“核心概念”指向的科學教學設計實踐

張燦永

摘 要： 英國的溫·哈倫認為學習科學課程時掌握了14個核心大概念就能讀懂科學.義務教育階段的科學教學應特別強調每位學齡兒童的科學學習基礎，教師要重視整合教材，課前要精準提煉每節課的核心概念，在課堂設計上凸顯學生的靈動探究，積極建構科學核心概念，課后參與拓展延伸，從而提升學生的核心素養，真正實現回歸科學本源的教學.

關鍵詞： 核心概念;學情;學為中心;課后拓展

《科學教育的原則和大概念》（溫·哈倫編著，韋鈺譯）一書中提出了科學教育的14個大概念，它們包括物質、能量、遺傳、細胞、力和運動等等，其核心要點是學生只要掌握了這些核心概念，就能讀懂科學這門課程.當然，此觀點是十分準確的.科學核心概念是位于課程中心的概念性知識，包含了重要概念、原理、規律等的基本理解和解釋，是科學課程結構的主干部分.綜觀浙江省義務教育階段自小學一年級至初中九年級共9年的學習時間，學生能否全面理解科學核心概念，完全依賴于每一章節每一節的核心概念的教學.也就是說，每一節課也有核心概念，下面以浙教版（2013年）八年級科學上冊第一章第三節“水的浮力”為例，其中涉及的核心概念有浮力、重力、浮沉等概念.如在課堂及作業訓練中把握這幾個核心概念的內涵、外延及拓展的內容，基本上能達到教學的預期目的.

1 課前“以學定教”，確定框架：提煉核心概念

基于學情的教學才是真正的因材施教.目前，針對初中學生數理基礎薄弱、邏輯計算能力低下、科學素養缺乏等現狀，課前對學生進行“摸底式”診斷，教師能得到第一手的學情資料，以便對教材“進行適度的調整、修訂等方式”的整合，以便精準調整課堂教學內容和授課策略，以期待達到最佳的教學效果.以浙教版科學八年級上冊第一章第3節“水的浮力”為例，本節課可謂難點集中，運算要求極高，教學面臨多重困難.加之聯系密切的密度計算、壓強壓力計算已經調整至七年級上冊和七年級下冊的教學內容中，因此關聯知識點不是大多遺忘，就是一知半解.在上述的多種因素考慮下，本節核心概念可再次分解為二級核心概念，二級核心概念又可分解為三級核心概念，三級核心概念又可分解為四級核心概念……（見表1）.

教師需要在課堂中展示多種教學智慧才能化解這些難點.

2 課中“學為中心”，靈動設計：構建核心概念

通過精準摸底、診斷式備課后，對學生的學情已經了然于心.對事先預設的核心概念有浮力、重力、浮沉的條件、浮沉條件的綜合應用等等.如何突破這些核心概念，有賴于課堂的創新活動設計和相應的教學過程.課堂需要設計如下活動：

活動1：見第11頁圖1-16，將物體掛在彈簧測力計下，讀出測力計的讀數F1，再將物體部分浸入水中，讀出測力計的讀數F2.

思考：F1 ﹥ F2，為什么？

構建浮力的概念：液體對浸入其中的物體產生一個豎直向上的力，應明確豎直向上.（浙教版科學八上第12頁無“豎直”兩字，而華師大版科學八上第68頁有“豎直”兩字，筆者認為應該有“豎直”兩字）.

活動2：探究浮力大小的相關因素.

讓學生自己設計實驗方案進行探究.探究中引導好三個問題：

（1）對實驗有什么更好的改進？

（2）要定量研究水的浮力大小與物體排開水的多少的關系，需要做什么？

（3）阿基米德原理的正確表達（文字表達和數學表達）.

對活動的設計優先于過程的設計，讓死的課本變成活的“生本”，從而積極調動學生的學習積極性和自覺性，達到精準教學的目的.鑒于學生計算能力的欠缺，在完成上述探究后必須進行模型建構.

下面對阿基米德原理的建構和應用作如下探討：

2.1 數學模型建構

用公式代入法解答浮力問題時，直接應用公式F=ρ液gV排液來解答浮力，引導學生應用三步法解答問題：對于漂浮、懸浮等情況，直接運用二力平衡法來解答問題;對于物體置于液體中，彈簧測力計讀數減小等現象時，直接運用二力相減法，即F浮=G-F拉來處理;對于上下表面壓力差已經知道的情況下，直接用“成因分析法”，運用直接相減的處理方式，即F浮=F向上-F向下.

2.2 對模型的反思歸納

在四大模型建構中，“公式代入法”比較規范，運用公式直接代入時，ρ液的單位必須是kg/m3，V排液的單位必須是m3，同時有兩個導出公式：ρ液=F浮/gV排液; V排液=F浮/ρ液g.數學模型的建立能使得學生快速有效地解決問題，這還需要學生精準選擇公式以達到“秒殺”的解題目的，需要學生自身不斷地加以總結、歸納、比較、研究，從而全面建構核心概念，以達到提高學科核心素養的目標.

3 課后拓展延伸，學以致用：融合核心概念

課堂教學因課時、教師綜合能力的限制而帶有天然的局限性，教學停留在《初中科學課程標準（2011年版）》的教學范圍內，在核心素養培養的大環境下很有必要在課后對教學進行適度的延伸、提高和拓展，從而實現更大范圍的實踐與研究.事實上，大多數學生的研究、創新、發明是通過課外時間的不斷比較、歸納、實驗、實踐才得以成功的.那么，浙版（2013年版）八年級科學上冊第一章第三節“水的浮力”如何拓展呢？拓展需要解決兩個問題：一是拓展什么？二是如何拓展？

根據STEAM和STEM教育的啟示，對“物體在液體中的浮沉條件”這一內容可以做以下一些拓展.如“密度計的使用原理”“潛艇發展歷史”“熱氣球氣艇的工作原理及應用”等拓展性課程的開發與研究，要注意課程的內涵和深度，能夠注意教材的適切性、靈活性、科學性等，從而達到適度拓展、精準提升的目的.同時，引導學生撰寫科技小論文.科技小論文是用來表述科學研究和描述科研成果的文章，是探討、研究問題的一種手段，又是學術交流的一種工具. 指導學生寫物體浮沉和浮力研究的小論文，要引導學生學會根據課題來查閱有關資料，閱讀相關書籍，通過觀察、實驗、閱讀，盡可能多地占有資料，切實學會運用學過的知識寫分析和解決某一實際問題的文章，如撰寫“物體浮沉條件的推導和應用”“物體浮沉成因研究”“潛水艇設計及研究”等小論文，可以發表到“中學理科”“理科園地”“少年發明與創造”等刊物上.這種科學拓展活動既要符合學生對學習的內在需求，有助于調動學生學習的積極性;又有助于讓學生在活動中學到知識、形成能力、提高素質，無疑是一種極優化的學習方式.

4 實踐與思考

課堂教學的成功與否，有賴于教師對學情的精準把握，有賴于教師對教材的精要處理，有賴于教師對課堂的活動和過程的精巧設計，更有賴于對課后拓展的適度開發和科學引導.科學教學過程中指向、凸顯了核心概念，能順勢形成核心內容的逐漸建構，從而確立科學學科知識的框架，就容易使學生全面深入建立科學學科體系的內容.

另外，核心素養的落地生根，也有賴于課程核心概念的深度理解和重點掌握，而課程核心概念的教學更加有賴于每一堂課的核心概念的教學.可以說，每一堂課的教學質量如何將決定整體學科的教學水平.依照《科學教育的原則和大概念》（溫·哈倫編著，韋鈺譯）一書的14個科學核心大概念的框架，高質量完成每堂課的核心概念教學，最終實現提升全體中國國民的科學素養的科學教學，其現實意義是深遠的.因此，在單節課堂的設計研究上，教師要充分研究教材，精準確定教學框架.從而能夠精準設計課堂模式，讓學生真正從自我探究的科學境界中構建核心概念，最終達到提升核心素養的教學終極目標，并能夠自主拓展開發，把科學教學從課堂延伸到課外，把科學從文本內容過渡到鮮活的生活與生產，積極實現社會參與，真正實現學生質的提升，這是我們十分樂意看到的情景.

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