摘要：科学新课标明确提出“倡导跨学科学习”，明确要求“加强科学与工程实践的结合”[1]，倡导以项目式学习重构课堂，部分地区已尝试将STEAM 理念融入科学课程。同时多地小学开展“项目式学习”等，尝试将工程设计引入课堂。本文以工程设计为核心载体，探索小学科学跨学科实践活动的有效实施路径，通过构建 “问题驱动 - 方案迭代 - 技术赋能 - 社会延伸”的实践框架，结合“老旧小区加装智能电梯”项目研究，阐述如何整合科学探究、工程技术、数学分析与艺术表达等多学科要素。探究表明，通过建立跨学科教研机制、开发阶梯式实践工具、实施多元化评价体系，能有效提升学生的工程思维与综合素养，为小学科学跨学科教学提供可复制的实践范式。

关键词：小学科学；跨学科实践；项目式学习；；STEAM 教育理念

一、研究背景与理论框架

《义务教育科学课程标准（2022 年版）》明确提出 “要加强跨学科主题学习，注重培养学生解决真实问题的能力”。当前小学科学教学中，学科知识碎片化、实践活动形式化等问题突出，学生难以将科学原理与工程实践有机结合。工程设计作为连接科学知识与实际应用的桥梁，其 “识别问题 - 设计方案 - 测试优化 - 成果推广”的闭环流程，为跨学科实践提供了天然的整合框架。

二、跨学科实践活动的实施路径

工程设计以解决现实问题为目标，通过系统化的流程（明确需求、方案设计、模型制作、测试优化等）引导学生运用科学、技术、数学等知识跨学科融合进行创造性实践的过程，几乎涉及人类活动的全部领域。在小学科学跨学科实践活动中，工程设计具有独特的内涵和要点。在教学实践中将工程设计作为科学教学纽带，通过“问题解决”推动跨学科学习，形成“情境- 探究- 创造”的成熟路径。

真实问题是跨学科实践的起点。在“老旧小区加装智能电梯”项目中，教师引导学生发现老旧小区老年人上下楼困难的现象，通过实地测量楼道尺寸（数学）、观察电梯运行原理（科学）、访谈小区居民（社会探究），将问题聚焦为 “如何设计一个适合老旧小区且兼具安全、智能功能的加装电梯方案”。这种源于生活的问题设计，自然引发多学科知识的调用需求。学生分组绘制设计草图，需考虑电梯承重（科学）、楼道空间尺寸匹配（数学几何）、外观与建筑风格协调（艺术）等要素。教师提供“方案设计思维导图” 工具，引导学生标注各环节涉及的学科知识，例如在 “电梯轿厢尺寸计算” 模块，需结合居民人数数据（社会调查）和电梯空间大小（数学）。并借助 3D 建模软件（技术）制作比例模型，使用不同材料模拟电梯轨道和轿厢（科学）。在测试中，学生发现初期设计的电梯门感应不合理，通过计算居民进出速度与门体运行时间的关系，改良为人脸识别的智能自动门，体现“设计- 测试- 改进”的工程思维。引入简易传感器（技术）监测电梯运行状态，结合编程实现故障报警功能。美术教师指导学生将区域特色文化元素融入电梯外观设计，使方案既具科学性又有文化性。根据小学生认知特点，构建三级工具支持体系：基础工具包括卷尺、测力计等传统仪器，用于基础数据采集；进阶工具如Scratch 编程实现运行状态模拟，帮助分析电梯运行规律；创新工具如 3D打印技术制作个性化部件，如适合老年人的扶手。信息科技教师开发 “技术工具使用微课程”，采用 “基础任务 + 拓展挑战” 的分层设计，确保不同能力学生都能获得适切支持。学生将优化后的设计方案制作成报告文档，向项目小组展示汇报小组成果。组织 “小小工程师进社区” 活动，为老旧小区居民讲解电梯设计方案，在真实社会场景中检验方案的可行性，深化社会责任感。同时开展 “安全与成本哪个更重要”“功能与美观如何平衡” 等辩论活动，引导学生认识工程实践中的多元价值冲突，培养辩证思维。

三、实践保障机制

组建由科学、数学、美术、信息科技等教师组成的教研团队，建立“三阶备课” 机制。在集体备课机制方面，各学科教师充分发挥专业优势，深度协同教研。科学教师聚焦力学原理实验设计，思考如何将抽象的科学知识转化为学生可操作、可理解的实验内容；信息科技教师负责编程与建模指导，研究如何通过直观的编程案例和建模实践，帮助学生掌握技术工具；美术教师则引导文化元素提取与表达，探索如何将地域文化

特色融入项目设计。

资源开发策略的创新也在教研中逐步完善。教研组通过集体研讨，针对项目实施需求，开发项目工具包，其中包含EV3 编程微课等教学资源，这些资源的开发经过多次教研打磨，确保内容既符合教学目标，又能满足学生自主学习需求。同时，教师们深入社区与生活，共同研讨 “问题库”，收集生活中的真实课题，为后续项目开展提供丰富素材，在这一过程中，教师们通过教研筛选、整理课题，确保课题与教学内容和学生能力相适配。

四、实践成效与反思

项目研究旨在破解学科壁垒，通过工程设计项目有机整合科学原理、数学工具与艺术表达；同时扎根真实情境，选取如老旧小区适老化改造等社区民生问题作为项目载体，让学生在解决实际问题中学习；此外，着重培养学生的核心素养，强化工程思维中设计与迭代的能力，提升 3D建模、AI 分析等技术应用水平，并增强社会参与能力。

通过参与项目实践，参与学生在三方面表现出显著进步。一是知识应用能力方面，多数学生能在设计中主动调用至少三个学科的知识解决问题；二是工程思维水平方面，从最初“一次性完成设计”到普遍形成“测试 - 改进”的迭代意识；三是社会参与意识方面，多数学生表示愿意将所学应用于解决社区实际问题。跨学科教研促使教师突破学科壁垒，科学教师掌握了基础 3D 建模技能，信息科技教师深化了对科学探究流程的理解，形成 “互补共进” 的专业发展生态。

但在实践中发现，项目式学习耗时较长，需进一步优化课时安排，探索“常规课 + 社团活动 + 周末实践”的三段式时间分配模式。在工具深度整合方面，当前项目实践中使用的工具在模拟复杂工程场景时存在局限性。因此，未来计划探索 AI 仿真模拟在工程设计中的应用。教师们将共同学习 AI 技术，研究如何将其转化为适合小学生认知水平的教学内容，设计相应的教学案例与实践任务，帮助学生更精准地分析工程问题，提升设计方案的科学性与可行性。

同时，项目开展在专业性和前瞻性上仍有提升空间。后续教师们中可链接多方资源，尝试与工程师等沟通，根据教学目标和学生学情，设计活动环节，让学生在与专业人士的指导中，接触到真实的工程实践经验，拓宽专业视野，提升项目设计的专业度。在素养评价标准化方面，当前的多元评价体系虽有一定成效，但缺乏针对小学阶段工程思维的细化标准。教研组将结合小学生认知发展规律和工程教育特点，建立小学阶段工程思维评价指标，明确各年级学生在工程思维培养上的具体目标与评价方式，为更精准地评估学生核心素养发展水平、优化教学策略提供科学依据，推动跨学科教学实践迈向更高质量发展阶段。

五、结语

基于工程设计的小学科学跨学科实践，其核心价值不在于产出完美的工程作品，而在于让学生经历 “用知识解决问题” 的完整过程。通过生活化的问题驱动、迭代式的方案开发、阶梯性的技术支持和延伸性的社会参与，能有效培养学生的跨学科思维与综合素养。未来需进一步完善教研机制与资源支持，使工程设计真正成为连接学科知识与现实世界的桥梁，为小学科学教育改革提供实践样本。

参考文献

[1] 中华人民共和国教育部. 义务教育科学课程标准（2022 年版）[S].北京：北京师范大学出版社，2022.