小学科学跨学科探究教学案例

小学科学跨学科探究教学案例一、案例背景与设计理念义务教育科学课程标准（2022年版）将跨学科实践作为课程内容的核心支柱，要求学生以真实问题为纽带，整合多学科知识解决实际挑战。本案例聚焦校园雨季积水、生态景观单一等现实问题，引导学生融合科学、工程、数学、艺术等学科思维，设计并建造“雨水花园”，在实践中发展科学探究、工程设计、数据分析与审美表达等综合素养。二、教学目标与学科融合框架（一）核心目标1.科学认知：理解水循环（降水、下渗、径流）、植物根系固土保水的生态原理，能分析雨水花园的环境调节功能。2.工程实践：经历“问题分析—方案设计—模型建造—实景优化”的工程流程，掌握雨水花园“渗滤层—种植层—集水层”的结构设计逻辑。3.数学应用：通过场地测量、比例尺绘图、坡度计算，用数据支撑工程方案的合理性。4.艺术表达：结合植物色彩、形态与景观布局，设计兼具功能性与审美性的雨水花园。5.综合素养：在小组合作中提升沟通、决策与问题解决能力，增强校园生态保护的责任感。（二）跨学科融合逻辑学科领域核心知识/技能实践载体-----------------------------------科学（生命/地球科学）水循环、植物生态适应性土壤渗水性实验、植物选型调研工程（STEM）雨水花园结构设计、材料优化模型制作、实地建造数学（测量/几何）面积计算、坡度建模、比例尺绘图场地测绘、设计图纸绘制艺术（造型/色彩）景观布局、植物搭配美学效果图设计、实景美化三、教学实施过程（6课时，含课内外实践）（一）情境导入：发现校园“水问题”活动1：校园观察与问题聚焦带领学生实地观察雨季校园低洼处积水、土壤板结、植物涝害等现象，拍摄照片、记录数据（积水深度、持续时间）。结合科学课“水循环与水资源”单元，引导学生思考：“如何让雨水‘留得住、用得好’？”设计意图：以真实问题驱动探究，激活学生对水循环、生态保护的认知，为跨学科实践搭建情境基础。（二）知识探究：多学科视角解构问题1.科学课：“雨水去哪儿了？”实验：对比沙质土、黏质土、腐殖土的渗水性，观察“模拟降水”（喷壶洒水）后水分的下渗、径流差异，绘制“土壤渗水性对比图”。拓展：调研本地耐涝植物（如鸢尾、菖蒲）的根系结构与生态功能，制作“植物生态适应性卡”。2.数学课：“用数据设计合理方案”任务：测量拟改造区域的长、宽、坡度，计算面积与土方量；用比例尺（1:50）绘制场地平面图，标注积水点、排水方向。延伸：小组讨论“坡度如何影响雨水下渗？”，通过数学建模（坡度=高度差/水平距离）优化设计参数（如坡度1%-3%）。3.工程+艺术课：“雨水花园的‘功能+美学’设计”工程维度：分析雨水花园三层结构（渗滤层：碎石+沙子；种植层：腐殖土+有机肥；集水层：透水砖+储水罐），用乐高、纸箱等材料制作1:20的立体模型，模拟雨水径流路径。艺术维度：结合“四季景观”主题，讨论植物色彩（春：樱花、迎春；夏：荷花、薄荷；秋：菊花、枫树；冬：腊梅、松枝）与布局（高低错落、疏密有致），绘制效果图并阐述设计理念。（三）实践建构：从模型到实景的转化活动2：校园雨水花园建造分组分工：按“设计组（图纸优化）、工程组（土方开挖、材料铺设）、种植组（植物栽培）、美化组（景观装饰）”划分角色，教师提供安全工具（小铲子、水平仪、手套）。关键环节：渗滤层铺设：分层铺碎石（10cm）、粗沙（5cm），用水平仪确保坡度（1%-3%）；植物种植：根据耐涝性、花期搭配原则，移栽调研筛选的植物，记录种植位置与品种；成果美化：放置景观石、木质标识牌（学生手绘“雨水花园生态公约”）。（四）成果展示与评价多元评价体系：学生自评：填写《实践反思单》，记录“我学到的知识”“我解决的问题”“我需要改进的地方”；小组互评：从“科学性（生态原理应用）、工程性（结构合理性）、艺术性（景观效果）、合作性”四个维度打分，提出改进建议；教师评价：结合过程性资料（设计图纸、实验报告、建造视频），重点关注“跨学科知识整合度”与“真实问题解决能力”。四、成果与反思（一）实践成果1.物质成果：建成20㎡校园雨水花园，雨季积水时长缩短70%，土壤有机质含量提升15%；学生绘制的《雨水花园生态手册》（含植物图鉴、养护指南）成为校园科普资料。2.能力成果：学生能清晰阐述“水循环—土壤渗滤—植物固水”的逻辑链，工程设计中能结合数学数据优化方案，艺术表达从“随意搭配”转向“功能与美学统一”。（二）教学反思1.优势：真实情境激活了学生的探究欲，跨学科任务让知识从“碎片化”走向“系统化”；小组合作中，学生的角色分工（设计师、工程师、艺术家）自然融合，责任感与创造力显著提升。2.改进方向：增加“长期观测”环节（如每月记录降水量、植物生长、土壤湿度），深化科学探究的持续性；拓展“社区联动”，邀请园林设计师指导，增强实践的专业性与社会价值。五、案例推广价值本案例可迁移至“校园垃圾分类驿站设计”“校园微农场生态循环”等主题，核心逻辑是“真实问题+多学科工具+实践建构”。教师可结合校情（如地域气候、校园环境问题）调整主题，重点关注：问题真实性：从学生身边的生态、工程问题切入（如干旱地区的“雨水收集系统”、山区的“坡地固土工程”）；学科融合度：避免“学科拼盘”，需找到知识的“共生点”（如雨水花园中“科学的生态原理”与“工程的结构设计”互为支撑）；实践可行性：控制材料成本（如利用校园废弃物：饮料瓶做储水罐