小學科學跨學科探究教學案例一、案例背景與設計理念義務教育科學課程標準（2022年版）將跨學科實踐作為課程內(nèi)容的核心支柱，要求學生以真實問題為紐帶，整合多學科知識解決實際挑戰(zhàn)。本案例聚焦校園雨季積水、生態(tài)景觀單一等現(xiàn)實問題，引導學生融合科學、工程、數(shù)學、藝術等學科思維，設計并建造“雨水花園”，在實踐中發(fā)展科學探究、工程設計、數(shù)據(jù)分析與審美表達等綜合素養(yǎng)。二、教學目標與學科融合框架（一）核心目標1.科學認知：理解水循環(huán)（降水、下滲、徑流）、植物根系固土保水的生態(tài)原理，能分析雨水花園的環(huán)境調(diào)節(jié)功能。2.工程實踐：經(jīng)歷“問題分析—方案設計—模型建造—實景優(yōu)化”的工程流程，掌握雨水花園“滲濾層—種植層—集水層”的結構設計邏輯。3.數(shù)學應用：通過場地測量、比例尺繪圖、坡度計算，用數(shù)據(jù)支撐工程方案的合理性。4.藝術表達：結合植物色彩、形態(tài)與景觀布局，設計兼具功能性與審美性的雨水花園。5.綜合素養(yǎng)：在小組合作中提升溝通、決策與問題解決能力，增強校園生態(tài)保護的責任感。（二）跨學科融合邏輯學科領域核心知識/技能實踐載體-----------------------------------科學（生命/地球科學）水循環(huán)、植物生態(tài)適應性土壤滲水性實驗、植物選型調(diào)研工程（STEM）雨水花園結構設計、材料優(yōu)化模型制作、實地建造數(shù)學（測量/幾何）面積計算、坡度建模、比例尺繪圖場地測繪、設計圖紙繪制藝術（造型/色彩）景觀布局、植物搭配美學效果圖設計、實景美化三、教學實施過程（6課時，含課內(nèi)外實踐）（一）情境導入：發(fā)現(xiàn)校園“水問題”活動1：校園觀察與問題聚焦帶領學生實地觀察雨季校園低洼處積水、土壤板結、植物澇害等現(xiàn)象，拍攝照片、記錄數(shù)據(jù)（積水深度、持續(xù)時間）。結合科學課“水循環(huán)與水資源”單元，引導學生思考：“如何讓雨水‘留得住、用得好’？”設計意圖：以真實問題驅動探究，激活學生對水循環(huán)、生態(tài)保護的認知，為跨學科實踐搭建情境基礎。（二）知識探究：多學科視角解構問題1.科學課：“雨水去哪兒了？”實驗：對比沙質(zhì)土、黏質(zhì)土、腐殖土的滲水性，觀察“模擬降水”（噴壺灑水）后水分的下滲、徑流差異，繪制“土壤滲水性對比圖”。拓展：調(diào)研本地耐澇植物（如鳶尾、菖蒲）的根系結構與生態(tài)功能，制作“植物生態(tài)適應性卡”。2.數(shù)學課：“用數(shù)據(jù)設計合理方案”任務：測量擬改造區(qū)域的長、寬、坡度，計算面積與土方量；用比例尺（1:50）繪制場地平面圖，標注積水點、排水方向。延伸：小組討論“坡度如何影響雨水下滲？”，通過數(shù)學建模（坡度=高度差/水平距離）優(yōu)化設計參數(shù)（如坡度1%-3%）。3.工程+藝術課：“雨水花園的‘功能+美學’設計”工程維度：分析雨水花園三層結構（滲濾層：碎石+沙子；種植層：腐殖土+有機肥；集水層：透水磚+儲水罐），用樂高、紙箱等材料制作1:20的立體模型，模擬雨水徑流路徑。藝術維度：結合“四季景觀”主題，討論植物色彩（春：櫻花、迎春；夏：荷花、薄荷；秋：菊花、楓樹；冬：臘梅、松枝）與布局（高低錯落、疏密有致），繪制效果圖并闡述設計理念。（三）實踐建構：從模型到實景的轉化活動2：校園雨水花園建造分組分工：按“設計組（圖紙優(yōu)化）、工程組（土方開挖、材料鋪設）、種植組（植物栽培）、美化組（景觀裝飾）”劃分角色，教師提供安全工具（小鏟子、水平儀、手套）。關鍵環(huán)節(jié)：滲濾層鋪設：分層鋪碎石（10cm）、粗沙（5cm），用水平儀確保坡度（1%-3%）；植物種植：根據(jù)耐澇性、花期搭配原則，移栽調(diào)研篩選的植物，記錄種植位置與品種；成果美化：放置景觀石、木質(zhì)標識牌（學生手繪“雨水花園生態(tài)公約”）。（四）成果展示與評價多元評價體系：學生自評：填寫《實踐反思單》，記錄“我學到的知識”“我解決的問題”“我需要改進的地方”；小組互評：從“科學性（生態(tài)原理應用）、工程性（結構合理性）、藝術性（景觀效果）、合作性”四個維度打分，提出改進建議；教師評價：結合過程性資料（設計圖紙、實驗報告、建造視頻），重點關注“跨學科知識整合度”與“真實問題解決能力”。四、成果與反思（一）實踐成果1.物質(zhì)成果：建成20㎡校園雨水花園，雨季積水時長縮短70%，土壤有機質(zhì)含量提升15%；學生繪制的《雨水花園生態(tài)手冊》（含植物圖鑒、養(yǎng)護指南）成為校園科普資料。2.能力成果：學生能清晰闡述“水循環(huán)—土壤滲濾—植物固水”的邏輯鏈，工程設計中能結合數(shù)學數(shù)據(jù)優(yōu)化方案，藝術表達從“隨意搭配”轉向“功能與美學統(tǒng)一”。（二）教學反思1.優(yōu)勢：真實情境激活了學生的探究欲，跨學科任務讓知識從“碎片化”走向“系統(tǒng)化”；小組合作中，學生的角色分工（設計師、工程師、藝術家）自然融合，責任感與創(chuàng)造力顯著提升。2.改進方向：增加“長期觀測”環(huán)節(jié)（如每月記錄降水量、植物生長、土壤濕度），深化科學探究的持續(xù)性；拓展“社區(qū)聯(lián)動”，邀請園林設計師指導，增強實踐的專業(yè)性與社會價值。五、案例推廣價值本案例可遷移至“校園垃圾分類驛站設計”“校園微農(nóng)場生態(tài)循環(huán)”等主題，核心邏輯是“真實問題+多學科工具+實踐建構”。教師可結合校情（如地域氣候、校園環(huán)境問題）調(diào)整主題，重點關注：問題真實性：從學生身邊的生態(tài)、工程問題切入（如干旱地區(qū)的“雨水收集系統(tǒng)”、山區(qū)的“坡地固土工程”）；學科融合度：避免“學科拼盤”，需找到知識的“共生點”（如雨水花園中“科學的生態(tài)原理”與“工程的結構設計”互為支撐）；實踐可行性：控制材料成本（如利用校園廢棄物：飲料瓶做儲水罐