跨學科概念的教學設計與實施

科學課程標準提出了物質與能量、結構與功能、系統與模型、穩定與變化4個跨學科概念。跨學科概念強調對知識的綜合理解與運用，它立足學生的終身發展和社會發展需要，幫助他們將來面對真實問題時能綜合運用知識予以解決。

在小學階段，基于學生的認知能力，跨學科概念不應是硬性的學習指標，而應是滲透、初步理解。學生在學習過程中，通過親歷實踐活動逐步感知自然世界的事物存在著物質與能量、結構與功能、系統與模型、穩定與變化的關系，逐漸理解跨學科概念，并學習運用跨學科概念解釋更多的自然現象，解決現實世界的真實問題。

實現小學階段對跨學科概念的滲透教學，關鍵在教學設計。教師要對跨學科概念、核心概念、單元概念、課時概念之間的關聯有準確、清晰的理解與把握，要心中有大方向、大目標、大概念，要在著手設計每一課教學時將“大”化“小”。

一、設計跨學科概念與課時教學目標的關聯點

在設計教學時，教師要準確理解課時科學概念、單元科學概念、課程標準學習內容與要求、核心概念，要結合跨學科概念找到相關概念的實施路徑，直達課時教學目標。

1.研讀教材，明確學習內容

設計教學的起始是研讀教材，教師要認真研讀教材內容，理清單元內容的整體結構與邏輯，明晰每一課及各課之間的內容與聯系，初步確定單元學習目標和課時教學目標。五年級《溫度不同的物體相互接觸》一課所在的“熱”單元，各課主要學習內容如圖1所示。

2.學習課標，理解內容依據

課程標準是教材編寫的依據，指明了義務教育階段科學學習的13個核心概念和4個跨學科概念，規定了每一個核心概念下的具體學習內容及要求，還增加了學業要求、教學活動指導意見和學業質量標準。這些概念及要求，是教師制訂每一課教學目標的依據與指導。在設計教學前，教師要梳理本課教學內容在課程標準中隸屬于哪個核心概念，核心概念向上要理解的跨學科概念是什么，向下需要學會的具體內容及達到的要求、標準。教師只有深入學習課程標準，才能精準把握每一課的教學內容、目標，在教學中強化跨學科概念（如圖2）。

本課內容隸屬于核心概念“能的轉化與能量守恒”，向上需要理解的跨學科概念是物質與能量、穩定與變化，向下的具體內容要求是，舉例生活中常見的熱傳遞現象，知道熱從溫度高的物體傳向溫度低的物體。此外，教師還要了解學業要求和學業質量標準中針對熱傳遞現象學生應學習到的程度、學習后的學業表現。教師通過研讀課程標準，建立不同層級間的概念聯結，明確本課學習內容的編寫依據和把握程度，從而指導教學目標的設定。

3.結合學情，制訂學習目標

學情的準確把握對教學目標的精準制訂至關重要。教師只有準確把握學情，才能夠設計出適合學生的學習內容與方法，才有可能落實以學生為中心的教學理念。

課堂上，教師引入了“涼奶變熱”這一生活內容，學生的已有經驗包括：涼奶變熱常見的方法是放入熱水中，熱是從熱水傳給涼奶的，熱量變化導致溫度變化。學生不清楚的概念與探究方法包括：怎樣獲得證據認識熱是從熱水傳給涼奶的（要借助溫度的變化），怎樣從這個具體認識過渡到一般認識（物體間的熱傳遞現象），物體間存在著怎樣的能量轉移并具有穩定與變化的規律（指向跨學科概念）。教師明確了真實學情，就可以結合課程標準與教材要求制訂更精準的教學目標。

通過做冷熱水相互接觸的實驗，知道熱從溫度高的熱水傳向溫度低的冷水，并趨向于熱平衡；在持續的實驗觀察、對數據的分析中，初步理解物質與能量、穩定與變化這兩個跨學科概念。

通過對生活中常見現象的分析，知道不同溫度的物體之間存在熱傳遞現象，并能舉例說明。

教學目標是教學的方向與評價效果的“靶心”。教師在撰寫教學目標時，倡導具體表述，使其具有更強的指導性與針對性。目標一中，“通過做冷熱水相互接觸的實驗，知道……”指向的是課時概念目標，“在持續的實驗觀察、對數據的分析中，初步理解……”指向的是跨學科概念。目標二，側重從不同溫度的水過渡到一般物體，引導學生認識熱傳遞現象普遍存在，并舉例生活中的常見現象，做到學以致用，實現從概念向觀念（認識）的轉化與提升，進一步鞏固對跨學科概念的理解。

二、設計跨學科概念的落腳點

小學階段的跨學科概念不應是教師刻意去教，而應是學生通過親歷探究實踐活動，面對觀察到的具體數據、信息的分析，自己去感悟、初步理解。

本課中，教師在設計跨學科概念的落腳點時，可充分利用“冷熱水相互接觸”這一實驗，引導學生分析冷熱水溫度的變化數據與形成的折線圖，采用語言、比畫的方法，展開分析與研討，幫助他們理解熱量從熱水向冷水的轉移。學生通過曲線圖進一步觀察溫度變化的全過程，會發現冷熱水溫度呈現“快速接近—重合—一起逐漸降低”的規律（如圖3），從而認識熱水與冷水之間存在著能量轉移，且是一個從變化到穩定再到變化的過程。

本課旨在讓學生初步理解“物質與能量”“穩定與變化”兩個跨學科概念。學生對跨學科概念的理解，落實在具體的探究活動中，離不開教師針對跨學科概念進行有目標、有方法地設計教學。

三、設計學生是否學好、學會的評價點

課程改革強調從教好向學好、學會的轉變。以學生為中心，培養他們自主學習的能力是探究實踐這一核心素養的具體內容。如何判斷學生是否學會？采用怎樣的評價方式來實現“教—學—評”一體化？課程標準指出，小學階段要尤其重視過程性評價，將評價嵌入在學習過程中，可以通過觀察學生的各方面表現來進行評價。

本課中，除了采用課堂觀察的方式來評價教學效果外，還設計了有趣的活動來反映學生的學習效果。冷熱水相互接觸后溫度變化實驗是本課的重點探究活動，為了解學生對這一變化規律的掌握情況，教師設計了一個冷熱水相互接觸的小游戲“兩只手走向何方”——一名學生的手代表冷水，另一名學生的手代表熱水。當教師宣布游戲開始后，觀察學生兩只手的走向，來評價他們對冷熱水接觸后溫度變化規律的學習狀況。游戲不僅反映了教與學的效果，也促進了學生對知識的理解，幫助他們更好地理解課時概念和跨學科概念。

此外，語言表達也是反映學習情況的重要載體。課的最后，教師請學生說一說學習的收獲，引導他們表述學習收獲、理解跨學科概念，對今后的學習奠定基礎——物體（物質）間存在著熱量（能量）傳遞（轉移），呈現出“變化—平衡—變化”的特征。

四、設計跨學科概念的支撐點

科學課堂強調以可解釋的證據為導向的教學實踐，踐行以學生為中心的理念。數字化資源為學生自主收集、處理、呈現數據，獲取證據，開展基于證據的科學解釋提供了重要支撐。

目前，科學課堂利用傳感器助力數字化教學的方式比較多見。傳感器的使用能夠幫助學生更快、更準地收集和處理數據，為他們提供具體的數據支持，使他們可以更加深入地研究科學現象的本質和規律。這種從定性到定量的轉變，有助于概念建構，培養學生的科學思維、探究能力，發展核心素養。

教師可以在“冷熱水相互接觸”實驗中引入溫度傳感器，將傳感器與實驗器材、平板電腦分別連接，成為一個數字化系統（如圖4）。在教師的指導下，學生設置后系統每隔1分鐘（或更短的時間）獲取溫度變化的數值，同步在平板電腦上顯示，并自動生成溫度變化的曲線圖。這一數字化資源的使用，大大激發了學生參與科學探究的興趣，促進他們分析數據、得出科學結論，進而發展基于證據的科學解釋能力。

本課中，學生對跨學科概念的理解，很大程度借助于傳感器所提供的數據與曲線圖。數字化資源的使用，大大節省了學生收集、記錄數據并繪制曲線圖的時間，使他們有更多的時間基于獲得的數據進行分析、研討。教師也有較充分的時間引導學生分析、比較數據與曲線圖，幫助他們更好地理解“物質與能量”“穩定與變化”這兩個跨學科概念的內涵，實現數字化資源為科學學習賦能的目的。

結語

每一課的教學如何圍繞具體知識展開？怎么與跨學科概念進行聯系？教師要從教學目標、內容、方式以及評價等方面整體去架構、設計。數字化資源的運用，為學生提供更直觀的信息，促進他們對數據的分析與利用，達成對知識的深度理解，可助力實現課時概念建構與跨學科概念初步理解的關聯，有效發展核心素養。

（作者單位：天津市教育科學研究院）

參考文獻

[1]黃榮懷.數字技術賦能當前教育變革的內在邏輯——從環境、資源到數字教學法[J].中國基礎教育，2024（01）.