基于科學大概念理念教學

張利

科學大概念是指在具體科學概念的基礎上形成的對科學事實和科學事業更為宏觀而概括性的認識和觀念。科學大概念具有四個特征：（1）是在科學學科中各自具有統領性的明顯重要的概念，或是在具體學科知識中起到組織作用的關鍵概念;（2）幫助理解和研究更復雜的概念和解決問題的關鍵知識;（3）與學生的興趣和生活經驗相關，或與需要科學和技術知識的社會或個人問題相關;（4）通過增加深度和復雜性，能在多個年級中進行持續的教和學。義務教育小學科學課程標準共梳理了18個科學大概念，分別屬于物質科學、生命科學、地球與宇宙、技術與工程四個領域。以大概念統領課程內容，有助于學生對知識的深入理解和遷移，有利于形成科學觀念和思維方式。因此，圍繞大概念組織教學，也是一種非常科學和有效的教學方式。

基于科學大概念的教學主要依據建構主義的教學理論，在教學策略上注重在學生前概念基礎上的建構，注重在教學情境中的生成設計，注重在科學活動中體驗。下面以“水”領域相關科學概念的建構為例，探討基于科學大概念的教學實踐。

科學大概念理念下“水”領域相關概念分析

課程標準中，“水是一種常見而重要的單一物質”這個科學大概念屬于物質領域。這個概念分解為兩個學習內容：一是水在自然狀態下有三種存在狀態;二是有些物質在水里能夠溶解，有些物質在水里很難溶解。這兩個學習內容又分解為不同學段的學習目標（如圖1）。

從圖1的分析中不難看出，“水”領域概念的建構，通過不同年段的概念進階，由淺入深地將有關水的重要概念組織起來，形成有梯度、有層次的概念體系。低年段主要觀察水的形態特征;中年段主要探究水的形態變化和水的溶解性;高年段在此基礎上研究水在自然界中的變化。最終建構出小學階段關于“水是一種常見而重要物質”的物質屬性。

建構“水”領域相關概念的教學策略

在教學中，以科學大概念的視角，整體分析教材所呈現的教學內容。然后從具體內容入手，根據建構主義的理論，立足學生的前概念，通過情境的創設和活動體驗、科學繪畫、思維導圖等方法，幫助學生逐步建構概念體系。在“水”領域的教學中，我發現對于有些概念學生在建構的過程中存在一定難度，如：水是無色、透明、無氣味、無味道、無固定形狀、會流動的液體;有些物質能夠溶解在水中;水受熱后狀態會發生一定的變化。對于這些概念的構建，我依據科學大概念的教學原則，分別采取了以下策略：

1.教學前，通過前測發現學生錯誤的前概念，讓教學有的放矢

在教學前通過前測，我發現在這些教學難點上，學生普遍存在錯誤的前概念。在關于水的形態的前概念中，很多學生不認為水是無色、透明的，甚至有學生認為水是有氣味或味道的。因為在生活中他們觀察到的水大都如此。針對這種情況，我特意制作了蒸餾水，通過對比的方法讓學生進行觀察。首先，用水與黃色的油、藍色的洗手液作對比，證明水是無色的;然后，用水與醬油、酒作對比，證明水是沒有氣味和味道的;再用水與石頭進行對比觀察，得出水沒有固定形狀、可以流動的性質。與一般的觀察相比，對比觀察可以形成較大的反差，更容易讓學生理解和建構科學概念。

再如，關于溶解的概念，很多學生認為食鹽在溶解過程中消失在水里，是因為食鹽融化成水了。針對這個錯誤的前概念，我用高錳酸鉀做實驗，幫助學生進一步觀察。因為高錳酸鉀有顏色，更容易看清物質溶解是變成微小顆粒進入水中的過程，高錳酸鉀入水后逐漸變小，水逐漸變色，最后高錳酸鉀顆粒均勻分散到水中。最后，我利用沙子進入黃豆的縫隙作為演示實驗，幫助學生更直觀地理解溶解現象。

科學大概念是由一系列科學概念組成的，在這個概念體系中個別頑固的錯誤前概念，會影響整個大概念的建構。因此，對于前概念的測查是科學大概念教學的基礎，在教學中起著至關重要的作用。

2.教學引入中創設情境，在情境中建構概念

科學大概念不僅具有系統性、生態性的結構特征，還具有一定的情境性。創設有利的情境更容易讓學生理解概念的本質。如水受熱狀態會發生變化，在課堂環境下觀察，學生會感到陌生;而置于大自然的環境中，他們就會感到親切。在教學中，我先通過閱讀《一個小水滴的旅行》的繪本故事，讓學生感受一個小水滴受熱后的變化過程;再通過自然界中關于水的狀態變化的視頻，創設一個真實而親切的學習情境，讓學生設計實驗進行探究。這樣更能激發他們的學習興趣，幫助他們理解水的三態變化。

再如觀察水的一課，在引入的過程中，如果直接讓學生進行對比觀察，他們會缺乏探究的興趣。于是在對比觀察之前，我提出了一個任務情境，希望學生利用對比實驗觀察到現象，幫助老師解決一個難題——“快速找出哪一個杯子裝的是水”。在這個任務情境的驅動下，學生對水的各種物理性質進行了認真的對比觀察，收到了很好的教學效果。

在建構凝結概念時，一般會利用生活中的圖片導入，如夏天早晨植物身上的小水滴或冬天眼鏡片上出現的水霧，然而并不是所有學生都有這些生活經驗，給理解凝結的條件帶來困難。學習中，我利用學生沖茶水的真實體驗活動，引導學生發現水杯蓋上出現了很多小水滴，進而引發學生思考“小水珠是從哪里來的？”在這樣真實的情境下，學生興趣十足，很容易理解熱的水蒸氣遇到冷的物體，就會出現小水滴。在這樣的真實情境下觀察，凝結的條件這個難點迎刃而解。

3.在教學活動中，注重活動體驗，讓學生獲得更深的理解

在“水”領域中，“蒸發”“沸騰”“凝結”等現象具有一定的可逆性。為了讓學生理解水的三態變化過程，在觀察實驗的基礎上，我還引導學生利用科普劇的形式演繹水在自然界的循環和變化的過程。學生分角色進行扮演，幾名學生扮演水滴，演出水的形態特征，其他的學生可以扮演熱、冷、風等，在他們的幫助下，小水滴進行了各種變化。通過科普演藝活動，每一位學生都能參與其中，并獲得了更深刻的學習體驗。

在教學評價中，利用科學繪畫讓科學概念的生成更加可視

繪畫是兒童的天性，大多數學生喜歡用繪畫的形式表達他們的想法。與語言相比，繪畫具有直觀形象的特征。在科學概念建構的前測和最后的生成階段，我都采取了科學繪畫的方法，便于開展形成性評價。關于水的蒸發，教學前讓學生繪制水蒸發過程的卡通畫。通過學生的繪圖，可以直觀地了解他們對這個概念的認識。在蒸發概念教學結束后，布置任務讓學生再一次描繪水蒸發的過程。將兩次的科學繪畫進行對比，我們可以更加清楚地看到學生對科學概念建構的情況。

在總結時，利用思維導圖，讓科學概念更加系統

思維導圖是表達發散性思維的有效圖形思維工具，是一種革命性的思維工具。思維導圖運用圖文并重的技巧，把各級主題的關系用相互隸屬與相關的層級圖表現出來，把主題關鍵詞與圖像、顏色等建立記憶鏈接。在科學大概念教學中，在一個主要內容學習后，我就會讓學生繪制思維導圖，以主要的概念為核心，對概念的內涵和外延進行總結，從而建立起對概念的系統認識。

綜上所述，基于科學大概念理念的小學科學教學，教師先需要從整體上清楚教學內容指向哪個大概念，從高位的視角來看待、分析教材所呈現的教學內容，把握教學的深度和廣度;然后圍繞科學概念進行建構，從學生的科學前概念出發，設計豐富、有趣、適宜的活動進行教學，利用情境創設、科學繪畫、科學表演、思維導圖等多種形式，讓教學生動活潑。這樣既能夠提高教學效果，也可以激發學生的學習興趣。