小学科学跨学科作业设计

跨学科主题学习作为推动学生全面发展的关键策略，正日益受到重视。义务教育课程方案要求各门课程需安排不少于10%的课时用于跨学科主题学习，这不仅强化了跨学科主题学习在教育体系中的核心地位，也为教育实践指明了方向。小学科学作为一门基础且综合性强的学科，其跨学科作业的设计与实施成了实现跨学科主题学习目标的重要环节。鉴于此，我们以“自制蒸汽小船”为例，探索跨学科作业设计。

一、跨学科作业内涵

跨学科作业是指涉及多个学科知识的作业任务，它是对学习资源的一种重新整合，是将新课程理念转变为一种具体的、可操作的教学举措。[1]其核心在于鼓励学生围绕特定主题或问题，整合多学科知识，通过综合运用不同学科的知识和技能来完成作业。

跨学科作业是对传统作业形式的一种革新，更是培养学生综合素养、提升解决实际问题能力的重要途径。它打破了学科之间的壁垒，促使学生在解决问题的过程中，灵活运用多学科知识，不断创新。通过跨学科作业，学生可以在实践中学习，将理论知识与实际操作紧密结合，从而加深对知识的理解和应用。

二、跨学科作业设计原则

基于对跨学科作业的内涵理解，教师设计跨学科作业时，可制订作业目标以促进学生全面发展，分析各学科间的内在联系，精选跨学科作业内容；可通过设置贴近生活的真实情境，创建任务导向型作业，激发学生探索兴趣；可打破传统时空限制，整合校内外资源，丰富作业形式；实施多维评价体系，全面评估学生表现，不断提升作业质量与教育效果。

1.核心素养导向，制订作业目标

核心素养是学生通过学科学习逐渐形成的价值观、必备品格和关键能力，为学习目标的制订提供了明确的方向和具体要求。学习目标是学生通过学习活动所要达到的学习成果，而作业目标是实现学习目标的具体途径和措施。在跨学科作业“自制蒸汽小船”中，我们深度融合核心素养，精心设置学习目标与作业目标（见表1）。学习目标聚焦学生综合运用各学科知识，培养学生创新思维与团队协作能力。作业目标则具体细化：科学方面，探究蒸汽动力原理，记录实验数据；技术方面，指导学生设计并制作小船模型，强调材料的选择与结构的稳定性；工程方面，要求学生优化小船性能；数学方面，融入比例尺绘图；艺术方面，鼓励创意涂装，展现团队特色。通过这一系列实践性作业目标，不仅巩固了学科知识，也促进了学生核心素养的全面发展。

2.设置真实情境，创建任务导向

真实情境是指在教学过程中，教师通过模拟真实的生活场景或创设虚拟的教学情境，使学生能够在其中体验和探索，从而提高实践能力和解决问题的能力。跨学科作业能够还原生活情境，注重学习与生活之间的联系，强调根据知识所处背景解决问题，让学生在情境中调用不同的学科经验构建知识体系，提升核心素养。[2]在作业设计中，我们通过创设“第一艘蒸汽船的启动”的历史情境，将学生置身于工程师角色中，面对真实存在的挑战任务：如何利用有限的资源设计出既高效又稳定的蒸汽动力装置？如何确保小船在水中能够平稳航行并达到预期的速度与距离？这些真实且具体的问题，构成了驱动学生探索与学习的强大动力。

3.打破时空限制，统整设计资源

跨学科作业设计打破了传统学习的时空界限，整合了线上线下、校内外及跨时空的丰富资源，为学生构建了多元化、真实、开放、自由的学习交往空间，打造了一个全方位的学习生态系统。在合作完成“自制蒸汽小船”的任务过程中，学生从教室走向图书馆、博物馆以及虚拟网络空间，将科学原理、技术应用、工程设计、数学计算等多领域知识融合。这种统整设计增强了学习的趣味性和实效性，还通过引入历史视角和社会议题，如蒸汽动力历史、环保与能源挑战，培养了学生的综合素养，扩展了他们的视野，促进了知识的深度整合与创新应用，加深了他们对现实世界的认知与责任感。

4.提供支架扶持，促进学习进阶

跨学科作业基于真实情境，对学生而言有一定的复杂性和难度，需要教师提供充足且有效的学习支架。学习支架是指基于最近发展区理论，教师在教学过程中为学生提供的引导、支持与帮助，以促进他们从实际水平向潜在发展水平提升。有效的、适当的、及时的学习支架，不但能支持学生的自主、合作、探究等诸多学习活动，而且能提高学生的学习动机，激发其学习兴趣与认知参与。[3]在一系列学习支架的支持下（见表2），[4]学生不仅完成了蒸汽小船的制作，更在过程中实现了从知识接受者到主动思考者、实践者、分析者和决策者的华丽蜕变。

三、跨学科作业实施

小学科学跨学科作业，旨在通过融合科学、技术、工程和数学等多领域知识，培养学生的综合素养与创新能力。“自制蒸汽小船”作业以设计并制作蒸汽小船为核心，围绕情境创设、前期研究、设计方案、模型制作迭代以及综合评估五大环节，构建了一套系统化的作业实施框架。作业实施过程不仅加深了学生对科学原理的理解，更在实践中锻炼了他们的工程思维及技术运用与团队协作能力。

1.情境创设，引入挑战

作业设计是知识传授的延伸，也是激发学生探索兴趣与创造力的关键途径。该作业构建了引人入胜的历史情境——18世纪末，苏格兰工程师狄格瑞的“夏洛特·道格拉斯号”蒸汽船在工业革命的洪流中破浪前行。通过赋予学生“工程师的小助手”这一角色，引导他们沉浸式地参与到人类航海技术革新的伟大历程中，进而引出“设计并制作一艘蒸汽小船”的工程挑战任务。

2.前期研究，方法指导

面对“自制蒸汽小船”这一综合性工程挑战，教师需要引导学生进行系统的前期研究。首先，通过图书馆、网络资源等途径，查阅蒸汽船的历史文献、技术资料，观看相关纪录片，了解蒸汽船的技术革新及其对航海史的影响。其次，组织在线讨论或小组讨论，鼓励学生分享各自的研究成果，深化对蒸汽船构成材料、动力系统运作机制等核心要素的理解。同时，教师引导学生将理论知识与现实生活相联系，思考如何利用身边的材料模拟实现蒸汽船的关键功能，如蒸汽机的简易制作、船体结构的稳定性设计等。在此过程中，教师提供必要的指导和前期研究任务单（如图1），帮助学生形成初步的设计思路，为后续的设计、制作奠定基础。

3.设计方案，迭代优化

基于前期扎实的研究基础，学生团队正式步入蒸汽船设计的核心阶段。在这一阶段，学生的首要任务是开展蒸汽船的整体形态、尺寸比例以及内部空间布局的初步设计（如图2），并在此基础上进行持续的迭代与优化，以确保设计更完善。与此同时，学生还需全面考虑材料选择、成本估算以及安全性能等多个关键维度，通过科学合理的决策过程，力求在成本控制与效益最大化之间找到最佳平衡点。这一挑战不仅检验了学生的专业知识掌握程度，更对其团队协作能力、创新思维及问题解决能力提出了更为严苛的要求。学生需携手并进，共同应对设计过程中的复杂性与不确定性，以期在蒸汽船设计阶段取得创新性成果。

4.模型建构，迭代优化

在完成蒸汽船的初步设计后，研究顺利推进至实践制作与性能检验阶段。此阶段，学生积极运用自带材料以及教师精心准备的补充资源，共同投入到蒸汽船模型的建构之中。这一过程要求学生准确理解设计图纸，更需巧妙地将理论知识转化为实际操作，通过切割、组装、调试等一系列精细工序，将创意蓝图逐步转化为实体模型。完成模型建构后，学生随即进行了全面的性能测试（如图3），并根据反馈对其进行了必要的调整与改进。他们或是优化结构布局以提升航行稳定性，或是调整蒸汽发生系统以增强动力输出，每一步改进都凝聚着团队的智慧与汗水。同时，学生还充分发挥创意，对模型进行了艺术化美化处理，使其不仅具备出色的功能性，更展现出独特的审美价值。

<G：＼K＼科学课＼2025＼1期＼2025.1内文＼Image＼image3_1.jpeg>

图3  蒸汽小船航行时间测试

5.综合评估，反思提升

该作业在收尾阶段特别强调综合评估与深度反思的重要性，旨在借助全面展示与多元化评价策略，促进个人与团队的专业成长与发展。在此阶段，小组成员需系统地整理并呈现一系列过程性资料，包括前期研究材料、设计图稿、测试结果记录及最终作品等，并借助PPT汇报、实物展示和视频解说等多样化的展示手段，生动展现研究过程与成果。为确保评估的全面性与客观性，教师可安排多元化的评价主体参与评估活动，并依据预先设定的评价量规（见表3），对研究过程及成果进行全面而深入的评估。通过量化评分与质性反馈相结合的评价方式，不仅能够直观地反映小组在各项评估指标上的表现水平，还能够深入挖掘其背后的优势与不足，为后续的研究与学习提供宝贵的参考与指导。

结语

“自制蒸汽小船”作业引导学生经历从情境创设、前期研究、设计方案、模型建构到综合评估的完整学习过程，不仅促进了他们对科学、技术、工程和数学等多领域知识的深度融合与应用，还显著提升了他们的设计思维、实践能力、创新能力和团队合作能力。

跨学科作业设计不仅能够打破学科壁垒，增强学科间的相互支撑与补充，还能激发学生的学习兴趣与内驱力，使他们在解决问题的过程中不断探索、尝试与反思，最终实现知识向能力的转化。同时，这种综合性的学习方式也为小学科学教师提供了新的教学视角与策略，推动了教学方法与手段的创新与发展。

[项目：厦门市“市管区培”专项学科带头人课题“小学科学跨学科大单元作业的设计和实践研究”，批准号：XIXDSM2023020131]

（作者单位：福建省厦门市前埔南区小学）

参考文献

[1]石萍.小学语文跨学科作业的设计策略[J].小学教学参考，2009（19）.

[2]韩东.跨学科作业：内涵、特征及设计策略——以小学数学为例[J].中小学课堂教学研究，2022（11）.

[3]王洪鑫.中小学教师在MOOC课程学习中的理解水平分析[D].烟台：鲁东大学，2021.

[4]张瑾.STEM+教育中学习支架设计研究[J].现代教育技术，2017（10）.