“植物的生長變化”單元“四位一體”跨學科學習設計

〔摘" "要〕" 本文以教科版科學四年級下冊“植物的生長變化”單元教學為例，設計“觀察記錄+數據建模+藝術創作+勞動實踐”四位一體的跨學科學習項目，融合科學、語文、數學、美術、勞動教育等多學科知識，引導學生在真實情境中經歷“提出問題—觀察記錄—分析推理—實踐應用”的科學探究過程。通過構建“鳳仙花的生命之旅”主題項目，開發結構化觀察工具、數據建模任務、藝術創作活動和勞動實踐方案，形成可推廣的跨學科教學模式。實踐表明，該模式能顯著提升學生的科學觀念建構能力、科學思維發展水平與實踐創新能力，為小學科學核心素養培養提供可行路徑。

〔關鍵詞〕" 小學科學；跨學科學習；核心素養；植物生長

〔中圖分類號〕" G424" " " " " " " " 〔文獻標識碼〕" A" " " " 〔文章編號〕" 1674-6317" " （2025）24" " 0058-03

一、跨學科學習的教育價值

跨學科學習源于復雜性科學理論，強調打破學科壁壘，通過整合兩門及以上學科的知識體系、研究方法與思維模式，解決真實情境中的復雜問題。OECD教育研究與創新中心指出，跨學科具有三大特征：以現實問題為導向的知識重構、基于概念共通性的深度聯結、指向高階認知的遷移應用。與多學科的簡單拼貼不同，跨學科要求建立學科間的意義關聯，形成系統性認知框架。

21世紀核心素養5C模型（文化理解與傳承、審辨思維、創新、溝通、合作）的提出，推動全球課程改革走向整合化。我國《義務教育課程方案（2022年版）》明確要求“原則上各門課程用不少于10%的課時設計跨學科主題學習”，標志著學科融通已成為基礎教育改革的戰略方向，為科學核心素養的培養奠定了理論基礎。

二、學生科學核心素養的結構解析

根據《義務教育科學課程標準（2022年版）》，學生科學核心素養包含四維度。

科學觀念：理解物質科學、生命科學等領域的大概念（如生態系統、能量守恒）。

科學思維：運用模型推理、類比遷移等思維方法解決問題的能力。

探究實踐：設計實驗、工具使用、數據處理等過程技能。

態度責任：科學倫理、生態意識、社會責任感。

該框架延續了PISA科學素養測評“科學解釋現象、評價設計科學探究、科學解釋數據”三維結構，同時融入中國特色的“態度責任”維度，體現“知行合一”的育人導向，為跨學科學習活動的設計提供了明確目標。

三、跨學科學習設計

植物的生長變化涉及生命科學、地球科學、物質科學等多領域知識，其復雜性決定了單一學科難以實現深度理解。通過尋找科學與各學科在課標中的融合點發現，勞動課程“農業生產勞動”任務群要求3～4年級學生具有初步種植能力，提出要讓學生初步體驗簡單的種植、養殖、手工制作等生產勞動，能規范地使用常用的勞動工具，了解常用材料的作用與特征，對勞動過程中遇到的問題具有好奇心和探究欲望；語文課程“實用性閱讀與交流”中發展型學習任務群要求第二學段（3～4年級）學習用日記、觀察手記等展示自己觀察自然、探索科學世界的收獲；數學課程第二學段（3～4年級）學段目標中提出讓學生經過簡單的數據收集過程，了解數據收集、整理和呈現的簡單方法；美術課程要求第二學段（3～5年級）“融入跨學科學習”這一學習任務，明確提出要組織學生以個人或小組合作方式，將美術與自然、社會及科技相融合，探究各種問題，提高綜合探索與學習遷移的能力。為此，本研究以“鳳仙花的生命之旅——從種子到種子的120天”為主題，構建了融合多學科的活動框架。

（一）播種啟程：科學勞動協同共探生命之源

在播種準備階段，先在科學課堂上通過觀察種子了解種子結構特征，并對種子的萌發條件展開探究，以給播種創造最佳環境。播種前，組織學生收集資料掌握鳳仙花的習性及種植要求，并通過科學課與勞動課掌握播種要領與種植技巧形成種植計劃，利用學校的勞動基地，在勞動課上教師組織學生分組播種，并現場示范如何正確使用小鏟子翻土、用耙子平整土地，強調動作規范與安全事項。這一過程不僅培養了學生的勞動技能，更通過“感知—運動耦合”的具身認知，將抽象概念轉化為具象體驗。

（二）觀察記錄：科學語文協同共繪生長過程

觀察階段與語文課程深度融合，與語文教師合作開發結構化觀察日志模板，要求學生每周記錄定量數據（莖高、葉片數、溫度）和定性描述（用比喻句描述葉片形態變化），并提出可探究的科學問題。例如，學生寫“鳳仙花的新葉嫩綠嫩綠的，像剛出生的嬰兒般嬌嫩，葉片上的脈絡就像一條條細小的血管，為它輸送著養分”。同時，該學生還提出疑問：“為什么新長出來的葉子是嫩綠的，而老葉子顏色更深呢？” 教師將學生提出的問題整理出來，組織大家一起討論，引導學生思考問題背后可能的原因，通過“描述現象—比較分析—推理解釋—預測驗證”的問題鏈支架，促進科學思維可視化。

（三）數據建模：科學數學協同共析生長規律

數學課程中的數據收集與分析能力在本項目中得到充分應用。播種之后指導學生利用數學知識制定測量規范，如確定“莖高從土壤表面到頂芽”的測量標準，形成班級統一的鳳仙花生長數據采集手冊。這一階段旨在培養學生的實驗設計能力與工具使用技能，為后續觀察奠定基礎。

同時與數學教師協同設計數據建模任務。第4周，學生制作莖高變化折線圖，發現生長突增期；第6周，計算不同組別日均增長率，分析環境變量對生長速率的影響。教師指導學生處理異常數據，如發現“第5周數據驟降”可能因測量誤差或蟲害。通過數據可視化與建模分析，學生逐步理解植物生長的規律，發展科學推理與數學分析能力。

（四）藝術創作：科學美術協同共展生命之美

在成果整合階段，美術課程融入科學探究。與美術教師共同引導學生制作《鳳仙花生命圖鑒》，要求學生準確標注花萼、花瓣、雄蕊、雌蕊的解剖結構，同時運用水彩漸變表現葉片質感，以連環畫形式呈現傳粉過程。優秀作品如“彈射播種機關書”，通過拉動紙條演示種子彈射，兼具科學性與藝術性。這一活動不僅深化了學生對植物結構的理解，還培養了藝術表達能力與審美素養。

（五）勞動實踐：科學勞動協同共解種植難題

在種植過程中，有幾個小組的鳳仙花葉片出現了黃斑。教師抓住這個契機，組織學生開展探究活動。學生分組討論后，提出不同的假設并設計相應的實驗：A組認為可能是缺水導致，于是決定增加澆水頻率；B組推測可能是土壤缺鐵，準備補充硫酸亞鐵；C組覺得可能是有病蟲害，打算噴灑辣椒水試試。在接下來的幾天里，學生認真觀察并記錄鳳仙花的變化。經過一周的實驗，A 組發現增加澆水頻率后，鳳仙花的黃斑并沒有明顯改善；B組補充硫酸亞鐵后，部分葉片的黃斑有所減輕；C組噴灑辣椒水后，黃斑沒有變化，但出現了一些新的問題，葉片似乎受到了輕微損傷。學生根據實驗結果進行分析總結，最終形成了針對鳳仙花葉片黃斑問題的養護方案，也在實踐中學會了如何運用科學方法解決種植難題，增強了生態責任感。

（六）深度融合：多科協同共育核心素養

為促進跨學科深度融合，教師設計“校園植物角優化方案”綜合任務。學生以小組為單位開展工作，種植小組先運用科學知識對校園植物角現有的植物生長狀況進行分析，發現部分植物因光照不足生長不良。小組成員通過測量和計算，確定重新規劃種植區域的面積，并估算了購買新植物和肥料等的成本。美術小組則發揮特長，繪制了精美的植物角設計效果圖，規劃了不同植物的擺放位置和造型。語文小組將大家的想法和建議整理成詳細的方案建議書，闡述了優化植物角的目的、方法和預期效果。在整個過程中，各學科知識相互交融，學生充分發揮各自優勢，共同完成任務，有效提升了系統思維與創新能力。

四、成效與反思建議

（一）成效：促進學生核心素養的多維發展

通過為期12周的跨學科項目實踐，學生的科學核心素養有了顯著提升。在科學觀念方面，大部分學生能完整描述植物生命周期，并能用示意圖解釋光合作用；在科學思維方面，提出可探究問題的比例也有所提升，數據分析中考慮多變量因素的小組增加；在態度責任方面，通過種植活動學生表示“更懂得愛護植物”，并主動參與家庭種植活動。

合作能力與創新能力的提升尤為突出。例如，“晴天”組通過角色輪換（記錄員、測量員、匯報員）完成復雜實驗，體現了良好的團隊協作精神；一名學生發明“自動補水花盆”，利用棉繩毛細現象原理解決澆水難題，展現了創新思維與實踐能力。這些成果表明，跨學科學習不僅促進了學科知識的整合，還培養了學生的綜合素養。

（二）反思：優化跨學科學習的路徑

構建跨學科教研共同體。跨學科教學需要教師團隊的深度協作。建議每月組織一次聯合備課，科學教師主備，其他學科教師補充，共同開發“學科能力對應表”。例如，科學知識點“植物結構觀察”對應語文能力“說明文寫作”、數學能力“數據測量”、美術能力“科學繪畫”。通過明確學科分工與協同點，確保教學活動有機融合。

開發校本化資源包。為支持跨學科教學常態化，可開發以下資源：項目手冊，包含活動設計、評價標準、學生作品示例；教學視頻，如“解剖花朵”“數據建模”等微課；評價工具，如觀察日志評分表、跨學科作品量規。

強化過程性評價。采用“成長檔案袋”記錄學生各階段成果，設置“科學探究之星”“最佳合作獎”等多元獎項。例如，將學生的觀察日志、數據圖表、藝術創作、種植報告納入檔案袋，定期組織成果展示與互評活動，激發學生學習動力。

（三）展望：拓展跨學科學習的維度

縱向延伸。構建進階課程體系。開發“3～6年級植物主題進階課程”，如3年級側重植物結構觀察，5年級探索生態系統建模，6年級研究遺傳變異規律。通過螺旋式課程設計，實現科學核心素養的持續發展。

技術合作。探索智能化學習工具。引入AR技術輔助跨學科學習，如掃描繪畫觸發3D植物生長動畫，使用傳感器自動采集環境數據。這些技術手段不僅能增強學生學習的趣味性，還能提升探究效率與深度。

橫向拓展。推廣跨學科教學模式。將“種植鳳仙花”項目的成功經驗遷移至其他主題，如“昆蟲的世界”“天氣與氣候”等，探索跨學科視域下科學核心素養培養的普適路徑。

跨學科學習作為一種以真實問題為導向、以素養發展為目標的教學模式，為小學科學核心素養的培養提供了新的路徑。本研究以“種植鳳仙花”為主題，通過科學、語文、數學、美術、勞動等多學科協同，設計了一系列深度融合的學習活動，使學生在觀察記錄、數據建模、藝術創作、勞動實踐中建構科學觀念、發展科學思維、提升探究能力、內化態度責任。實踐表明，跨學科學習不僅促進了學科知識的有機整合，還培養了學生的合作能力、創新精神與實踐智慧。未來，隨著跨學科教學模式的不斷完善與推廣，小學科學教育將更加貼近生活、指向素養、賦能未來，為培養具有科學精神與創新能力的時代新人奠定堅實的基礎。

【本文系教育部福建師范大學基礎教育課程中心2024年開放課題“基于核心素養的小學科學和勞動教育融合實踐研究”的研究成果，批準號：KCA2024477】

參考文獻

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