指向跨學(xué)科概念“結(jié)構(gòu)與功能”的教學(xué)實(shí)踐

科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)首次提出了物質(zhì)與能量、結(jié)構(gòu)與功能、系統(tǒng)與模型、穩(wěn)定與變化等跨學(xué)科概念，要求學(xué)生通過核心概念的學(xué)習(xí)，理解跨學(xué)科概念。由于跨學(xué)科概念的廣泛解釋力和遷移性，一線教師特別認(rèn)同跨學(xué)科概念的重要價(jià)值。然而，如何理解跨學(xué)科概念的內(nèi)涵、怎樣落實(shí)跨學(xué)科概念以適應(yīng)小學(xué)生的年齡特點(diǎn)，以及如何在課堂教學(xué)中開展跨學(xué)科概念教學(xué)，對(duì)于一線教師而言仍具有極大挑戰(zhàn)。在三年級(jí)《我們衣服的材料》一課教學(xué)中，我們對(duì)課堂教學(xué)如何指向跨學(xué)科概念“結(jié)構(gòu)與功能”進(jìn)行了實(shí)踐研究。

一、教學(xué)分析，確定跨學(xué)科概念

本課涉及的核心概念及其在各學(xué)段的要求見表1，教材中的相關(guān)內(nèi)容分析見表2。

分析表1、表2，我們不難發(fā)現(xiàn)：本課上承一年級(jí)上冊(cè)“常見的材料”單元，下啟五年級(jí)上冊(cè)“沉與浮”“熱的傳遞”單元，在內(nèi)容上銜接連貫。學(xué)生通過系列內(nèi)容的學(xué)習(xí)，建構(gòu)“不同組成與結(jié)構(gòu)的物質(zhì)具有不同的性質(zhì)，物質(zhì)的性質(zhì)決定了其功能與用途”這一概念。

為落實(shí)核心概念，課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)不同學(xué)段的要求也有所不同。1～2年級(jí)，主要涉及對(duì)物體的外部特征進(jìn)行定性描述并簡單分類，旨在從整體來認(rèn)識(shí)物體和材料的外部特征。3～4年級(jí)，主要是通過觀察和實(shí)驗(yàn)，定量描述物體的特征或材料的性能，同時(shí)關(guān)注物體或材料的特性和結(jié)構(gòu)，并對(duì)其功能進(jìn)行猜測(cè)、驗(yàn)證。5～6年級(jí)，通過比較、分析現(xiàn)象，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究，并進(jìn)行科學(xué)解釋。本課的重點(diǎn)是通過觀察和實(shí)驗(yàn)，借助簡單工具，定量描述材料的性能。而材料的性能（透氣性、耐磨性、吸水性）是由其結(jié)構(gòu)來決定的，因此，我們將本課要落實(shí)的跨學(xué)科概念定位在“結(jié)構(gòu)與功能”上。

“結(jié)構(gòu)與功能”這一跨學(xué)科概念可以理解為，結(jié)構(gòu)與功能是系統(tǒng)的兩個(gè)方面，系統(tǒng)的功能常取決于某些關(guān)鍵部件的形狀和它們之間的關(guān)系，以及制造它們的材料特性。[1]結(jié)合學(xué)生的年齡特點(diǎn)，我們把物質(zhì)的結(jié)構(gòu)聚焦在宏觀結(jié)構(gòu)，而非微觀的分子結(jié)構(gòu)。為了更好地將跨學(xué)科概念“結(jié)構(gòu)與功能”落實(shí)在本課教學(xué)中，我們對(duì)其進(jìn)行了具體表述：制作內(nèi)衣和外衣的材料不同，不同的材料有不同的結(jié)構(gòu)，不同結(jié)構(gòu)的材料具有不同的功能，滿足人們不同的需求。

二、學(xué)情分析，明確教學(xué)思路

在認(rèn)知特點(diǎn)方面，三年級(jí)學(xué)生的思維正處在具體運(yùn)算階段，思維具有可逆性，能反向思考他們見到的變化并進(jìn)行前后比較，思考這種變化是如何發(fā)生的。這個(gè)階段中，學(xué)生的思維離不開具體事物的支持。

此前，學(xué)生在一年級(jí)“常見的材料”單元認(rèn)識(shí)了生活中常見的材料，如金屬、紙、玻璃、木頭、布、塑料等，并學(xué)習(xí)了比較材料性能的方法，能夠?qū)ι钪谐Ｒ姷牟牧线M(jìn)行簡單分類，并通過書寫或繪畫的形式進(jìn)行簡單記錄。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對(duì)生活中的各種衣服（滑雪服、消防服、泳衣、運(yùn)動(dòng)服等）很熟悉，但是對(duì)每種衣服的成分和不同材料做成的衣服的性能都了解不多。

通過以上分析，我們確定了本課的教學(xué)思路。首先，課前調(diào)查學(xué)生的衣服所用的材料，課上分享、交流，發(fā)現(xiàn)內(nèi)衣、外衣材料的規(guī)律，并提出問題“為什么制作內(nèi)衣大多使用棉質(zhì)材料，而制作外衣大多用合成纖維”。接著，圍繞這一問題，學(xué)生展開討論，猜測(cè)不同材料衣服的性能，設(shè)計(jì)并開展對(duì)比實(shí)驗(yàn)，探究棉、合成纖維兩種材料在吸水性、透氣性、耐磨性三方面的差異，進(jìn)而形成認(rèn)識(shí)“人們對(duì)內(nèi)衣、外衣的需求不同，因此制作內(nèi)衣、外衣所用的材料不同；不同材料的結(jié)構(gòu)不同，功能也不同”。最后，運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行應(yīng)用遷移：為自己設(shè)計(jì)一款衣服，參加“服裝設(shè)計(jì)比賽”。

基于對(duì)課程標(biāo)準(zhǔn)、教材、學(xué)情的分析，我們制訂了如下教學(xué)目標(biāo)。

科學(xué)觀念：知道制作內(nèi)衣和外衣的材料分別為棉、合成纖維，兩者的透氣性、吸水性、耐磨性不同；這些性能不同是由于不同的材料有不同的結(jié)構(gòu)，人們根據(jù)不同的需求選擇材料。

科學(xué)思維：通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)，運(yùn)用比較、分析的方法，了解棉、合成纖維的性能。

探究實(shí)踐：能夠基于課前調(diào)查結(jié)果提出問題，做出猜想，并通過觀察、對(duì)比實(shí)驗(yàn)，探究棉和合成纖維的不同性能。

態(tài)度責(zé)任：意識(shí)到衣服材料對(duì)于人們生活的意義，體會(huì)社會(huì)的發(fā)展促進(jìn)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，推動(dòng)材料的變遷，以滿足人們更廣泛的需求。

三、教學(xué)實(shí)施，落實(shí)跨學(xué)科概念

上課之前三天，我們?yōu)閷W(xué)生布置情境任務(wù)：下周，我們要開展“服裝設(shè)計(jì)比賽”，需要同學(xué)們提前做好準(zhǔn)備（找出自己最常穿的內(nèi)衣、外衣各3件），通過標(biāo)簽調(diào)查其所用的衣服材料，并記錄結(jié)果，小組內(nèi)統(tǒng)計(jì)。借助比賽調(diào)動(dòng)學(xué)生參與研究的興趣，為課上發(fā)現(xiàn)衣服材料的規(guī)律做好鋪墊。

1.情境導(dǎo)入，聚焦主題

談話：同學(xué)們，本周我們的“服裝設(shè)計(jì)比賽”就要開始了，為了同學(xué)們更好地發(fā)揮，現(xiàn)在我們玩一個(gè)小游戲：火眼金睛識(shí)衣服。

（教師播放游戲規(guī)則，并出示生活中多種衣服圖片，學(xué)生快速說出衣服的類別和功能。）

談話：同學(xué)們真是太棒了！不但能快速、準(zhǔn)確地識(shí)別這些衣服，還知道這些衣服的重要功能。那為什么它們的功能不一樣呢？

交流：制作這些衣服所用的材料不同；消防服是用防火布料做成的；運(yùn)動(dòng)服是用彈性大的布料做成的。

評(píng)析：通過游戲激發(fā)學(xué)生的探究興趣，通過設(shè)問引發(fā)他們思考不同衣服功能不同的根源，指向“制作衣服所用的材料不同”這一話題。

2.交流分享，提出猜想

談話：我們衣服的材料中蘊(yùn)含著哪些奧秘呢？課前我們做了相關(guān)調(diào)查。通過調(diào)查我們的內(nèi)衣、外衣的材料，基于統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，你們小組有什么發(fā)現(xiàn)？

交流：喜歡穿比較舒服的內(nèi)褲或者背心；喜歡穿結(jié)實(shí)的外套和褲子；喜歡穿比較漂亮的外衣；愛運(yùn)動(dòng)，所以喜歡穿吸汗、透氣的貼身衣服；喜歡穿有彈性的外衣，運(yùn)動(dòng)起來更加自如。

小結(jié)：通過小組匯報(bào)我們發(fā)現(xiàn)，制作內(nèi)衣的材料大多含有棉，制作外衣的材料多數(shù)含有合成纖維。通過課前調(diào)查、小組統(tǒng)計(jì)、全班交流，我們找到了內(nèi)衣材料和外衣材料組成上的不同特點(diǎn)，這種方法可以幫助我們更加深入地研究自己衣服的材料，為“服裝設(shè)計(jì)比賽”做準(zhǔn)備。

提問：為什么服裝設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)內(nèi)衣時(shí)大多選擇棉質(zhì)材料，而設(shè)計(jì)外衣時(shí)大多選擇合成纖維材料？作為服裝設(shè)計(jì)師，有必要采訪一下各位同學(xué)：你們喜歡穿什么樣的內(nèi)衣、外衣？

交流：課前調(diào)查發(fā)現(xiàn)內(nèi)衣大多含有棉，所以猜測(cè)棉質(zhì)材料可能更加透氣、吸汗、舒適，適合做內(nèi)衣材料；外衣大多含有合成纖維，所以猜測(cè)合成纖維材料可能比較結(jié)實(shí)耐磨、有彈性、防風(fēng)、能速干。

小結(jié)：結(jié)合生活中的穿衣經(jīng)驗(yàn)和剛才的采訪不難發(fā)現(xiàn)，人們喜歡穿透氣、吸汗的內(nèi)衣，喜歡結(jié)實(shí)、防風(fēng)、防雨、漂亮、速干的外衣。也就是說，我們對(duì)于內(nèi)衣、外衣的功能需求不同，可以推測(cè)：棉質(zhì)材料的透氣、吸汗舒適度方面會(huì)更好，而合成纖維材料的耐磨性會(huì)更強(qiáng)。

評(píng)析：學(xué)生通過課前調(diào)查發(fā)現(xiàn)內(nèi)衣、外衣材質(zhì)的差異，通過課上采訪了解大家對(duì)內(nèi)衣、外衣功能的不同需求，以“服裝設(shè)計(jì)師”這一角色為任務(wù)驅(qū)動(dòng)，主動(dòng)建立內(nèi)衣、外衣材質(zhì)與人對(duì)衣服功能需求之間的關(guān)聯(lián)，進(jìn)而提出有根據(jù)的猜想。

3.實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，得出結(jié)論

提問：棉、合成纖維這兩類材料的性能是否真的如大家所猜想的那樣呢？下面我們以耐磨性、吸水性、透氣性三方面性能為例進(jìn)行探究，你們打算怎樣設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證自己的猜想呢？在一年級(jí)學(xué)習(xí)了《紙》一課，同學(xué)們還記得吸水比賽這個(gè)實(shí)驗(yàn)嗎？你們可以用這個(gè)實(shí)驗(yàn)中的方法設(shè)計(jì)今天的對(duì)比實(shí)驗(yàn)嗎？

交流：檢驗(yàn)兩種衣料的耐磨性，可以取相同大小的兩種衣料，借助砂紙用相同的力度在上面摩擦，看把衣料磨破需要幾次，需要次數(shù)多的耐磨性好；可以用滴管在兩塊相同大小的衣料上滴相同體積的水，過一會(huì)，看哪種衣料上留的水少，就說明這種衣料的吸水性好；可以利用放大鏡觀察兩種衣料的孔隙，孔隙大說明透氣性好，孔隙小說明透氣性差。

小結(jié)：經(jīng)過小組討論，同學(xué)們確定了實(shí)驗(yàn)方案：兩種材料的吸水性可以用滴管分別取等量的水滴在兩種布料上，看水留在布料上的多少；檢驗(yàn)二者的耐磨性，可以借助砂紙，用相同的力度打磨相同的次數(shù)，看兩種材料的破損程度；透氣性，可以借助手電筒、放大鏡觀察兩種材料孔隙的大小進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

談話：現(xiàn)在就請(qǐng)大家開始實(shí)驗(yàn)，并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄在實(shí)驗(yàn)記錄單上（圖1為學(xué)生填寫的記錄單）。

小結(jié)：通過實(shí)驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)，不同衣服的材料結(jié)構(gòu)不同，其功能也不同，能夠滿足人們的不同需求。

談話：如今，衣服的種類越來越多，極大地滿足了人們不同的需求，給我們的生活帶來了便利。要想成為一名優(yōu)秀的服裝設(shè)計(jì)師，必然要研究衣服材料的發(fā)展趨勢(shì)，那么各式各樣的衣服材料是怎樣一步步發(fā)展而來的呢？請(qǐng)同學(xué)們自主閱讀科學(xué)書上的相關(guān)內(nèi)容。

交流：早期，人類用動(dòng)物的皮毛做衣服；后來，人們開始種植一些農(nóng)作物，他們就可以用棉、麻來做衣服了；隨著科技的發(fā)展，更多的材料出現(xiàn)了，不僅有天然的材料，還有人工合成的材料，我們可以制作出更多種類的衣服了，如滑雪服、演出服、運(yùn)動(dòng)服、宇航服等，滿足了人們不同的需求。

小結(jié)：看來，科技的進(jìn)步推動(dòng)了材料的發(fā)展，衣服材料的豐富提高了人們的生活水平，人們需求的不斷增長反過來又促進(jìn)了科技進(jìn)一步發(fā)展，科技、社會(huì)的發(fā)展是相互促進(jìn)的。

評(píng)析：通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)，學(xué)生證實(shí)了猜想，不同的材質(zhì)有不同的結(jié)構(gòu)（孔隙大小、線的強(qiáng)度），功能不同（吸水性、透氣性、耐磨性），進(jìn)而建構(gòu)概念，即“制作內(nèi)衣和外衣的材料不同，不同的材料有不同的結(jié)構(gòu)，不同結(jié)構(gòu)的材料具有不同的功能，滿足人們不同的需求”。

4.拓展延伸，鞏固所學(xué)

提問：通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，你對(duì)衣服材料有了哪些新的認(rèn)知？

（學(xué)生交流本節(jié)課的收獲和體會(huì)。）

談話：通過這節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們對(duì)衣服的材料有了更加深刻的認(rèn)識(shí)，接下來就請(qǐng)同學(xué)們運(yùn)用今天所學(xué)的知識(shí)，為自己設(shè)計(jì)一款最喜歡的衣服，并將你的設(shè)計(jì)思路清晰、完整地呈現(xiàn)在設(shè)計(jì)圖上（圖2為學(xué)生的服裝設(shè)計(jì)圖）。期待同學(xué)們?cè)凇胺b設(shè)計(jì)比賽”中的精彩表現(xiàn)！

評(píng)析：通過“服裝設(shè)計(jì)比賽”這一方式，激發(fā)學(xué)生探究衣服材料的興趣，并將課上學(xué)習(xí)的知識(shí)靈活運(yùn)用于生活中，內(nèi)化材料、結(jié)構(gòu)、功能、需求之間的內(nèi)在聯(lián)系，進(jìn)一步鞏固跨學(xué)科概念“結(jié)構(gòu)與功能”，同時(shí)激發(fā)他們的創(chuàng)新思維，助力他們思維的發(fā)展。

四、總評(píng)

教材第一部分呈現(xiàn)了各種各樣的衣服，并以“人們用什么材料制作衣服來滿足不同的需求”這一問題開啟探究。然而，三年級(jí)學(xué)生對(duì)于衣服的材料關(guān)注不多，對(duì)于衣服材料有哪些種類更是無從談起，但是，他們對(duì)于不同衣服的功能比較了解。所以，本節(jié)課以“服裝設(shè)計(jì)比賽”為平臺(tái)，以“火眼金睛識(shí)衣服”為導(dǎo)引，將他們的注意力自然引到制作衣服的材料上面。這既考慮到了學(xué)生的原有認(rèn)知基礎(chǔ)，又將枯燥無味的探究變得有活力。

教材中以“想一想，我們對(duì)內(nèi)衣、外套和外褲有什么要求？其制作材料應(yīng)該具有什么性能？”引導(dǎo)學(xué)生思考人們的需求與材料功能之間的關(guān)系，但是缺乏具體情境的支撐，很難激發(fā)出他們的探究興趣。本節(jié)課以服裝設(shè)計(jì)師現(xiàn)場(chǎng)采訪為抓手，收集學(xué)生關(guān)于穿衣需求的真實(shí)想法，進(jìn)而讓他們認(rèn)識(shí)到“我們對(duì)內(nèi)衣、外衣的功能需求不同，所以需要的材料也不同”，進(jìn)而將注意力轉(zhuǎn)移到“不同材料是否具有不同功能”這一關(guān)鍵性問題上，自然引出相關(guān)的對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

本課緊緊圍繞跨學(xué)科概念“結(jié)構(gòu)與功能”來展開教學(xué)。跨學(xué)科概念比較宏觀，需要學(xué)生經(jīng)過長期反復(fù)的學(xué)習(xí)才能建構(gòu)。本課以衣服材料為載體，將結(jié)構(gòu)與功能定位在物質(zhì)的宏觀結(jié)構(gòu)與性能上，符合三年級(jí)學(xué)生的年齡特點(diǎn)。通過設(shè)計(jì)有層次的活動(dòng)，從需求出發(fā)，探究性能、發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)，層層遞進(jìn)，讓學(xué)生體會(huì)“結(jié)構(gòu)與功能”的相關(guān)性，取得了良好的教學(xué)效果。

（作者單位：張桂梅，北京市石景山區(qū)金頂街第二小學(xué)；孫慧芳，北京教育學(xué)院數(shù)學(xué)與科學(xué)教育學(xué)院）

參考文獻(xiàn)

[1]胡衛(wèi)平，劉守印.義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）解讀[M].北京：高等教育出版社，2022.