摘 要：本研究以小学三年级“过山车模型设计与优化”项目为载体，探讨跨学科项目式学习（Project-Based Learning, PBL）在科学教育中的实施路径及其对学生综合素养的促进作用。项目围绕“如何设计并制作吸引游客的过山车模型”这一核心问题，整合科学、数学与美术三门学科，通过问题驱动、实践探究与协作优化等环节，引导学生完成从理论到实践的完整学习周期。实践发现，跨学科 PBL 模式不仅能深化学生对科学原理的理解，还能提升其数学应用能力、艺术创造力及团队协作水平，为小学科学教育的创新提供了可借鉴的实践范本。

关键词：跨学科项目式学习；小学科学教育；过山车模型；STEAM 教育

引言

（一） 研究背景

在教育改革持续推进的大背景下，小学科学教育的重点已从单纯的知识传授，逐渐转向对学生核心素养的培育。这一转变要求打破传统学科之间的界限，着重培养学生解决真实情境中复杂问题的能力。传统的分科教学模式，易造成学生知识体系的碎片化，使他们在面对实际问题时，难以灵活运用多学科知识进行综合分析与处理。

项目式学习（PBL）以学生为中心，借助真实且具挑战性的问题情境，激发学生主动探究和合作交流的热情。跨学科整合则将不同学科的知识、技能与思维方式融合，拓宽学生的学习视野。二者结合，成为落实科学课程标准、实现科学教育目标的有效途径。

（二）研究意义

本研究借助 “过山车模型” 项目，深入探索跨学科 PBL 在小学科学教育中的设计逻辑与实践策略。旨在明确如何精准定位核心问题，巧妙融合不同学科的教学目标与内容，构建有机统一的教学体系。同时，研究在教学实践中引导学生开展探究活动的方法，以及建立科学的过程性指导和评价机制，为一线教师提供实用的教学经验，推动小学科学教育的发展。

二、项目设计与实施路径

（一）项目框架

项目的核心驱动问题为 “如何设计并制作吸引游客的过山车模型”。围绕这一问题，设定了跨学科学习目标：科学方面，理解影响物体运动的因素；数学方面，掌握测量、计算和数据处理方法；美术方面，提升模型的美观度与创意设计能力。

（二）实施流程

项目实施过程共分为四个主要阶段，每个阶段都充分体现了不同学科之间的深度融合。

入项与调研阶段，学生通过实地观察、查阅资料等方式，对现实生活中的过山车结构进行细致分析，深入研究其运动原理，并在此基础上提出一系列与设计相关的问题。

设计与规划阶段，学生需要运用数学知识绘制精确的轨道布局图，计算轨道的坡度、长度等关键参数，并结合美术学科的构图知识和审美原则，设计出合理且美观的支撑结构。

制作与测试阶段，学生利用吸管、卡纸等材料，按照设计方案搭建过山车模型。在搭建过程中，学生需要运用科学实验的方法，对模型进行不断的调试和优化。同时，让小球在搭建好的轨道上运行，测试模型的性能，并准确记录实验数据。

优化与展示阶段，学生根据测试结果，运用科学知识对模型进行针对性的调整，如调整轨道坡度、加固支架结构等，以提高模型的稳定性和小球运行的流畅性。完成优化后，学生运用美术知识对模型进行装饰，使其更加美观独特。最后，学生通过展示与答辩的方式，向他人展示自己的设计思路、制作过程和优化方案，锻炼了语言表达能力和逻辑思维能力。

（三）教学策略

为确保项目的顺利实施和教学目标的有效达成，采用了多种行之有效的教学策略。

问题链驱动策略是其中的关键策略之一。通过精心设计一系列具有启发性、层次性的子问题，如 “为什么小球在某些轨道段运行速度会突然减慢？”“如何通过调整轨道坡度来确保小球能够顺利通过整个轨道？”“怎样设计支撑结构才能使过山车模型更加稳固？” 等，引导学生逐步深入思考，不断探索问题的本质。这些子问题围绕核心问题层层递进，形成一个逻辑紧密的问题链，帮助学生构建完整的知识体系，提升思维的深度和广度。

角色分工协作策略也是项目实施过程中的重要保障。在项目开展初期，为学生设置了设计师、材料员、美工师、测试员等不同角色，并明确每个角色的具体职责。学生根据自己的兴趣和特长选择相应的角色，在各自的岗位上发挥专业优势，相互协作、共同努力。

三、项目教学效果分析

（一）学生能力发展

通过参与 “过山车模型设计与优化” 项目，学生在多个方面的能力得到了显著的发展和提升。在科学探究能力方面，学生逐渐掌握了科学探究的基本方法和流程，学会了如何提出问题、作出假设、设计实验、收集数据、分析数据并得出结论。学生在测量轨道长度、计算坡度和角度、分析实验数据等过程中，熟练掌握了测量工具的使用方法，学会了运用数学公式进行计算，并能够运用图表等数学工具对数据进行整理和分析。此外，学生在对过山车模型进行装饰和设计的过程中，充分发挥了自己的艺术想象力和创造力。他们设计出了各种主题鲜明、风格独特的过山车模型，如 “海底世界” 、“星际穿越” 主题等。这些模型不仅在外观上富有创意，还融入了学生的独特想法和情感表达。

（二）跨学科素养提升

在项目实施过程中，学生逐渐学会了在解决问题时综合运用多学科知识，跨学科素养得到了有效提升。例如，当发现小球在轨道上运行不稳定时，学生能够从科学角度分析可能是由于轨道坡度不合理、摩擦力过大或支撑结构不稳定等原因导致的。在模型制作过程中运用美术知识对轨道和支撑结构进行创意设计，使其在满足科学原理的基础上更加美观。

四、结论

“过山车模型设计与优化” 项目通过跨学科 PBL 模式，成功整合科学、数学、美术知识，实现小学科学教育从知识传授向能力培养的转变。研究表明，该模式有效提升学生多方面能力，促进综合素养发展。此项目为小学科学教育跨学科实践提供范例，有助于推动教学创新，培养适应未来社会需求的创新型人才。未来应持续探索跨学科项目式学习在小学科学教育中的应用，不断完善教学方法与策略。

参考文献

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