基于大概念開展科學課教學

姜紅方

科學概念及其結構

大概念是指在科學知識的學習過程中，能夠用于解釋和預測較大范圍自然界現象的概念，是一個科學領域中的核心思想。

科學概念可以分解成統一概念、大概念、主要概念、具體概念四個統攝性程度不同的概念。

科學概念中統攝性最高的、上位的叫作統一概念。統一概念是跨學科的，是在不同領域中共同抽象出來的自然界的規律、觀念或思想。例如“物質是變化的”就屬于統一概念。

在統一概念之下的是大概念，它是同一個內容主題中最主要、最核心的思想和觀點。例如“生物的多樣性、存活和滅絕都是進化的結果”“生物需要能量和營養物質，為此它們經常需要依賴其他生物或與其他生物競爭”等都是大概念。

在大概念之下的是主要概念，主要概念與大概念相比，更加細化、具體，也更適合學生理解，是學生在科學學習過程中要理解運用的。例如“動物能適應環境，通過獲取植物和其他動物的養分來維持生存”“植物能夠適應環境，可制造和獲取養分來維持自身的生存”都是主要概念。

在主要概念之下的是具體概念，它可以細化為好幾項，是教師在科學課堂上教的、學生學習的內容。例如“動物的行為能夠適應環境的變化”“植物具有制造和獲取養分的結構”等就是具體概念，而“蛇會冬眠”“植物葉子能進行光合作用”等都是具體事實，是建立具體概念的基礎。

人的知識結構呈金字塔形。最底層的全是事實，在事實上面是統攝性較低的具體概念，具體概念往上分別是主要概念、學科視角下的大概念，再上面是跨學科的主題（統一概念），最上面一層是統攝其他知識的哲學觀點（如圖1）。

學生的科學課程學習（如圖2）不能僅僅停留在事實知識層面，而應從事實中抽象出具體概念，從具體概念上升到主要概念，再趨向于大概念。學生通過指向大概念的科學學習，能夠舉一反三地進行知識遷移和運用，能夠解釋更多的具體事實和現象。

布魯納認為：任何學科都有其基本結構，任何與該學科有聯系的事實、論據、概念等都可以不斷地納入一個處于不斷統一的結構之中，這種基本結構就是由各級概念構成的學科框架。小學科學生命科學領域的學科知識結構按照從下到上的順序，分別為：第一層是具體的生命世界事實，第二層是生命科學的具體概念，第三層是生命科學的主要概念，第四層是生命科學的大概念。概念性知識是教材的主干，事實性知識是散開的枝葉。概念由眾多事實性知識歸納推理分析得出，具體事實是建立概念的基礎。

基于大概念教學例析

下面以生命科學領域“生物與環境”主題為例，對大概念、主要概念、具體概念、事實性知識的關系做簡單說明。

例如，教師在引導學生對仙人掌的刺、松樹的松針進行觀察、研究時，認識到仙人掌的刺和松樹的松針都有利于它們更好地適應生存環境。這個過程就是引導學生把具體事實性知識轉化為對具體概念的理解。然后，通過更多的植物適應環境的具體概念，引導學生對“植物能夠借助自身結構適應環境”這個主要概念進行建構。再引導學生對若干個相關的主要概念，如“植物能夠借助自身結構適應環境”“動物能夠借助自身結構適應環境”等進行深入學習，促進學生對“生物能夠借助自身結構適應環境”這一大概念的理解?？梢?，這一大概念是在大量的關于植物和動物進化、退化、變異、遺傳等一般性主要概念的基礎上形成的規律性認識，具有普適性，可以統攝主要概念和具體概念，而且具有遷移運用的價值。學生一旦形成了“生物能夠借助自身結構適應環境”這個大概念，就可以解釋“為什么特定環境中的植物會有它獨有的特征”，比如沙漠和戈壁灘中的植物為什么葉子會退化成針狀等。學生建構了大概念后，就不用學習大量的生命科學領域具體的事實性知識，通過大概念的遷移運用就可以解決大量的事實性問題，不但減輕了學生的學習負擔，而且提高了他們分析問題、解決問題的能力。這就是基于大概念教學的價值所在。

又如，“植物有根、莖、葉、花、果實、種子等器官”是事實性知識，不是具體概念，更不是大概念?！爸参镉刹煌钠鞴俳M成，這些器官在植物的生長過程中發揮不同的功能”這句話說明了植物的組成結構能夠實現的特定功能，是具體概念性的表述。“植物的結構與功能相適應”則是主要概念?！吧锏慕Y構與功能相適應”則是生命科學領域的大概念。學生說出植物各器官的名稱并不重要，因為這是事實性知識，重要的是了解植物每一部分由于結構不同而起到了不同的作用和功能。這是具體概念性要求，也是學生形成“生物的結構與功能相適應”這個大概念的基礎。

大概念具有超越課堂之外的持久作用和遷移價值，具有廣闊的解釋空間，能夠讓學生理解學科知識，領悟學科本質。因此，教師執教這部分內容時，要組織學生對植物各部分器官的結構進行觀察研究，在此基礎上探究各器官的功能。在研究過程中，學生會體悟到植物各部分器官都有它特定的結構和功能。再通過對更多植物、動物的研究，教師引導學生理解“生物的結構與功能相適應”這個大概念。在日后的學習和生活中，學生借助這個大概念，可以舉一反三地對更多的生物體結構和功能進行科學解釋。

從以上分析可知，大概念不同于主要概念和具體概念，它可以統攝下位概念，可以揭示知識的本質和學科知識之間的聯系，具有統整學科知識的功能。具體概念和主要概念可以解釋很多具體知識，但解釋的空間和遷移價值遠不如大概念。大量的具體事實性知識，是形成具體概念的基礎。大量的具體概念，是形成主要概念的基礎，是形成大概念的保證。學生對科學大概念的理解，可以促使他們整體地、有聯系地、本質地看問題，形成科學的思維習慣，掌握有效的科學學習方法。