指向核心概念的小學科學單元教學設計

池松華

【摘要】圍繞核心概念進行單元整體教學是發展學生核心素養的重要抓手?！坝嬃繒r間”為教科版《科學》五年級上冊的教學內容，屬于技術與工程領域。教學時，教師應“研讀單元，由表及里設置概念框架；貫通教材，由近及遠明確概念進階；基于核心概念，進行單元教學設計”，由此幫助學生掌握核心概念，提升學生的核心素養。

【關鍵詞】核心概念；概念框架；概念進階；單元整體

《義務教育科學課程標準（2022年版）》（以下簡稱“2022年版課標”）指出：科學教學要圍繞學科核心概念和跨學科概念，理解教材設計，關注知識間的內在關聯，促進知識的結構化，改變碎片化、割裂化的教學傾向。這就要求教師重視單元整體設計，挖掘教學內容間的內在邏輯關系，并以核心概念為中心，構建學生的知識體系，使課程內容結構化。圍繞核心概念進行單元整體教學是發展學生核心素養的重要抓手?！坝嬃繒r間”為教科版《科學》五年級上冊的教學內容，屬于技術與工程領域。本文以“計量時間”單元的教學為例，就如何圍繞核心概念展開單元整體教學進行探討。

一、研讀單元，由表及里設置概念框架

進行單元教學設計之前，教師要研讀教材，挖掘教學內容中的核心概念和本質問題，規劃單元教學內容的呈現形式。設置概念框架有助于教師從復雜的單元內容中挖掘核心內容，提高教學效率。

（一）梳理單元教學內容，提煉核心概念

本單元涉及兩個2022年版課標中的核心概念：“技術、工程與社會”“工程設計與物化”。如果完全按照這兩個核心概念統籌單元內容，會使學習的重心停留在設計與制作層面，從而弱化學生對計時工具工作原理的理解，不利于知識的習得與概念的構建。如何解決這一問題？

研讀教材后不難發現，本單元的重點在于研究人類計時工具發展的三個階段——燃香鐘→水鐘→擺鐘，讓學生開展科學實踐，系統了解人類計時工具的演變過程。對教材進行研讀，可以整理出單元主要活動和核心概念圖（如圖1）。

由圖1可見，引導學生經歷“燃香鐘→水鐘→擺鐘”的制作過程，發現人類計時工具的演變規律是單元的明線，指向核心概念“技術、工程與社會”；引導學生經歷“發現燃香、流水、鐘擺的運動規律，根據運動規律設計并制作產品，經歷產品的改進和迭代”是單元的探究任務，指向核心概念“工程設計與物化”；研究、設計、制作計時工具需要“許多事物有規律地運動，周期性運動的事物可以計時”這一原理的支撐，該內容的學習指向“物體運動和相互作用”這一核心概念。后兩條線圍繞著單元的明線，有聯系且有序地推進。

立足單元內容，找準核心概念，明晰幾個核心概念之間的聯系，是單元整體設計的起點。

（二）建立概念間的聯系，設置單元概念框架

核心概念統領基本概念，基本概念又建立在學科具體知識和事實的基礎之上。所以，教師要挖掘核心概念下的各個基本概念，找出支持核心概念和單元基本概念的具體知識和事實。

通過研讀“計量時間”單元的內容，筆者梳理出了核心概念、單元基本概念及學科具體知識和事實，如表1。

教師應整理好各層級的概念，帶領學生展開學習。首先要設計好活動，引導學生在活動中發現、收集學科具體知識和事實。其次要引導學生整理事實，通過互動、論證等思維活動提煉單元基本概念。接著要引導學生在有聯系的活動中逐步構建核心概念。最后要引導學生用核心概念解決實際問題，內化核心概念。

梳理單元核心概念、基本概念以及對應的學科具體知識和事實，把握核心概念與其他概念之間的關系，是進行單元整體設計的前提。

二、貫通教材，由近及遠明確概念進階

搭建好單元概念框架后，教師還要貫通教材，突破單元的局限，搭建包含宏觀到微觀知識的總體框架。明確概念的進階過程，可以使單元設計更有大局觀。

（一）著眼教材，把握概念生成的進階過程

同一個核心概念在不同階段的學習要求是不同的。教師要了解“單元涉及的核心概念在過去哪些活動中出現過，是從哪里開始構建的，現在處在哪一階段，最后還要發展到哪一程度”。核心概念的進階主線可以作為聯系單元的線索。

“計量時間”單元與其他年級的相關單元共同構成了技術與工程領域的內容。學生測量紙帶、制作指南針、制作樂器和運動的小車、研究計時工具和船，最后制作一個完整的工程模型，完成學習進階。教師應著眼整套教材，明確進階層級（如表2）。

從表2中可以看出，每一個層級的學習要求是不同的，前一個層級為后一個層級積累經驗，呈現螺旋式上升的樣態。了解各個學段需要達成的要求，清晰地把握本單元的細分任務，促進學生對概念的理解，是單元整體設計的重要保障。

（二）著眼跨學科，明晰概念生成的不同層次

美國學者林恩·埃里克森將知識結構分為五個層級，形成一個概念金字塔模型（如圖2）。從圖2可以看出，金字塔底層是數量較多且具體的學科知識和學科基本概念，再往上是比較精簡且經過提煉的學科核心概念，再往上是數量少但具有統領性的跨學科大概念，最高層是較為抽象的哲學概念。從下往上，概念抽象的程度不斷增大，數量逐漸減少，但適用范圍卻不斷擴大。從這個角度看，教師在進行單元設計時，還需用更長遠的視角，關注跨學科大概念甚至哲學概念，促進學生素養真正提升。

在“計量時間”單元，對“太陽等天體的運動具有周期性；燃香、水流在一定條件下勻速變化；單擺具有等時性”等具體知識進行提煉，可以讓學生建立“許多事物做有規律的周期性運動”這個學科基本概念。這一學科基本概念與相關的基本概念相互聯系，可以幫助學生建立“物體運動和相互作用”這個學科核心概念；在學科核心概念的構建和內化過程中，學生又能建立“穩定與變化、系統與模型”這兩個跨學科大概念；如果進一步提煉跨學科大概念，則可以幫助學生初步樹立“事物的運動是有規律的”這一哲學概念。

越上位的概念，其抽象、概括程度越高，但是遷移應用價值也越高?！笆挛锏倪\動是有規律的”這個哲學概念能引導學生科學地、可持續地認識世界、改造世界，也能為辯證唯物論和唯物辯證法的學習奠定基礎，符合2022年版課標提出的“聚焦中國學生發展科學素養，培養學生適應未來發展的正確價值觀、必備品格和關鍵能力”的指導思想。

教師應從一個具體知識中逐步提煉學科基本概念和學科核心概念，最后提煉出跨學科大概念和哲學概念，提升單元設計的整體高度，為學生的素養發展搭建一個“宏觀框架”。

三、基于核心概念，進行單元教學設計

梳理并明晰單元的概念層級是單元教學的起點和基礎，最終目的是為教學實踐服務。教師應從核心概念出發，設計單元教學活動，助力學生深入理解核心概念，發展學科核心素養。

（一）聯系遷移，理解核心概念

理解、內化核心概念，需要大量的現象和案例來支撐。劉徽博士認為：“具體案例越豐富，聯系越密切，抽象出來的原理就越高位，建立的概念越穩定?！薄癝OLO分類理論將概念生成分成五種水平，最低水平的是活動案例缺少聯系，建立起的概念呈碎片化且水平比較低；高水平的是活動之間建立起緊密的聯系，建立的概念水平比較高，遷移應用價值也大?！彼越處熢谝巹潌卧獌热輹r，一要充分挖掘教材中的活動，建立活動和概念之間的聯系；二是要加強活動之間的聯系，促進學生建立穩定的概念。

教學“計量時間”單元，教師要引導學生經歷三個大活動：（1）發現燃香會勻速變化并設計制作燃香鐘；（2）發現水流在一定情況下勻速變化并設計制作水鐘；（3）發現單擺具有等時性并設計制作擺鐘。其中，《時間在流逝》這一課是起點，在明確單元主題后，讓學生通過燃香鐘初步認識“燃香做規律的運動，做規律運動的物體可以計時”，是后續研究的基礎?！队盟嬃繒r間》一課的學習中，“水流的速度是不均勻的”與“做規律運動的物體可以計時”會產生認知沖突，教師需要合理利用認知沖突，引導學生發現：（1）控制水位這一變量后流速也是均等的，利用這一發現可以設計刻度均勻的水鐘；（2）“水流先快后慢也是一種運動規律”，利用這一規律可以設計制作刻度不均勻的水鐘?！皵[的研究”系列活動中，學生發現“擺速與擺重無關，擺長越長，擺速越慢”。教師要引導學生把前兩個大活動中習得的經驗遷移到精準擺鐘的設計制作中，理解“無關變量”也是一種規律（如圖3）。教師在規劃單元框架時，一要加強活動之間的關聯，用豐富且有聯系的案例促進學生建立穩定的概念；二要尋找活動間的差異和層次，創設合理的認知沖突，利用高水平遷移，幫助學生構建更高位、更穩定的概念。

從發現“物體有規律地運動”開始，到“控制條件后有規律地運動”“先快后慢也是一種運動規律”，再到“改變條件可以改變速度”“無關變量也是規律”，這一系列有關聯的具體事實相互聯系，可以深化“事物的運動是有規律的”這一哲學概念?？梢钥闯?，加強單元各活動之間的聯系，合理引發認知沖突，通過高水平的遷移，能有效建構單元內容，促進核心概念的形成。

（二）有序進階，夯實核心概念

要形成穩定的核心概念，除了要關注教學內容之間的聯系，還需要關注教學內容的進階，經歷有梯度的活動，夯實核心概念。

“計量時間”單元有好幾條進階的線索，第一條線索是計時工具的發展順序。計時工具從燃香鐘進階到水鐘，再從水鐘進階到擺鐘，最后還有很多更高級的計時工具。在設計制作的過程中，學生不斷發現問題、解決問題，逐步理解物化產品需要經歷改進創新的過程，同時也理解了“技術、工程與社會”這一核心概念。

第二條線索為設計和制作過程中學生水平層次的進階?！坝嬃繒r間”單元中，學生通過學習，在“認識與理解”“設計與表達”“產品與物化”等領域不斷進階（如表3）。如在“設計與表達”方面，從“用語言或圖畫交流設計思路”到“借助草圖、實物模型說明設計思路”，再到“設計稍復雜的模型，用示意圖、文字闡明創意”，幾個過程依次進行，逐步夯實學生的基礎。物化的產品也逐漸升級，從沒有物化成型的燃香鐘到簡單的水鐘，再到不斷改進、迭代的擺鐘，也體現出了進階的特點。

教師在單元教學中，要始終關注學生在各個階段的學習過程，有序進階，循序漸進，夯實核心概念生成的基礎。

總之，圍繞核心概念進行單元整體教學是非常重要的研究方向。教師要從研讀教材開始，把視角從單元投向教材整體和其他學科，形成一個“從微觀到宏觀，再從宏觀到微觀”的總體框架，助力學生圍繞核心概念進行學習理解、遷移應用，從而形成對核心概念的整體理解，實現科學核心素養的提升。

參考文獻：

［1］劉徽.大概念教學：素養導向的單元整體設計［M］.北京：教育科學出版社，2022.

［2］中華人民共和國教育部.義務教育科學課程標準（2022年版）［M］.北京：北京師范大學出版社，2022.

（浙江省臺州市黃巖區新前街道中心小學）