是一切自然科學的基礎。使用數(shù)學工具探究科學問題，可以增強科學研究的準確性、邏輯性和規(guī)律性。此外，科學學科和數(shù)學學科的研究方法十分相似，都是通過建立模型、演繹、類比、歸納等過程發(fā)現(xiàn)科學原理或數(shù)學規(guī)律。由此可見，科學學科與數(shù)學學科性質(zhì)相似，具有融合教學的良好基礎。

（二）課程內(nèi)容的交融性

小學數(shù)學課程由四大學習模塊構成，即數(shù)與代數(shù)、圖形與幾何、統(tǒng)計與概率、綜合與實踐。其中，綜合與實踐模塊以問題情境為基礎，以解決實際問題為重點。這里的實際問題就包含了科學問題。學生要能夠靈活應用各種數(shù)學知識和數(shù)學模型來解決科學問題。可以說，二者互為關聯(lián)、相互交融，學生要掌握一定的數(shù)學知識和數(shù)學方法，才能更好地解決科學問題。由此可見，數(shù)學知識是解決科學問題的有力工具。

二、數(shù)學學科與科學學科的融通教學路徑

基于科學學科與數(shù)學學科之間的關聯(lián)性，教師要采用適宜的策略，將數(shù)學知識有效融入小學科學教學中。

（一）依托教材，夯實融合基礎

數(shù)學學科是科學教學的助力［2］。科學教材是科學知識的載體，是教師組織教學內(nèi)容的入手點。教師要發(fā)揮跨學科思維，研讀科學教材，挖掘與之相關的數(shù)學元素，夯實融合教學的基礎。

以“船的研究”為例，這是教科版小學科學五年級下冊第二章的內(nèi)容。教材以船的演化史為線索，引導學生歷經(jīng)“浮的材料—沉的材料”“自然動力—機械動力”等發(fā)展過程，從不同角度認識船。本章共七個課時內(nèi)容，均涉及數(shù)學學科的相關知識。

比如，第四課時“增加船的載重量”的“探索”板塊要求學生將三張邊長為12cm的正方形鋁箔設計、制作成不同底面積的船，并比較其載重量。在設計、制作船時，學生就要運用到體積計算公式。物體的體積計算公式是小學數(shù)學課程的重要內(nèi)容。為完成以上任務，學生需要根據(jù)自己所制作的船的形狀，運用不同的立體圖形的體積計算公式計算出船的體積。教學時，教師帶領學生重溫了立體圖形的體積計算公式，將科學學科與數(shù)學學科有效融合起來，取得了較好的教學效果。

（二）創(chuàng)設情境，激發(fā)融通思維

建構主義理論指出，學習者的有意義建構，離不開情境。從教學角度而言，情境是教師根據(jù)教學內(nèi)容所營造出來的教學環(huán)境［3］。在小學科學課堂上，教師可圍繞科學教學內(nèi)容，創(chuàng)設跨學科教學情境。

以“比較相同時間內(nèi)運動的快慢”為例，這是教科版小學科學三年級下冊第一章的內(nèi)容。該課時重在引導學生在相同時間條件下比較不同物體運動的快慢。三年級學生在數(shù)學課堂上已經(jīng)了解過速度、時間、路程概念，掌握了計算速度、時間、路程的方法。立足于學生的數(shù)學學習情況和生活經(jīng)歷，教師利用交互式電子白板播放了一個視頻，內(nèi)容為正在草原上飛奔的動物。視頻內(nèi)容很快就吸引了學生的目光，不少學生在觀看時自覺地對比、判斷動物的運動速度。

視頻播放結束后，教師讓學生總結視頻中哪種動物跑得快，哪種動物跑得慢。學生結合視頻內(nèi)容，認真作答。接著，教師向?qū)W生提問：“大家是如何判斷出豹子跑得快，大象跑得慢的？”此時，教師鼓勵學生回憶學過的數(shù)學知識，嘗試用數(shù)學語言進行描述。有學生回答：“在相同的時間條件下，跑的路程長的動物跑得快。”教師總結道：“在相同時間內(nèi)，比較物體運動的距離，可以知道物體運動速度的快慢。”在教師創(chuàng)設的視頻情境中，學生活躍思維，遷移數(shù)學知識，解決了科學問題，建構了科學認知，增強了跨學科學習意識，夯實了融會貫通學科知識的基礎。

（三）實驗操作，實踐融通技能

實驗既是科學學科的基礎內(nèi)容，也是學習科學知識的有效方式［4］。實驗操作的過程，也是學生遷移運用知識的過程。教師要發(fā)揮教學引導作用，做好實驗指導。

以“用水計量時間”的教學為例，這是教科版小學科學五年級上冊第三章的內(nèi)容。在這節(jié)課上，學生要通過實驗了解水流速度變化的因素。在小學數(shù)學學習中，學生掌握了時、分、秒的概念，為學習本節(jié)課奠定了知識基礎。課堂上，教師組織學生進行實驗操作，引導學生遷移數(shù)學知識，解決問題，得出實驗結論。

在操作實驗“觀察水流速度”時，教師為學生提供了礦泉水瓶、鐵架臺、水等實驗材料，鼓勵學生以小組合作的方式完成實驗。實驗過程中，學生遷移生活經(jīng)驗，通過探討交流確定了實驗方案。如，有小組在礦泉水瓶瓶蓋上鉆了一個小孔，切除了礦泉水瓶的底部。將瓶口倒放，并倒入一定量的水，讓水從瓶蓋的小孔中緩緩流出。因為教師沒有提供計時工具，所以學生用數(shù)數(shù)的方式測量水流的速度，判斷流速是否均勻。通過觀察，學生發(fā)現(xiàn)：“一開始，水流連成一條線，慢慢地，水流像斷了線的珠子，之后，一滴一滴地向下滴。”由此，學生做出判斷：“從整體上看，水流的速度不均勻。但是，某一時間段內(nèi)的水流速度是均勻的。”

立足于此，教師引導學生進行第二個實驗—測量水流速度的變化。在此次實驗中，教師提供了實驗方案，讓學生根據(jù)方案自行安裝實驗裝置。同時，教師為學生提供了計時工具—秒表。實驗過程中，學生先運用數(shù)數(shù)的方式，預估水杯中的水積聚到50毫升所需的時長。之后，再利用秒表驗證自己的猜想。

在一次次實驗操作活動中，學生手腦結合，將數(shù)學知識和科學知識結合起來，認真分析，建構了科學認知，如“水流速度是變化的”“水位高度變化會引發(fā)水流速度變化”等，同時也對數(shù)學知識的實用性有了明確認知。

（四）生活實踐，擴大融通領域

實踐是學生學習和運用理論知識的重要途徑［5］。教師要立足于學生的學情，布置實踐任務，引導學生在實踐中運用科學知識和數(shù)學知識解決現(xiàn)實問題，積累生活經(jīng)驗。

以“測量氣溫”的教學為例，這是教科版小學科學三年級上冊第三章的內(nèi)容。通過課堂學習，學生認識了氣溫計，掌握了用氣溫計測量氣溫的方法。于是，教師設計了一個測量氣溫的實踐活動，布置任務：“請大家測量并記錄本周的氣溫，可任意選擇某一個時刻、某一地點，用氣溫計測量氣溫，記錄溫度，并制作折線統(tǒng)計圖，反映氣溫的變化情況。”折線統(tǒng)計圖能夠直觀呈現(xiàn)同一時間段內(nèi)的氣溫變化情況。借助折線統(tǒng)計圖，學生能夠直觀看到氣溫的波動情況，了解氣溫的變化情況。之后，教師把握課后服務時機，搭建成果展示平臺，鼓勵學生展示各自的任務成果。

通過開展實踐活動，學生能夠更好地將科學知識與數(shù)學知識融會貫通。在數(shù)學知識的支撐下，科學知識更具有直觀性和科學性。與此同時，學生通過開展生活實踐活動積累了生活經(jīng)驗，學會正確使用氣溫計測量氣溫，分析氣溫的變化情況。

（五）融合評價，發(fā)揮育人功能

教學評價是用于評估學生的學習目標達成度并促進學生有效學習的重要手段。傳統(tǒng)的教學評價模式存在重結果、輕過程、形式單一等問題。而項目化教學評價模式將課程標準、跨學科素養(yǎng)等納入考量范圍，重在評價學生在項目化活動中的表現(xiàn)，改變了以往用分數(shù)給學生貼標簽的做法，有助于促進學生的發(fā)展，充分發(fā)揮評價的育人功能。教師可在跨學科融通教學中運用這一評價模式對學生進行全方位評價。

其一，教師要依托課程標準，設計梯度性教學評價標準。如在“測量氣溫”這一課的評價環(huán)節(jié)中，教師可將“認識氣溫計并學會正確讀數(shù)，能夠繪制一周氣溫的表格、柱狀圖或折線圖，結合生活實際分析氣溫走向，找出氣溫變化的原因”作為“五星”評價標準；將“認識氣溫計并學會正確讀數(shù)，能夠繪制一周氣溫的表格、柱狀圖或折線圖，結合生活實際分析氣溫走向”作為“四星”評價標準；將“認識氣溫計并學會正確讀數(shù)，能夠繪制一周氣溫的表格、柱狀圖或折線圖”作為“三星”評價標準；等等。

其二，教師要將過程評價與跨學科融合評價相結合。教師要強化過程評價，探索增值評價，關注個體差異，根據(jù)評價結果以及學生的真實反饋來調(diào)整教學計劃，優(yōu)化教學活動，完善跨學科融通教學方案，培養(yǎng)學生的批判性思維和問題解決能力等，促進學生多方面能力的提升。

結語

對于教師而言，跨學科教學能夠助力教師突破單科教學的局限性，實現(xiàn)教學創(chuàng)新。對于學生而言，跨學科學習不僅可以拓寬知識面，還能夠開拓思維，借助其他學科的知識、方法解決問題。總而言之，科學學科與數(shù)學學科關系密切，數(shù)學學科是助力學生學好科學學科的強有力工具。在開展跨學科教學時，教師要緊扣科學學科與數(shù)學學科的關系，以科學教學內(nèi)容為基礎，深挖其中的數(shù)學內(nèi)容，繼而采取多樣的教學方法，如情境教學法、實驗教學法、生活化教學法等，設計多樣化的活動，讓學生通過體驗情境、開展實驗等方式自覺遷移所學知識，解決科學問題，建構更為多元的知識體系，實現(xiàn)學科間的融會貫通，進而夯實全面發(fā)展的基礎。

【參考文獻】

［1］盧華偉.基于“做思共生”理念的小學科學和數(shù)學融合教學實踐［J］.新課程研究，2022（26）：75-77.

［2］郁冬梅.“學習深度融合”：談小學數(shù)學與小學科學有效融合策略實踐［J］.數(shù)學大世界（上旬），2021（10）：29-30.

［3］浦潔.基于STEAM理念下小學科學與數(shù)學學科的融合［J］.啟迪與智慧（中），2021（8）：46.

［4］馬蘭.試析小學數(shù)學與小學科學的課程整合策略［J］.當代家庭教育，2021（4）：7-8.

［5］王雙雙.多學科交叉特征：小學科學與數(shù)學的整合教學探究［J］.科學咨詢（教育科研），2021（1）：290.