小学数学和科学整合课程教学设计

在核心素养导向的基础教育改革背景下，学科间的整合教学成为打破知识壁垒、培养学生综合能力的重要路径。小学数学与科学学科虽分属不同领域，但在探究方法、实践应用中存在天然的联结——科学探究需要数学的量化分析与逻辑推理，数学知识也需依托真实的科学情境实现深度迁移。本文立足教学实践，从理论依据、设计原则、案例开发及实施策略等维度，系统阐述小学数学与科学整合课程的教学设计思路，为一线教师提供可操作的实践范式。一、整合教学的理论支撑学科整合并非简单的内容叠加，而是基于学习科学理论的深度融合。建构主义学习理论强调，学生通过主动探究、协作交流建构知识体系，数学与科学的整合为学生提供了“做数学”“做科学”的真实场域。例如，在探究“影子的变化规律”时，学生需用数学的测量工具记录长度、用函数思维分析时间与影长的关系，在实践中建构几何测量与科学现象的认知联结。STEAM教育理念以“问题解决”为核心，倡导科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、艺术（Art）、数学（Mathematics）的跨学科协同。小学数学与科学的整合恰是STEAM理念的微观实践：科学提供探究主题（如“材料的吸水性”），数学提供量化工具（如统计不同材料的吸水重量、绘制对比图表），技术与工程思维则体现在实验装置的设计优化中，三者协同推动学生的深度学习。项目式学习（PBL）理论为整合教学提供了组织形式。以项目为载体，学生围绕“校园垃圾分类的优化方案”等真实问题，需运用数学的数据分析（统计垃圾种类占比）、科学的物质属性认知（可回收物的材料特性），在持续探究中实现知识的整合应用。二、整合课程的设计原则（一）目标协同性原则整合教学需明确数学与科学的目标关联点。科学课程的“探究能力”目标可分解为“提出假设—设计实验—收集数据—分析结论”，而数学的“数据分析观念”“运算能力”可嵌入其中：在“种子发芽率”实验中，学生需用数学的百分数计算发芽率（运算能力），用统计图呈现不同温度下的发芽数据（数据分析），实现“科学探究流程+数学工具应用”的目标协同。（二）情境真实性原则选取贴近学生生活或科学研究的真实情境，让知识应用有“锚点”。例如，以“家庭用电量的优化”为情境，科学维度探究电能的转化与节约方法，数学维度则需统计月度用电量（数据收集）、分析用电峰值（统计分析）、计算节能方案的成本效益（四则运算），让学生在解决真实问题中体会学科知识的共生价值。（三）活动探究性原则设计“做中学”的探究活动，让数学思维与科学实践深度交融。如“制作生态瓶”项目：科学层面需探究生物与环境的关系（生态系统组成），数学层面需计算容器容积（体积公式应用）、统计生物数量的动态变化（数据记录与分析）。学生在搭建生态瓶、持续观察记录的过程中，既发展科学探究技能，又深化数学建模思维。（四）评价多元化原则整合教学的评价需突破单一学科的评价框架，关注“知识整合度”“问题解决力”“协作创新力”等维度。可采用“三维评价表”：知识维度评价数学方法（如统计图表的规范性）与科学概念（如实验变量的控制）的掌握；能力维度记录学生在小组合作中提出问题、设计方案的表现；态度维度通过反思日记了解学生对跨学科学习的兴趣变化。三、整合课程的教学设计案例：“植物生长的数学密码”（一）主题背景植物生长是科学（生命科学）与数学（数据统计、图形分析）的天然结合点。本案例围绕“如何用数学方法探究植物生长的影响因素”展开，整合科学的“生物与环境”单元与数学的“统计与概率”单元，时长为3周（每周2课时）。（二）教学目标科学目标：能设计对照实验探究水分、光照对植物生长的影响，描述植物生长的基本规律。数学目标：掌握数据收集（表格设计）、统计分析（折线图绘制）、模型预测（根据生长趋势估算未来高度）的方法。整合目标：通过跨学科探究，发展“用数学语言解释科学现象”的能力，体会“量化分析—科学结论”的逻辑关系。（三）教学过程1.情境导入：问题驱动播放“植物工厂的智能种植”视频，引发思考：“现代农业如何精准调控植物生长？我们能否用数学工具探究身边植物的生长规律？”引导学生提出可探究的问题，如“水分多少会影响绿豆苗的高度吗？”“光照时间与生菜生长速度有什么关系？”2.探究准备：学科联结科学维度：教师讲解对照实验的设计原则（单一变量、重复实验），学生分组确定探究变量（水分、光照、土壤类型等），绘制实验装置图（如不同水量的种植杯、遮光/透光的种植箱）。数学维度：教师指导学生设计“植物生长记录表”，明确记录项目（日期、高度、叶片数、环境变量），讲解折线图的绘制方法（横轴为时间、纵轴为高度，标注变量分组）。3.实践探究：双线并行科学实践：学生按方案种植植物（如绿豆、生菜），每天观察并控制变量（如A组每天浇50ml水，B组浇100ml水），记录植物的形态变化（拍照、文字描述）。数学实践：学生每周测量植物高度（用直尺精确到毫米），将数据填入表格，每周五用Excel或手绘折线图呈现生长趋势，分析“变量组”与“对照组”的差异（如“浇100ml水的绿豆苗，第10天比浇50ml的平均高2.3cm”）。4.成果交流：整合建模小组汇报：各小组展示实验数据（表格、图表），用科学语言解释变量对生长的影响（如“光照不足导致生菜茎秆细长，因为植物会向光生长”），用数学语言描述趋势（如“随着浇水次数增加，番茄苗高度呈线性增长，斜率为0.8cm/天”）。班级建模：教师引导学生整合多组数据，建立“植物生长数学模型”（如高度=初始高度+生长速率×时间±变量影响值），并预测后续生长情况（如“若保持当前光照，生菜第15天的高度约为18cm”）。5.拓展延伸：生活应用布置实践作业：“用所学方法探究家庭盆栽的生长优化方案”，要求学生结合科学的“植物需求”与数学的“数据分析”，给家长提出养护建议（如“绿萝每周浇300ml水，放置在散射光处，预计每月长高15cm”）。四、整合教学的实施策略（一）教师协作：建立跨学科备课共同体数学与科学教师需打破学科壁垒，通过“主题共商—目标分解—活动设计—评价共建”的流程协同备课。例如，在设计“桥梁承重与三角形稳定性”主题时，科学教师负责“结构力学”的概念讲解，数学教师负责“三角形内角和”“图形测量”的知识迁移，共同开发“用吸管搭建桥梁，测试承重并计算结构效率（承重重量/材料用量）”的探究活动。（二）资源整合：开发跨学科学习包整合学科教具、数字化资源与生活材料，形成“学习包”。如“水的旅行”主题包包含：科学教具（水循环模型、滤纸/沙砾模拟过滤）、数学工具（量杯、量筒、流速记录表）、数字化资源（AR演示水循环过程）、生活材料（饮料瓶、软管制作“水利工程”模型），支持学生在“模拟降水—测量径流量—优化水利设施”的活动中整合两科知识。（三）分组策略：异质分组促进思维互补采用“2（数学优势生）+2（科学优势生）”的异质分组，确保小组内既有擅长数据处理的学生，也有擅长实验操作的学生。例如，在“小车运动的能量转化”探究中，数学优势生负责测量距离、计算平均速度，科学优势生负责设计实验（改变斜面高度、小车重量），通过角色互补实现知识的整合应用。（四）技术融合：数字化工具助力深度探究引入信息技术工具提升整合效率：用“问卷星”收集班级实验数据，用“Excel”快速生成统计图表，用“Scratch”编程模拟科学现象（如“模拟种子发芽的概率模型”）。例如，在“掷骰子模拟遗传性状”活动中，学生用Scratch编程记录不同组合的出现次数，用数学的概率知识解释遗传规律的随机性。五、整合教学的效果评估（一）知识掌握评估通过“双学科任务题”评估知识整合度。例如，给出“不同土壤种植的小麦产量数据”，要求学生：①用科学知识分析土壤类型对产量的影响（科学维度）；②计算平均产量、绘制柱状图并分析极值原因（数学维度）。对比传统单学科测试，整合任务的完成度可反映学生对知识关联性的理解。（二）能力发展评估采用“表现性评价”记录学生在探究活动中的关键行为：如“能否提出包含数学变量的科学问题（如‘摆长与摆动次数的函数关系是什么’）”“能否用数学模型解释科学现象（如‘用折线图说明温度对溶解速度的影响趋势’）”。通过课堂观察、小组报告等方式，评估学生的问题解决、协作交流、创新思维能力。（三）态度情感评估通过“学习日志”与“访谈”了解学生的情感变化。例如，某学生在日志中写道：“原来数学不是枯燥的计算，用它分析植物生长数据时，我能清楚看到浇水多的组长得更快！”访谈中，85%的学生表示“喜欢这种能动手又能算的课，觉得知识更有用了”，反映出整合教学对学习兴趣与应用意识的正向影响。六、结语小学数