基于STEM的小學科學跨學科教學設計和教學策略

2022年4月教育部印發《義務教育科學課程標準（2022年版）》，強調小學科學是一門綜合性學科，建議科學教師在教學過程中實施跨學科教學，嘗試運用STEM教育。STEM教育理念主要包括跨學科綜合、項目式學習、源于生活、真實情境、以學生為中心的主動實踐、團隊合作六個方面。基于STEM教育理念進行跨學科教學，有助于培養學生的創新思維與綜合素養，也能促進教師專業發展，推動課程改革。基于此，本文以教科版小學科學四年級下冊《植物的生長變化》單元為主要課程內容，探索基于STEM教育理念的跨學科教學實施路徑。

一、跨學科教學目標設計

融合STEM教育理念，結合義務教育科學、語文、數學、藝術課程標準，制定跨學科教學的單元教學目標。

1.知道綠色開花植物的結構組成，這些結構具有幫助植物維持自身生存和繁殖的作用。

2.會栽培植物，基于研究需要制定觀察計劃，提升分析比較、歸納判斷等思維能力。

3.通過文字、圖表、圖畫等方法記錄植物生長變化的信息，認識藝術與生活的廣泛聯系。

4.通過表格、統計圖等方式整理信息，提升用數學工具解決問題的能力。

5.通過觀察記錄描述鳳仙花的生長變化過程，提升語言文字運用能力。

6.形成跨學科意識，培養跨學科思維，提升自主探究、團隊協作和創新能力。

二、跨學科教學設計與實施

基于STEM教育理念，圍繞真實情境問題設計跨學科學習與活動，滲透多學科知識與方法，學生通過跨學科學習增長知識、發展思維、提升能力。

第1課以“種子的結構”為主題開展探究活動。在猜測和觀察種子的內部結構環節，學生通過圖畫和文字進行分享，提升語言表達、藝術實踐能力。在拓展環節，由美術教師指導學生制作種子貼畫，提升學生的創意實踐能力和審美情趣。

第2課以“種植鳳仙花”為主題，學生在教師指導下種植鳳仙花，感受勞動的樂趣。為解決真實情境問題“土壤是不透明的，如何觀察種子萌發時的變化呢？”，學生各抒己見，引出第二個實踐任務：制作種植杯來觀察蠶豆種子的萌發過程，提高探究興趣。針對問題“如何觀察記錄鳳仙花的一生？”，學生想到測量高度、寫觀察日記、畫圖等方式，綜合運用數學、語文、美術學科的知識技能，提升了跨學科意識和問題解決能力。

第3課以“種子萌發和根的作用”為主題，學生通過種植體驗、觀察記錄、分享交流，了解種子萌發相關知識，進而通過實驗探究根的作用。在實驗設計環節，學生結合了生活常識和物理學知識來解決問題，排除實驗的干擾因素。

第4課以“莖和葉的形態及作用”為主題，學生首先從數學角度來觀察和記錄鳳仙花的生長情況，增強用數學眼光觀察世界的意識。在探究莖和葉的作用環節，學生們根據生活經驗交流分享，設計實驗、收集證據、得出結論，提升科學探究能力。在拓展環節，由描述柳葉的古詩引導學生自己作詩，提高跨學科思考問題的意識和能力，感受多學科融合的學習情境。

第5課以“果實和種子”為主題，通過觀察鳳仙花果實的生長變化、解剖果實等活動，提升利用數學工具研究科學問題的意識和能力。最后，引導學生制作鳳仙花植株各部位名稱及作用的思維導圖，綜合科學、語文、美術學科所學，呈現兼具科學性、美觀性的作品，進一步提升學生的跨學科學習、總結能力。

第6課以“種子的傳播方式”為主題，從關于種子傳播的課文出發，引導學生回顧植物種子的傳播方式。在探究環節，學生近距離觀察不同植物的果實和種子，猜測種子的傳播方式，最后用氣泡圖或表格等數學工具，將不同植物的種子特征和傳播方式對應起來。

第7課以“鳳仙花的一生”為主題，由學生根據自己的觀察記錄進行分享匯報。學生們在記錄過程中運用了文字、圖畫、照片、表格等方式，融合了各科所學呈現觀察記錄結果，提升了語言組織和表達能力，豐富了學習體驗。探究鳳仙花植株生長高度變化規律時，借助折線統計圖，直觀地呈現變化規律，提升了運用數學工具解決問題的意識和能力。最后，寫一篇種植鳳仙花的作文，回顧本章所學和種植體驗，提升用語言文字表達美、表達情感的能力，培養熱愛大自然的情感。

三、跨學科教學效果評價

跨學科教學效果評價以問卷調查的方式進行，包括課程滿意度、綜合素養達成情況、跨學科認識、學習效果的自我認知四大維度。

調查結果表明，基于STEM教育理念的跨學科教學，培養了學生的跨學科意識和綜合運用知識解決問題的能力，加深了學生對科學與其他學科間聯系的理解；提升了動手實踐、審美創造能力；有利于培養學生的創新思維和跨學科思維，促進他們積極思考、積極表達；學生能夠保持興趣，更好地發現和解決生活中的問題，參與團隊合作。

四、跨學科教學策略

1.基于真實情境開展學習活動

真實情境中的問題具有跨學科、情境性、實踐性、創新性等特征，學生需要在真實問題解決中有意識地學習并創造性地整合不同學科的知識以解決問題，且真實情境更貼近生活，更能夠激發學生的學習興趣。

2.把握活動設計要點

在跨學科學習活動設計中，需要注重探究性、思維性、綜合性、趣味性、開放性和遷移性，訓練學生的高階思維。學習內容應涉及不同學科，問題應有趣且開放，使活動中用到的知識技能容易遷移到其他情境。

3.加強學生團隊合作

指導學生互動交流，團隊合作。小組展示與交流評價，激發學生的學習主動性，以學生為中心，讓思維相互碰撞，注重培養團隊意識和合作精神。

4.評價多元，鼓勵思考，發展思維

關注學生思維發展和過程表現，不僅關注學生對學科知識的理解，還要關注合作能力、審美情趣、跨學科思維等素養；給予正向反饋，鼓勵學生積極思考、探索、表達，發展好奇心、想象力和創新精神。

5.開發綜合資源，優選學習項目

聯動各個學科，橫向整合，搭建橋梁，創設教學情境，優選與學生興趣和實際生活相關的項目，以及具有探究性、操作性和挑戰性的項目。

總之，基于STEM教育理念的跨學科教學，應以真實生活情境中的問題為核心，指導學生通過小組合作進行探究實踐、分享展示；注重學生興趣培養和思維發展，通過正向評價學生的過程表現，鼓勵學生積極思考，發展批判性思維、創新思維和跨學科思維；通過融合不同學科知識方法的探究實踐，提升學生綜合運用知識解決問題的能力。

注：本文系深圳市龍華區教育科學“十四五”規劃青年課題“基于STEM的小學科學跨學科教學設計和教學策略研究”（編號：LHQN22178）的研究成果。