“模拟温室大棚”跨学科主题项目的设计与实践

李玉苹

〔摘    要〕  如何在新课标背景下有效地实践跨学科主题学习，是开展具体教学实践的关键问题。“模拟温室大棚”项目是将远东版四年级自然的单元主题内容和学生真实生活情境进行链接，挖掘其中可用于学生探究和实践的内容。学生在开展跨学科探究实践的过程中，主动将分学科知识进行融合，创造性地解决生活中的真实问题。本研究以“模拟温室大棚”为例，探索培养学生核心素养的载体和路径。

〔关键词〕  小学科学；跨学科主题项目；“模拟温室大棚”；探究实践

〔中图分类号〕  G424                〔文献标识码〕  A         〔文章编号〕  1674-6317    （2024）  14    037-039

《义务教育课程方案（2022年版）》指出，要优化课程内容结构和组织形式，设立跨学科主题学习活动，加强学科间相互关联，强化实践性要求。《义务教育科学课程标准（2022年版）》提到，在科学课程内，可以跨“课程内不同学科领域”或跨“学科核心概念”为主题组织学习内容和学习方式。如何在新课标下有效地实践跨学科主题学习是开展具体教学实践的关键问题。跨学科，简而言之就是跨越不同学科，以学科间有关的共同问题为研究对象，运用多学科的理论和方法，探讨解决真实问题的途径。小学科学是以培养学生科学素养为宗旨的科学启蒙课程，如何进行跨学科主题项目设计和实施？我们可以以现行的学科界限为基础，以合并、融合或广域课程的形式整合课程。

根据远东版四年级第二学期“能量”单元的学习内容，结合小学科学核心素养的基本要求，本研究将单元知识进行了跨学科活动的整合与设计。通过本单元的学习，学生知道植物的生长需要能量，结合本校四年级学生的认知水平，他们了解了影响植物生长的因素很多，有阳光、空气、水、温度等等。学生在真实生活情境中发现学校“一米菜园”中的蔬菜在面对季节变换中表现出许多不适应：春天雨水过多，低洼地方的蔬菜被淹死；夏天天气炎热干燥，浇水不及时让很多辛苦种植的蔬菜都因干旱而死；冬天天气寒冷，辛苦培育的大包菜被冻伤；向阳处的植物长势粗壮，背光处的则长得矮小……如何解决由于季节更替带来的雨涝、暑热、寒冻及光线强弱等环境条件改变引起的植物生长受创问题呢？我们将学生的单元学科知識植物生长需要能量和学生生活中植物生长受创的真实问题进行整合，设计了“模拟温室大棚”这个跨学科主题项目。

在真实问题驱动下，学生自主查阅了相关资料，小组进行讨论分工，教师则挖掘其中可用于学生探究与实践的内容。内容不能超过现有学生的认知水平，需贴近学生的生活实际，需要学生综合应用多学科知识、能力才能解决问题。

一、真实问题，整体设计

在解决实际问题的过程中学生发现，温室大棚要解决的问题比较多，根据本校四年级学生的认知水平和兴趣度，最终确定小组先解决大棚温度和水分的问题。从方案设计到模型搭建、实验测试、反思完善、项目展示等，学生自主探索，经历完整的科学探究过程。学生在实践中将自然（植物生长条件控制）、数学（PVC管长度计算、接头选择等）、美术（方案设计）、劳技（动手搭建）等各学科知识进行融合应用，利用跨学科的知识结构体系和思维方式，最终完成了“模拟温室大棚”的搭建。

“模拟温室大棚”项目主要包括六个课时的内容，模拟温室大棚：要素及问题（1课时）、模拟温室大棚模型搭建（1课时）、模拟温室温度和湿度控制探究（2课时）、完善模拟温室大棚（1课时）、项目成果展示交流（1课时）。整个项目围绕“如何解决由于季节更替等环境条件引起的植物生长受创”核心问题，将项目任务分解为“模拟温室大棚：要素及问题”“模拟温室大棚模型搭建”“模拟温室温度和湿度控制探究”“完善模拟温室大棚”“项目成果展示交流”。学生综合运用自然、数学、劳技、美术等多学科知识原理和方法，分析问题、设计方案、设计制作、实验测试、反思完善、得出结论，最后进行项目成果展示。

二、提亮特色，优化评价

（一）项目引领，激发学生探究兴趣

学生从亲身观察与种植体验中发现“一米菜园”植物生长过程中的问题，小组合作讨论解决办法，查阅资料进行设计，学生自主探究解决生活中的真实问题，改进的欲望来源于学生的问题发现与探究过程。整个过程以跨学科主题项目为载体，学生完整经历“发现问题—做出假设—设计方案—实验操作—得出结论”全过程，教师适时提供实验器材辅助以及方法指导，将更多的空间留给学生进行自主与合作探究。把课堂主体地位交给学生，充分体现了教师引导、学生为主体的教学模式，关注了学生创新意识的树立，落实了创新能力的培养。

（二）技术支持，启发学生创新意识

温控器、加热装置、雨水收集器等技术设备的支持，也是对传统实验的改进。温度传感器和湿度传感器的使用可以使得实验现象放大、加快，增强了实验的可视性。在教学实验中，注重通过实验再现科学发现的过程，让学生体验到“猜想—验证—归纳”的科学探究过程，初步掌握科学研究的方法。传感器的应用大大提高了探究过程的实效，使用数字化实验仪器能更准确地利用数据说明问题，培养学生严谨的科学态度。

（三）任务驱动，引导学生自主评价

教师引导学生项目研究的方向，学生根据驱动任务进行资料收集、设计制作、交流讨论、模型制作。在学习活动中，将任务与评价要求有机融合，是支持学生完成探究的有力保障。任务单上设计对应实验步骤和方法的评价单，通过评价引导学生明确活动要求，主动承担活动责任。这既是对教学资源开发与利用的促进，也能更好地引导和启发学生进行思考。

（四）对比实验，亲历科学探究过程

设计对比实验是一般科学实验中最基本的一种方法，但模拟大棚水分和温度问题比较复杂，学生根据实验测试结果，把问题聚焦于“种植盆内一次性浇多少水满足植物生长也节约水资源”和“温度过高和过低会对植物产生什么影响”。

水分探究小组在探究浇水量的问题上层层深入，根据实际分解问题，利用数学平均数的知识，设计测量时的每次浇多少水和最终一次性浇多少水的两个对比实验，分步解决最终问题。

温度探究小组在“温度过高或者过低会对植物产生什么影响”的问题上，设计对比实验，进行长周期观察记录，亲历整个实验过程，在活动中提高观察分析、实验操作的能力，逐步形成了计划为先、团队合作、科学严谨的规则意识。

三、跨学科融合，实践创新

（一）资源运用，促进教师和学生发展

在环境创设中充分运用跨学科知识资源、本土资源，拓宽教师思维，结合学校的地理特点，以开放式的梯田确保学生的实践空间。学生将各学科知识融合应用于真实生活，利用跨学科思维解决生活中的真实问题。学生与自然有一种天生的亲近感，好奇心与求知欲强，在发现问题的基础上开展以学生为主体的“模拟温室大棚”跨学科主题项目活动，将课堂所学应用于真实生活，让学生学会尊重身边的人和事物，促进自身全面发展。

（二）自主探索，助力学生思维发展

“模拟温室大棚”的建造是基于学生在“一米菜园”中发现植物生长问题而提出的解决办法。课堂上，学生是主体，自主选择感兴趣的跨学科主题进行研究，在探究水分和温度问题中不断发现问题和解决问题，提升解决问题能力。教师是课堂的引导者和协助者。最后经过探究，水分探究小组发现一次性浇400mL的水比较合适，温度探究小组发现20℃的温度最适合上海青幼苗的生长，5℃，35℃三天左右植物就有萎蔫死亡的迹象。

在后续的自主探索中，学生对模拟温室大棚进行了升级，利用简单编程学知识和植物光合作用的知识对大棚光照、智能浇灌系统进行初步探索。他们自主自发地继续探索温室大棚的条件，学会了探究的基本方法，为将来高阶思维的发展奠定了坚实基础。

（三）层层深入，激发学生探究欲望

学生搭建好“模拟温室大棚”的基本框架后，遇到了各种各样的新问题：从解决植物生长受创的问题到解决温室大棚水分和温度的问题再到一次性浇水量和大棚温度如何控制的问题……学生发现问题太多不能一次性解决，就分阶段完成。他们选择自己感兴趣的方向进行小组合作，探究解决温室大棚合适水分和温度的问题。在设计方案和模型搭建好后，实验测试又出现了新的问题，学生一步步深入，研究的問题越来越细化，最后把问题聚焦在探究“温室大棚一次性浇多少水合适”和“低温和高温会对植物产生什么影响”上。随着研究的深入，学生的探究欲望越来越强烈，将学科知识进行综合应用，在实践中大胆假设、不断验证，这也是本主题探究实践的意义所在。

（四）跨学科主题学习，落实核心素养培育

在项目设计和实施时要充分贯彻素养导向，有效结合学生生活中的真实问题，以核心素养培育为目标，将单元学习内容和学生真实生活情境进行链接，挖掘其中学生可用于探究和实践的内容。“模拟温室大棚”跨学科主题项目以学生在学校种植过程中发现的植物生长的真实问题为出发点，学生自主查阅资料、设计方案、实践创新、探索解决方法。学生在开展跨学科探究实践的过程中，主动将分学科知识进行融合应用，变个人学习为团队合作探究学习，创造性地解决生活中的真实问题。最终完成“模拟温室大棚”的搭建，创造性地解决了植物生长受创的问题，这既丰富了教学形式，也落实了学生核心素养的培育。

通过实践我们发现，在跨学科主题项目设计和实施时有效地将单元学习内容链接真实的问题情境，更能激发学生的自主探究欲望。学生在进行一个个主题式探索的过程中，可以有效地将各学科知识进行综合应用，利用跨学科的知识结构体系和思维方式开展学习探究。总之，跨学科主题项目打破了传统的学科边界，深度变革了学生的学习方式，是落实学生核心素养培养的最好载体和路径。

参考文献

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[2]顾婵，庞红梅.跨学科主题学习活动的设计与实施：以高中地理学科为视角[J].江苏教育（中学教学版），2022（6）：51-54.

[3]曹义琼.指向学科核心素养的单元教学设计实践探索：以氧化还原反应教学为例[J].教学管理与教育研究，2020（9）：93-94