基于STEM的小学科学跨学科教学设计和教学策略

2022年4月教育部印发《义务教育科学课程标准（2022年版）》，强调小学科学是一门综合性学科，建议科学教师在教学过程中实施跨学科教学，尝试运用STEM教育。STEM教育理念主要包括跨学科综合、项目式学习、源于生活、真实情境、以学生为中心的主动实践、团队合作六个方面。基于STEM教育理念进行跨学科教学，有助于培养学生的创新思维与综合素养，也能促进教师专业发展，推动课程改革。基于此，本文以教科版小学科学四年级下册《植物的生长变化》单元为主要课程内容，探索基于STEM教育理念的跨学科教学实施路径。

一、跨学科教学目标设计

融合STEM教育理念，结合义务教育科学、语文、数学、艺术课程标准，制定跨学科教学的单元教学目标。

1.知道绿色开花植物的结构组成，这些结构具有帮助植物维持自身生存和繁殖的作用。

2.会栽培植物，基于研究需要制定观察计划，提升分析比较、归纳判断等思维能力。

3.通过文字、图表、图画等方法记录植物生长变化的信息，认识艺术与生活的广泛联系。

4.通过表格、统计图等方式整理信息，提升用数学工具解决问题的能力。

5.通过观察记录描述凤仙花的生长变化过程，提升语言文字运用能力。

6.形成跨学科意识，培养跨学科思维，提升自主探究、团队协作和创新能力。

二、跨学科教学设计与实施

基于STEM教育理念，围绕真实情境问题设计跨学科学习与活动，渗透多学科知识与方法，学生通过跨学科学习增长知识、发展思维、提升能力。

第1课以“种子的结构”为主题开展探究活动。在猜测和观察种子的内部结构环节，学生通过图画和文字进行分享，提升语言表达、艺术实践能力。在拓展环节，由美术教师指导学生制作种子贴画，提升学生的创意实践能力和审美情趣。

第2课以“种植凤仙花”为主题，学生在教师指导下种植凤仙花，感受劳动的乐趣。为解决真实情境问题“土壤是不透明的，如何观察种子萌发时的变化呢？”，学生各抒己见，引出第二个实践任务：制作种植杯来观察蚕豆种子的萌发过程，提高探究兴趣。针对问题“如何观察记录凤仙花的一生？”，学生想到测量高度、写观察日记、画图等方式，综合运用数学、语文、美术学科的知识技能，提升了跨学科意识和问题解决能力。

第3课以“种子萌发和根的作用”为主题，学生通过种植体验、观察记录、分享交流，了解种子萌发相关知识，进而通过实验探究根的作用。在实验设计环节，学生结合了生活常识和物理学知识来解决问题，排除实验的干扰因素。

第4课以“茎和叶的形态及作用”为主题，学生首先从数学角度来观察和记录凤仙花的生长情况，增强用数学眼光观察世界的意识。在探究茎和叶的作用环节，学生们根据生活经验交流分享，设计实验、收集证据、得出结论，提升科学探究能力。在拓展环节，由描述柳叶的古诗引导学生自己作诗，提高跨学科思考问题的意识和能力，感受多学科融合的学习情境。

第5课以“果实和种子”为主题，通过观察凤仙花果实的生长变化、解剖果实等活动，提升利用数学工具研究科学问题的意识和能力。最后，引导学生制作凤仙花植株各部位名称及作用的思维导图，综合科学、语文、美术学科所学，呈现兼具科学性、美观性的作品，进一步提升学生的跨学科学习、总结能力。

第6课以“种子的传播方式”为主题，从关于种子传播的课文出发，引导学生回顾植物种子的传播方式。在探究环节，学生近距离观察不同植物的果实和种子，猜测种子的传播方式，最后用气泡图或表格等数学工具，将不同植物的种子特征和传播方式对应起来。

第7课以“凤仙花的一生”为主题，由学生根据自己的观察记录进行分享汇报。学生们在记录过程中运用了文字、图画、照片、表格等方式，融合了各科所学呈现观察记录结果，提升了语言组织和表达能力，丰富了学习体验。探究凤仙花植株生长高度变化规律时，借助折线统计图，直观地呈现变化规律，提升了运用数学工具解决问题的意识和能力。最后，写一篇种植凤仙花的作文，回顾本章所学和种植体验，提升用语言文字表达美、表达情感的能力，培养热爱大自然的情感。

三、跨学科教学效果评价

跨学科教学效果评价以问卷调查的方式进行，包括课程满意度、综合素养达成情况、跨学科认识、学习效果的自我认知四大维度。

调查结果表明，基于STEM教育理念的跨学科教学，培养了学生的跨学科意识和综合运用知识解决问题的能力，加深了学生对科学与其他学科间联系的理解；提升了动手实践、审美创造能力；有利于培养学生的创新思维和跨学科思维，促进他们积极思考、积极表达；学生能够保持兴趣，更好地发现和解决生活中的问题，参与团队合作。

四、跨学科教学策略

1.基于真实情境开展学习活动

真实情境中的问题具有跨学科、情境性、实践性、创新性等特征，学生需要在真实问题解决中有意识地学习并创造性地整合不同学科的知识以解决问题，且真实情境更贴近生活，更能够激发学生的学习兴趣。

2.把握活动设计要点

在跨学科学习活动设计中，需要注重探究性、思维性、综合性、趣味性、开放性和迁移性，训练学生的高阶思维。学习内容应涉及不同学科，问题应有趣且开放，使活动中用到的知识技能容易迁移到其他情境。

3.加强学生团队合作

指导学生互动交流，团队合作。小组展示与交流评价，激发学生的学习主动性，以学生为中心，让思维相互碰撞，注重培养团队意识和合作精神。

4.评价多元，鼓励思考，发展思维

关注学生思维发展和过程表现，不仅关注学生对学科知识的理解，还要关注合作能力、审美情趣、跨学科思维等素养；给予正向反馈，鼓励学生积极思考、探索、表达，发展好奇心、想象力和创新精神。

5.开发综合资源，优选学习项目

联动各个学科，横向整合，搭建桥梁，创设教学情境，优选与学生兴趣和实际生活相关的项目，以及具有探究性、操作性和挑战性的项目。

总之，基于STEM教育理念的跨学科教学，应以真实生活情境中的问题为核心，指导学生通过小组合作进行探究实践、分享展示；注重学生兴趣培养和思维发展，通过正向评价学生的过程表现，鼓励学生积极思考，发展批判性思维、创新思维和跨学科思维；通过融合不同学科知识方法的探究实践，提升学生综合运用知识解决问题的能力。

注：本文系深圳市龙华区教育科学“十四五”规划青年课题“基于STEM的小学科学跨学科教学设计和教学策略研究”（编号：LHQN22178）的研究成果。