小學科學大概念的進階教學策略

◇葉水明 高 翔（福建：南平實驗小學廈門市思明區教師進修學校）

全球科學教育的理念和實踐正發生著深刻的變革，從2022年頒布的《義務教育科學課程標準》（下稱“新課標”）以及現有各版本的科學教材，直至一線教師的教學設計，均體現了圍繞大概念理念展開科學教學的趨勢。大概念教學通過具體的學習內容和相關要求，梳理概念的進程結構，明確概念的遞進目標，貫徹大概念科學觀，讓學生在頭腦中逐步建構大概念的框架和理念。

一、厘清系統架構——概念進階架構的基礎

新課標在課程內容設計上，倡導以大概念為導向，以大單元為區塊，將各種科學事實和科學方法置于概念框架內，進行合理編排，將科學13個學科核心概念和4個跨學科概念分布在4個學習領域的54 項學習內容中，明確提出354 個內容要求。科學大概念是教材編寫的邏輯基礎，科學教材是科學教育理念的載體，是教師教學和學生學習的工具。因此，根據進階學習理論，在教學實施中，厘清大概念的系統架構，才能明確課堂學習內容與科學概念之間的有機聯系，通過有層次進階、有連貫聯系的概念學習及相應模型建構，促進學生科學素養的螺旋上升。

圖1 是核心概念“生物體的穩態與調節”中關于人和動物開放系統的課程進階架構。初步認識到人和動物主要通過眼、耳、鼻等外在感官進行信息交流、感知環境，這是建構生物系統的第一進階；了解人和動物由外到內的物質循環，形成生物體的第二進階，可以理解為一種過渡進階水平；第三進階通過人和動物的能量流動及相關的系統構成，初步掌握比較抽象、不容易感知的生物體調節機制。通過三個層次的進階學習，由外到內，從簡單到復雜，了解生物系統器官及其功能和其需要被保護的意義，從而構建生物體的穩態與調節這個大概念框架，為七至九年級的學習打好基礎。

圖1 人和動物系統的課程進階架構

二、尊重教學規律——邏輯推進概念建構

科學概念教學強調自主性建構科學概念，在教學中必須不斷滲透概念特征、內涵、外延等，形成教學邏輯。讓學生在指向科學大概念的學習過程中，經歷從認識基本科學概念到組合概念的歸并，深度理解科學概念，從而建構起良好的知識結構，進而形成核心概念乃至概念拓展，推動學生有梯度地理解科學概念。

（一）概念建構：迷失概念轉變為科學概念

在學習概念之前，學生往往帶著各種關于自然事物或現象的見解，這就是學生的科學前概念或稱為迷失概念。學生的前概念常常是模糊的，甚至是錯誤的。例如，在學習“呼吸”這個概念時，通過調查發現，大多數學生認為，吸氣時胸部和腹部都會擴張，而呼氣時胸部和腹部都會收縮。這個觀點似乎符合吸進氣體和呼出氣體時人體變化的自然認知。在課堂上，教師引導全班學生進行多次呼氣和吸氣的現場體驗，感受胸部和腹部的變化。學生驚訝地發現：實際情況是，吸氣時胸部擴張、腹部收縮；呼氣時胸部收縮、腹部放松。這個案例提示我們注意：迷失概念是小學科學概念教學的出發點，教師教學時要先通過學習前的診斷性評價，了解學生的前概念水平；再遵循小學生的年齡和認知特點，采用認知沖突教學策略，創設能引發認知沖突的問題環境或情境，進而通過科學體驗，建構正確概念認知，促進學生從迷失概念轉變為科學概念，努力將學生的思維可視化，從而了解學生是否實現了從非科學概念到科學概念的轉變。

（二）概念關聯：基礎概念歸并為組合概念

學生在教學中通過對事實性知識的歸納和總結獲得一些具體的基礎概念，而將兩個或多個已知概念組合成一個新概念的認知加工過程，是新概念形成的途徑之一。其中所形成的新概念被稱為組合概念，組合概念主要分為關系解釋和屬性解釋兩類：通過某種關系，如事物間相互作用相互聯系的狀態，把基礎概念聯合起來形成關系型組合概念；通過厘清基礎概念間的性質、關系或屬性結構的異同來形成屬性型組合概念。例如，心跳是人體的主要生命特征之一，心臟跳動、血液流動和脈搏律動之間有什么關系呢? 利用模擬實驗，讓學生觀察“心臟”跳動時“血液”的流向和“血管”的變化。結合課件演示，引導學生體會心臟是維持血液持續流動的動力源，通過不停收縮和舒張壓出血液到全身血管或抽進血液到心臟中，不斷循環反復。這一過程中，血管也跟著收縮和舒張，形成人體的脈搏，由此厘清三者之間的關系，形成血液循環的組合概念，突破難點，完成教學目標。在本教學案例中，教師創設了協調穩定的情景模擬，為概念組合提供某種互動的可能，實現概念的同化或順應，從而重新建構新的認知結構，形成認知的整體性。

（三）概念遞進：組合概念提升為核心概念

科學核心概念包含了學科中的各種概念、理論、原理和解釋體系，展現學科的邏輯結構和當代學科圖景，是學科結構的主干部分。通過這些核心概念能夠有效地組織大量的事實和其他概念，具有超越課堂的持久價值和遷移價值的關鍵性概念。目前的概念教學方式，通常是將上位的核心概念拆分為一系列較為具體的概念，經由學習進階形成核心概念。課程和教材的設計以及教學等因素，都有可能導致核心概念與原有概念之間的聯系不夠緊密、核心概念與其他相關概念之間的聯系不成系統。因此，概念教學首先要重視事實的學習，讓學生感知豐富的有代表性的事實和細節，為形成正確概念起到支撐作用。其次，需要教師精心選擇和設計指向核心概念的主題和內容，提供高質量的探究式科學教育活動，引導學生進行思維加工，組織、保持并應用對于理解核心概念至關重要的那些事實，進而創設解決實際問題的情境，幫助學生從記憶事實轉移到理解可遷移的核心概念，理解根本的知識結構，增強概念的應用和關聯能力。最終，引導學生把不同層級的概念聯系到一起，建構合理的概念框架，使它們彼此豐富，進而組合成為一個整體，形成核心概念。

三、深度融合概念——系統推進項目鏈接

人們在運用科學概念解決生活問題時，除了從具體且有針對性的概念中獲得支持，更多時候需要跨越不同概念進行運用。實踐證明，通過大單元教學能夠促進并列概念的橫向整合；通過項目式學習，能夠促進不同層級概念的縱向整合；通過STEAM 課程教學，能夠促進各類概念的系統整合。

（一）橫向整合——基于核心概念的大單元教學

小學科學大單元教學的總體思路，要求教師站在大概念系統性的高度，對學科教學單元內容進行整體設計。以單元中的核心概念為基礎，將本單元出現的重要概念重新整體編排，特別關注概念之間的相互關系和概念之間的連接，使之組成一個意義整體。識別眼、耳、鼻等感覺器官是生物體的穩態與調節這一核心概念在低年級的單元學習主題，我們對周圍的事物是如何通過各種感官不斷深入認識其特征呢？教師選擇有典型特征的胖大海進行系列觀察活動。通過摸、看、聞等各種方法，對胖大海的形狀、顏色、表面光滑程度和軟硬等進行觀察和判斷；接著，在透明玻璃杯中繼續觀察胖大海倒入熱水后的神奇變化；最后品嘗胖大海的味道，滿足學生的好奇心理。這樣的設計充分調動了學生的各種感官來觀察事物的不同特征，對單元的知識進行了巧妙的橫向整合，實現了再學習，再理解。因此，實施基于核心概念的科學大單元教學，應該注意統籌規劃和科學設計，結構化地處理概念教學目標、任務、情境、評價等要素，盡可能凸顯概念教學過程的整體性、關聯性等，從而更好地引領學生在聯系中理解概念、運用概念、掌握概念。

（二）縱向整合——以核心概念為目標的項目式學習

以建構主義理論為指導的項目式學習，是通過設計一組學生感興趣的學習項目，以問題為驅動，讓學生在真實問題情境中通過探究完成項目任務，從而提升學生多元能力的教學模式。項目式學習從思維水平要求上看，適用于建構更高層級的概念。例如，人體各系統之間怎樣實現聯結與協調？可以通過設計讓各系統完成有層次、有結構的項目任務，在科學實踐中，不斷理解人體各系統之間的分工合作，實現概念的明晰化、立體化，達到對核心知識再建構與思維遷移的目的。學生以“做中學”的方式經歷項目學習過程，解決真實而有挑戰性的一系列問題，一方面獲得所需的知識和技能，另一方面加強了理論知識和實際問題的結合，促進了概念應用意識，有效促進不同概念的整理和融合，實現概念的遷移和綜合運用，使學生在交流和反思中掌握核心概念。基于新課標中大概念開展的項目式學習，必須結合項目，精心選取、設計、規劃與主題相關的大小概念、已有概念和新概念在項目中的分布，進而通過創設有目標的任務情境，提供有結構的學習材料、具體明確的項目任務，才能充分調動學生的主觀能動性，開展有深度的科學實踐。

（三）系統整合——指向核心概念的STEAM 課程

STEAM 教育重視選取與實際生產生活緊密聯系的主題，強調學生融合應用數學、技術、科學、工程和設計等學科和跨學科的知識，最終指向獲得產品或解決方案，其本身就是一項復雜的綜合性實踐活動。跨學科融合的綜合性活動過程對學生形成了多樣化的挑戰，需要學生調動多方面的能力才能應對。眾所周知，人體的各個系統是一個和諧統一的整體，任何一個系統出現問題，都會影響其他系統。在新冠肺炎肆虐全球的后疫情時代背景下，我們如何健康地生活？在學習了人體的調節機制這一內容后，教師指導學生制訂自己能夠實現目標的健康生活計劃，包括營養均衡、運動鍛煉、良好習慣等方面內容，并設計制作一份健康生活小報。交流、完善計劃后，按計劃開始行動，并記錄自己計劃的執行情況，期末進行反饋和評價。這項基于STEAM 教育理念的活動，綜合科學、數學、藝術和設計等學科技能，滲透單元知識，學以致用，引導學生科學保護身體器官，努力構建健康快樂的生活。在跨學科融合的STEAM 教育中，學生參與基于問題研究的學習，是實現對概念的結構化建構的根本渠道，完成對科學概念的基本理解，并根據學生的學習過程和研究成果，引導學生持續進行評價，辯證反思，尋找短板，迭代改進，是對大概念的深層理解和架構。

本文基于新課標的指導思想，借鑒國內外已有的研究思路和研究成果，根據學生的學習規律，提出教師在教學中促進并形成科學大概念的發展路徑和教學建議，希望給更多的科學教師一些啟示，以期能夠應用于科學課堂教學，從而促進學生深度理解科學概念，最終形成科學觀念，實現科學課程在立德樹人方面的獨有價值，為學生的終身發展奠定基礎。