小學科學單節課中的大概念教學

張 華

（江蘇省南京市長江路小學）

《義務教育科學課程標準（2022 年版）》（以下通稱“新課標”）在教學建議中提出“圍繞核心概念組織教學內容”，要關注知識間的內在關聯，要“突出核心概念在真實情境中的應用，加強知識學習與現實生活、社會實踐之間的聯系，實現學生對核心概念的深度理解、有效建構和靈活應用”。

核心概念在上一版課程標準中就有體現，《義務教育小學科學課程標準（2017 年版）》確定了18 個核心概念，新課標提出的學科核心概念有13個，這些是義務教育階段科學課程的核心內容。

近年來，國際科學教育界提出了“科學大概念”一詞。英國的溫·哈倫等研究者曾在《科學教育的原則和大概念》一書提出10 個科學大概念，但這些不僅限于概念，也有學者翻譯為“大觀念”。還有研究者試圖通過更上位的概念，在學校教育與現實世界、現在與未來之間搭建一座牢固的橋梁。

在溫·哈倫等人提出的大概念中，“生物需要能量和營養物質”，可以成為這一時期重要的上位概念。人們對這一大概念的闡述是“所有的生物體都需要通過攝取食物來獲得能量，還需要空氣、水和一定的溫度環境”。也就是說，在一個生態系統中，包含食物的生產者（植物）、消費者（動物）和分解者。分解者產生的物質有助于植物的生長，這樣就使得生物體中的分子不斷地被循環利用。能量通過生態系統得以一級一級地進行傳輸。當食物被生物體自身用于生命過程時，其中的部分能量會以熱量的形式散逸到自然界中。綠色植物的“光合作用”又會使生態系統中的能量得到補充。

一、案例實施

“有趣的食物鏈”是蘇教版科學教材六年級下冊第四單元“共同的家園”的第三課。教師可用大概念來重構“有趣的食物鏈”這節內容，甚至是這個單元內容。課堂上，整個內容都應圍繞“生物體”“能量”“環境”來搭建，這樣在邏輯上更能突出核心概念的主體地位，更利于學生建立抽象的上位概念。下面以“有趣的食物鏈”一課為例，探討本課以大概念實施教學的過程和收獲。

片段1：游戲代入，聚焦生物需要的“能量”

師：今天給大家帶來了一款游戲——饑餓鯊，一起來看一下這個游戲怎么操作。大家可以在平板電腦上試試。

師：游戲中，能讓鯊魚維持生命的關鍵是什么？

生：鯊魚要吃各種小魚。

生：它可以不停地得到能量。

師：游戲中，鯊魚不停地進食是為了獲得其他生物的能量。那么，真實世界中鯊魚的能量從哪里來？能量的源頭又在哪里？

師：老師給每一組準備了一份學習單，請你閱讀材料后，完成這兩個問題。（學生分組自主學習并完成記錄。學生匯報，其他小組質疑并補充）

師：生物之間普遍存在一種“吃與被吃”的關系，這種關系像鏈條一樣，把一些生物緊密地聯系起來，生物學家把生物之間的食物聯系叫作食物鏈。食物鏈中自己制造食物的被稱為生產者，通過吃其他生物獲得營養和能量的這類生物被稱為消費者。

【片段分析】互動游戲能幫助學生從生物生存的角度，快速聚焦到“能量”獲取這個事實。從“吃與被吃”這一種普遍的現象上升到更抽象的概念層面。生物間的食物關系是比較常見的，學生也能說出“大魚吃小魚，小魚吃蝦米”這類例子。從這些前概念出發，學生可以進一步形成科學的概念，即食物鏈的組成。如果僅限于此，學生也還是停留在具體現象層面，需要在科學觀念的形成上再添把力。“能量”話題的導入，設定在一個更高的視角，學習活動應以此為核心，不斷建構“生物需要能量和營養物質”的大概念。這樣的設計更有利于學生科學大概念的發展。

片段2：關注更多的食物鏈現象及“能量傳遞”

師：除了海洋中的食物鏈，自然界中還有其他不同的環境，你能找到這些環境中的食物鏈嗎？

師：老師給大家準備了一些生物的卡片，請你根據它們吃與被吃的順序，將它們的食物鏈關系用紙膠帶連起來，并在紙膠帶上用箭頭畫出能量傳遞的方向。最后，將食物鏈粘貼到黑板上進行展示。（學生開展分組實踐活動）

生：我們組的食物鏈是在陸地環境中，能量由……傳遞給了……

師：一起來看看這幾條食物鏈，你能找到它們哪些共同點？

生：食物鏈上有動物，還有植物。

師：它們前后分布的順序有什么特點？

生：植物在前，是被動物吃的。

生：食草動物又會被食肉動物吃。

師：誰來完整地表述一下這個過程？

生：植物的能量給了食草動物，食草動物的能量又給了食肉動物。

師：看來，食物鏈都是從綠色植物開始，以兇猛的肉食動物結束。大家看箭頭就可以一目了然地對能量傳遞有一個理解了。你們還有什么想問的嗎？

生：能量傳遞給兇猛的肉食動物之后就消失了嗎？

生：能量不會消失。

生：被微生物吃了。

師：地球上還有一類生物專門“吃”動植物的殘骸或廢棄的食物，同時還留下可以被植物吸收的物質，它們就是分解者。它們重要嗎？

生：沒有它們，世界上就到處是垃圾。

生：沒有它們，世界一片混亂了。

師：分解者雖然不寫在食物鏈中，但對整個自然界來說是不可缺少的角色。

【片段分析】

從形象的單個食物鏈走向抽象的食物鏈是一個不斷抽象的過程。這個過程需要借助不同環境中生物間的食物關系，學生可以認識更多的食物鏈，從而實現“舉一反三”，從特殊到普遍的推理演繹。結合多條食物鏈的實例，學生可以進行縱向上的歸納，發現食物鏈的起點為綠色植物，經植食性動物，終于肉食性動物。以此為基礎，學生開始學習“生產者”“消費者”，從營養產生的角度實現生物的角色區分。

片段3：抽象出食物鏈中的能量關系——“方向”與“多少”

師：“能量”在生產者、消費者和分解者之間無形地流動著，這才導致了地球生物的生生不息。你們能寫一個食物鏈嗎？

生：小草→羊→狼。

師：這是一條典型的食物鏈，我們從箭頭中可以發現能量的轉移過程。你們有沒有覺得少了點什么？

生：數量。

生：小草的數量應該有很多很多。

生：羊群就沒那么多了。狼應該會更少。

師：那你們能設計一個“能量”傳遞路線（模型）來展現這個過程嗎？

生：生物間能量傳遞會損失，這導致了遞減的結果。

師：當然，能量的源頭——太陽會源源不斷地輸送新的能量。

【片段分析】

食物鏈表示的是生物間的食物聯系，中間用箭頭來連接。如果從“能量”的角度來審視這個內容，學生可以觀察到數量上的差異。因而，學生可以發現生產者數量龐大，消費者逐步遞減。學習活動就上升到認識食物鏈中的能量流動并不是對等的，而是伴隨著能量的逐級損失。

在這種情況下，食物鏈用單維的線性模型來呈現就不能滿足學生學習的需要了，這時迫切要建構一個模型來體現其量級的變化，學生在這個過程中由形象認知慢慢走向抽象認知。“模型建構”在這里不僅是一種學習活動，更是學生思維發展的需求。

片段4：發現“能量關系”破壞的影響

師：（游戲視頻展示“海洋中的魚雷”）這會給海底的生物帶來哪些影響？

生：魚會死亡。

生：食肉的魚也會死亡。

生：可能還會影響珊瑚。

生：可能還會影響海鳥。

師：當食物鏈中一種生物受到影響時，與之相關的其他生物在能量傳遞上也會受到牽連。（引導學生發現不同食物鏈交錯而成的食物網）

【片段分析】

食物鏈的“能量”轉移并不是一成不變的，而是動態變化的，其會受外界因素的影響而呈現穩定和變化。這也是跨學科大概念“穩態與調節”的重要教學點。變化是世界的主旋律，是生物發展的動力。所以，教師在課堂結尾留給學生的不是封閉的句號，而是一個個問號。其中，學生的問題不應該是被消滅了，而是學生在學會解決問題的策略、思維的方法之后，能夠提出更多更有價值的問題。

二、策略反思

有學者指出，大概念的學習包括兩部分：一是必須將事實性知識置于學習者的概念框架中；二是概念被各種豐富的、有代表性的事實細節展現出來。也就是說，概念只有放在一定的應用情境下才會變得生動，才能對學習者產生意義。在課堂教學中，教師幫助學生形成正確的生命科學概念，應從學生的經驗出發，給他們提供各種生物學事實作為支撐。學生根據事實抽取出的生物學大概念和核心概念，理解這些囊括了某種生物學事實總體特征和規律的東西,并以此來建構合理的概念框架，進而能夠在新情境下遷移與應用。

（一）概念與經驗的聯結

小學階段的學生擁有了一些生活經驗，而這些經驗直接參與或影響著他們對周圍世界的新認知。同樣，在科學概念的形成過程中，已有經驗也能發揮潛移默化的作用。這個作用有時是正向的，有時卻是負向的，但教師需要利用其產生教學價值，助力學生建構正確的科學認知，或引發對原有錯誤經驗的反思。因此，情境是科學教學中相當重要的一個載體，它可以是原有經驗的激發者，也可能是新的學習起點，又或者是發生認知沖突的爆發點。

在“有趣的食物鏈”教學中，教師選擇了一款游戲APP“饑餓鯊”作為課堂導入。六年級的學生很快可以代入到游戲的“捕食”情境中，他們會發現，鯊魚要存活，必須要有足夠的能量值，這個只能依靠其不停地捕食其他小型魚類，而在面對大型魚類時，鯊魚也會有不同能量值的損失。

與此同時，學生頭腦中“吃與被吃”“生存與能量”“大魚小魚”的原有經驗被激活。這些正是成為本課概念建構的重要基礎。在這些原材料的基礎上，概念才得到生長發展，或是得到科學地修正。學習才成為有根之本、有源之水。

（二）大概念與小概念的聯結

生物間吃與被吃的現象是學生很早就會認識到的，也就是說，學生對食物鏈是有一定認知的，只是不完善、不準確而已。本課的目標就是要幫助學生厘清食物鏈的組成，認識到其中的營養生產和能量的轉移。

教師通常會引導學生來完成一條食物鏈，如“樹→蟬→螳螂→黃雀”。一些學生能認識到它們之間吃與被吃的食物關系，不過箭頭卻總是畫反。學生的解釋就是黃雀吃螳螂，箭頭就應該指向螳螂。教師往往規定箭頭指向主動吃的那一方。學生箭頭畫反，說明概念不易內化，不能在概念建構中有效地歸納與整理，容易“新瓶裝舊酒”。

如果教師幫助學生從能量流動的高度來審視食物鏈，引導學生了解綠色植物的光合作用能生產出營養物質，這些會成為植食性動物的能量來源，而植食性動物又將是肉食性動物的能量來源，再請學生來完成箭頭的描繪就水到渠成、輕而易舉了。可以看出，跳出箭頭指向的困頓，用能量流動的大概念來審視，食物鏈的指向和延展就不言自明，食物鏈“吃與被吃”的小概念就能從學生各種原有的認識中抽取出來，抽象出能量流動的條條動態之“鏈”。

（三）概念與模型的聯結

“有趣的食物鏈”突顯的是生物間的食物聯系，這種吃與被吃的聯系是復雜的、動態的，是生物間相互博弈與斗爭的結果。因此，教師要幫助學生理解食物鏈不只是線性的彼此串聯，還是面狀的層級流動。這樣的模型建構能豐富學生對食物鏈中生物數量間此消彼長的認知，甚至形成“生態反哺”“少即是多”的自然生態觀。

適當的模型不僅能把概念學習向前推進一步，還能幫助學生對概念的遷移應用產生深遠影響。小學六年級的學生已具備一定的生物學知識和一定程度的生活經驗，開展大概念的教學是一種需求，也是一種基礎。教師需要在形成性評測的教學法應用背景下，針對每一節課的內容進行甄選和調整。只有在每個小概念與大概念之間搭建有效的學習路徑，才能讓大概念教學的優勢落到實處。