指向跨學科概念“結構與功能”的教學實踐

科學課程標準首次提出了物質與能量、結構與功能、系統與模型、穩定與變化等跨學科概念，要求學生通過核心概念的學習，理解跨學科概念。由于跨學科概念的廣泛解釋力和遷移性，一線教師特別認同跨學科概念的重要價值。然而，如何理解跨學科概念的內涵、怎樣落實跨學科概念以適應小學生的年齡特點，以及如何在課堂教學中開展跨學科概念教學，對于一線教師而言仍具有極大挑戰。在三年級《我們衣服的材料》一課教學中，我們對課堂教學如何指向跨學科概念“結構與功能”進行了實踐研究。

一、教學分析，確定跨學科概念

本課涉及的核心概念及其在各學段的要求見表1，教材中的相關內容分析見表2。

分析表1、表2，我們不難發現：本課上承一年級上冊“常見的材料”單元，下啟五年級上冊“沉與浮”“熱的傳遞”單元，在內容上銜接連貫。學生通過系列內容的學習，建構“不同組成與結構的物質具有不同的性質，物質的性質決定了其功能與用途”這一概念。

為落實核心概念，課程標準對不同學段的要求也有所不同。1～2年級，主要涉及對物體的外部特征進行定性描述并簡單分類，旨在從整體來認識物體和材料的外部特征。3～4年級，主要是通過觀察和實驗，定量描述物體的特征或材料的性能，同時關注物體或材料的特性和結構，并對其功能進行猜測、驗證。5～6年級，通過比較、分析現象，設計實驗進行探究，并進行科學解釋。本課的重點是通過觀察和實驗，借助簡單工具，定量描述材料的性能。而材料的性能（透氣性、耐磨性、吸水性）是由其結構來決定的，因此，我們將本課要落實的跨學科概念定位在“結構與功能”上。

“結構與功能”這一跨學科概念可以理解為，結構與功能是系統的兩個方面，系統的功能常取決于某些關鍵部件的形狀和它們之間的關系，以及制造它們的材料特性。[1]結合學生的年齡特點，我們把物質的結構聚焦在宏觀結構，而非微觀的分子結構。為了更好地將跨學科概念“結構與功能”落實在本課教學中，我們對其進行了具體表述：制作內衣和外衣的材料不同，不同的材料有不同的結構，不同結構的材料具有不同的功能，滿足人們不同的需求。

二、學情分析，明確教學思路

在認知特點方面，三年級學生的思維正處在具體運算階段，思維具有可逆性，能反向思考他們見到的變化并進行前后比較，思考這種變化是如何發生的。這個階段中，學生的思維離不開具體事物的支持。

此前，學生在一年級“常見的材料”單元認識了生活中常見的材料，如金屬、紙、玻璃、木頭、布、塑料等，并學習了比較材料性能的方法，能夠對生活中常見的材料進行簡單分類，并通過書寫或繪畫的形式進行簡單記錄。通過調查發現，學生對生活中的各種衣服（滑雪服、消防服、泳衣、運動服等）很熟悉，但是對每種衣服的成分和不同材料做成的衣服的性能都了解不多。

通過以上分析，我們確定了本課的教學思路。首先，課前調查學生的衣服所用的材料，課上分享、交流，發現內衣、外衣材料的規律，并提出問題“為什么制作內衣大多使用棉質材料，而制作外衣大多用合成纖維”。接著，圍繞這一問題，學生展開討論，猜測不同材料衣服的性能，設計并開展對比實驗，探究棉、合成纖維兩種材料在吸水性、透氣性、耐磨性三方面的差異，進而形成認識“人們對內衣、外衣的需求不同，因此制作內衣、外衣所用的材料不同；不同材料的結構不同，功能也不同”。最后，運用所學知識進行應用遷移：為自己設計一款衣服，參加“服裝設計比賽”。

基于對課程標準、教材、學情的分析，我們制訂了如下教學目標。

科學觀念：知道制作內衣和外衣的材料分別為棉、合成纖維，兩者的透氣性、吸水性、耐磨性不同；這些性能不同是由于不同的材料有不同的結構，人們根據不同的需求選擇材料。

科學思維：通過對比實驗，運用比較、分析的方法，了解棉、合成纖維的性能。

探究實踐：能夠基于課前調查結果提出問題，做出猜想，并通過觀察、對比實驗，探究棉和合成纖維的不同性能。

態度責任：意識到衣服材料對于人們生活的意義，體會社會的發展促進科學技術進步，推動材料的變遷，以滿足人們更廣泛的需求。

三、教學實施，落實跨學科概念

上課之前三天，我們為學生布置情境任務：下周，我們要開展“服裝設計比賽”，需要同學們提前做好準備（找出自己最常穿的內衣、外衣各3件），通過標簽調查其所用的衣服材料，并記錄結果，小組內統計。借助比賽調動學生參與研究的興趣，為課上發現衣服材料的規律做好鋪墊。

1.情境導入，聚焦主題

談話：同學們，本周我們的“服裝設計比賽”就要開始了，為了同學們更好地發揮，現在我們玩一個小游戲：火眼金睛識衣服。

（教師播放游戲規則，并出示生活中多種衣服圖片，學生快速說出衣服的類別和功能。）

談話：同學們真是太棒了！不但能快速、準確地識別這些衣服，還知道這些衣服的重要功能。那為什么它們的功能不一樣呢？

交流：制作這些衣服所用的材料不同；消防服是用防火布料做成的；運動服是用彈性大的布料做成的。

評析：通過游戲激發學生的探究興趣，通過設問引發他們思考不同衣服功能不同的根源，指向“制作衣服所用的材料不同”這一話題。

2.交流分享，提出猜想

談話：我們衣服的材料中蘊含著哪些奧秘呢？課前我們做了相關調查。通過調查我們的內衣、外衣的材料，基于統計數據，你們小組有什么發現？

交流：喜歡穿比較舒服的內褲或者背心；喜歡穿結實的外套和褲子；喜歡穿比較漂亮的外衣；愛運動，所以喜歡穿吸汗、透氣的貼身衣服；喜歡穿有彈性的外衣，運動起來更加自如。

小結：通過小組匯報我們發現，制作內衣的材料大多含有棉，制作外衣的材料多數含有合成纖維。通過課前調查、小組統計、全班交流，我們找到了內衣材料和外衣材料組成上的不同特點，這種方法可以幫助我們更加深入地研究自己衣服的材料，為“服裝設計比賽”做準備。

提問：為什么服裝設計師設計內衣時大多選擇棉質材料，而設計外衣時大多選擇合成纖維材料？作為服裝設計師，有必要采訪一下各位同學：你們喜歡穿什么樣的內衣、外衣？

交流：課前調查發現內衣大多含有棉，所以猜測棉質材料可能更加透氣、吸汗、舒適，適合做內衣材料；外衣大多含有合成纖維，所以猜測合成纖維材料可能比較結實耐磨、有彈性、防風、能速干。

小結：結合生活中的穿衣經驗和剛才的采訪不難發現，人們喜歡穿透氣、吸汗的內衣，喜歡結實、防風、防雨、漂亮、速干的外衣。也就是說，我們對于內衣、外衣的功能需求不同，可以推測：棉質材料的透氣、吸汗舒適度方面會更好，而合成纖維材料的耐磨性會更強。

評析：學生通過課前調查發現內衣、外衣材質的差異，通過課上采訪了解大家對內衣、外衣功能的不同需求，以“服裝設計師”這一角色為任務驅動，主動建立內衣、外衣材質與人對衣服功能需求之間的關聯，進而提出有根據的猜想。

3.實驗驗證，得出結論

提問：棉、合成纖維這兩類材料的性能是否真的如大家所猜想的那樣呢？下面我們以耐磨性、吸水性、透氣性三方面性能為例進行探究，你們打算怎樣設計實驗來驗證自己的猜想呢？在一年級學習了《紙》一課，同學們還記得吸水比賽這個實驗嗎？你們可以用這個實驗中的方法設計今天的對比實驗嗎？

交流：檢驗兩種衣料的耐磨性，可以取相同大小的兩種衣料，借助砂紙用相同的力度在上面摩擦，看把衣料磨破需要幾次，需要次數多的耐磨性好；可以用滴管在兩塊相同大小的衣料上滴相同體積的水，過一會，看哪種衣料上留的水少，就說明這種衣料的吸水性好；可以利用放大鏡觀察兩種衣料的孔隙，孔隙大說明透氣性好，孔隙小說明透氣性差。

小結：經過小組討論，同學們確定了實驗方案：兩種材料的吸水性可以用滴管分別取等量的水滴在兩種布料上，看水留在布料上的多少；檢驗二者的耐磨性，可以借助砂紙，用相同的力度打磨相同的次數，看兩種材料的破損程度；透氣性，可以借助手電筒、放大鏡觀察兩種材料孔隙的大小進行對比實驗。

談話：現在就請大家開始實驗，并將實驗結果記錄在實驗記錄單上（圖1為學生填寫的記錄單）。

小結：通過實驗我們發現，不同衣服的材料結構不同，其功能也不同，能夠滿足人們的不同需求。

談話：如今，衣服的種類越來越多，極大地滿足了人們不同的需求，給我們的生活帶來了便利。要想成為一名優秀的服裝設計師，必然要研究衣服材料的發展趨勢，那么各式各樣的衣服材料是怎樣一步步發展而來的呢？請同學們自主閱讀科學書上的相關內容。

交流：早期，人類用動物的皮毛做衣服；后來，人們開始種植一些農作物，他們就可以用棉、麻來做衣服了；隨著科技的發展，更多的材料出現了，不僅有天然的材料，還有人工合成的材料，我們可以制作出更多種類的衣服了，如滑雪服、演出服、運動服、宇航服等，滿足了人們不同的需求。

小結：看來，科技的進步推動了材料的發展，衣服材料的豐富提高了人們的生活水平，人們需求的不斷增長反過來又促進了科技進一步發展，科技、社會的發展是相互促進的。

評析：通過對比實驗，學生證實了猜想，不同的材質有不同的結構（孔隙大小、線的強度），功能不同（吸水性、透氣性、耐磨性），進而建構概念，即“制作內衣和外衣的材料不同，不同的材料有不同的結構，不同結構的材料具有不同的功能，滿足人們不同的需求”。

4.拓展延伸，鞏固所學

提問：通過本節課的學習，你對衣服材料有了哪些新的認知？

（學生交流本節課的收獲和體會。）

談話：通過這節課的學習，我們對衣服的材料有了更加深刻的認識，接下來就請同學們運用今天所學的知識，為自己設計一款最喜歡的衣服，并將你的設計思路清晰、完整地呈現在設計圖上（圖2為學生的服裝設計圖）。期待同學們在“服裝設計比賽”中的精彩表現！

評析：通過“服裝設計比賽”這一方式，激發學生探究衣服材料的興趣，并將課上學習的知識靈活運用于生活中，內化材料、結構、功能、需求之間的內在聯系，進一步鞏固跨學科概念“結構與功能”，同時激發他們的創新思維，助力他們思維的發展。

四、總評

教材第一部分呈現了各種各樣的衣服，并以“人們用什么材料制作衣服來滿足不同的需求”這一問題開啟探究。然而，三年級學生對于衣服的材料關注不多，對于衣服材料有哪些種類更是無從談起，但是，他們對于不同衣服的功能比較了解。所以，本節課以“服裝設計比賽”為平臺，以“火眼金睛識衣服”為導引，將他們的注意力自然引到制作衣服的材料上面。這既考慮到了學生的原有認知基礎，又將枯燥無味的探究變得有活力。

教材中以“想一想，我們對內衣、外套和外褲有什么要求？其制作材料應該具有什么性能？”引導學生思考人們的需求與材料功能之間的關系，但是缺乏具體情境的支撐，很難激發出他們的探究興趣。本節課以服裝設計師現場采訪為抓手，收集學生關于穿衣需求的真實想法，進而讓他們認識到“我們對內衣、外衣的功能需求不同，所以需要的材料也不同”，進而將注意力轉移到“不同材料是否具有不同功能”這一關鍵性問題上，自然引出相關的對比實驗。

本課緊緊圍繞跨學科概念“結構與功能”來展開教學?？鐚W科概念比較宏觀，需要學生經過長期反復的學習才能建構。本課以衣服材料為載體，將結構與功能定位在物質的宏觀結構與性能上，符合三年級學生的年齡特點。通過設計有層次的活動，從需求出發，探究性能、發現結構，層層遞進，讓學生體會“結構與功能”的相關性，取得了良好的教學效果。

（作者單位：張桂梅，北京市石景山區金頂街第二小學；孫慧芳，北京教育學院數學與科學教育學院）

參考文獻

[1]胡衛平，劉守印.義務教育科學課程標準（2022年版）解讀[M].北京：高等教育出版社，2022.