摘要 科學(xué)大概念有助于學(xué)生獲得一個結(jié)構(gòu)完整、互相聯(lián)系的科學(xué)世界圖景，但從教學(xué)實踐層面來看，教師提煉科學(xué)大概念的能力不足，大量表層性知識對學(xué)生的干擾，課堂教學(xué)方式的單一，對知識教學(xué)認(rèn)識的偏頗等因素影響了科學(xué)大概念教學(xué)的有效實施。因此，采用構(gòu)建概念全景圖，關(guān)注學(xué)生概念轉(zhuǎn)變，創(chuàng)設(shè)遷移情境以及滲透層級化知識等策略展開教學(xué)設(shè)計，可以提升科學(xué)教學(xué)的大局觀、精準(zhǔn)化和深度感。

關(guān)? 鍵? 詞 小學(xué)科學(xué) 大概念教學(xué) 科學(xué)探究 知識教學(xué) 全景圖

引用格式 許春良.小學(xué)科學(xué)大概念教學(xué)的困境和應(yīng)對[J].教學(xué)與管理，2022（32）：.57-60

最新頒布的《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》倡導(dǎo)“聚焦核心概念，精選課程內(nèi)容”，圍繞學(xué)科核心概念對義務(wù)教育階段所有學(xué)生都應(yīng)該掌握的科學(xué)課程核心內(nèi)容加以統(tǒng)整和安排，最終落實科學(xué)觀念、科學(xué)思維、探究實踐和態(tài)度責(zé)任等科學(xué)課程核心素養(yǎng)的培養(yǎng)目標(biāo)。這種以大概念統(tǒng)領(lǐng)課程內(nèi)容的設(shè)計思路，既考慮了小學(xué)生的年齡特征與認(rèn)知特點，又能夠幫助教師準(zhǔn)確把握教學(xué)目標(biāo)和核心內(nèi)容?？茖W(xué)大概念是大概念在科學(xué)課程領(lǐng)域的具體表現(xiàn)。和一般的科學(xué)概念相比，科學(xué)大概念具有兩個最核心的特征。一是具有抽象性?？茖W(xué)大概念并不直接從某個具體的事實問題中產(chǎn)生，它指向的是具體科學(xué)知識背后的核心內(nèi)容，是一種更具抽象水平、更具有普適意義的概括性表達。二是具有整合性。作為一種認(rèn)知工具，科學(xué)大概念具備整合的能力，它能把不同的知識片段連接起來，讓學(xué)生具備應(yīng)用和遷移能力，使不熟悉的概念看起來更熟悉。

一、科學(xué)大概念教學(xué)的困境解析

自美國學(xué)者蘭斯福德等對1970年以來學(xué)校教育過于強調(diào)記憶而非理解的教學(xué)行為提出嚴(yán)厲的批評以來，改變純粹的科學(xué)知識傳授、倡導(dǎo)知識技能的遷移、重視科學(xué)大概念的教學(xué)成為各國科學(xué)教育改革的具體目標(biāo)。從當(dāng)下的教育現(xiàn)狀來看，科學(xué)大概念教學(xué)仍然任重道遠(yuǎn)。

1.教師缺乏提煉科學(xué)大概念的基本能力

與單純的知識點相比，科學(xué)大概念是對分布在各冊教材中諸多知識點進行識記、對比、抽象、歸納后形成的一種高級成果，這無疑對教師的教學(xué)設(shè)計能力提出了更高的要求。正是因為缺乏從教材內(nèi)容中提煉科學(xué)大概念的能力，導(dǎo)致教師把課堂中的科學(xué)探究活動指向某個具體的科學(xué)事實和科學(xué)知識，從而無法實現(xiàn)更高水平的概念整合。由此可見，提煉并明晰科學(xué)大概念是進行教學(xué)設(shè)計的前提，它能夠幫助教師合理地選擇知識內(nèi)容、科學(xué)地安排學(xué)習(xí)順序，讓教學(xué)擺脫“只見樹木，不見森林”的局限性。

2.學(xué)生受到大量表層性知識的干擾

科學(xué)大概念并非由眾多小概念堆積而成，它反映的是科學(xué)領(lǐng)域更隱蔽、更本質(zhì)、更普遍的規(guī)律和原理。學(xué)生在正式入學(xué)之前便能夠通過聽講、觀察、電視、閱讀等途徑獲得大量的表層性知識。入學(xué)階段的科學(xué)學(xué)習(xí)雖能讓學(xué)生的科學(xué)知識在數(shù)量維度上不斷增加，但這些知識之間并不會自動排列，有時還會產(chǎn)生沖突，這反而會阻礙知識的結(jié)構(gòu)化過程?！耙氆@得一個學(xué)科的核心大概念有時會非常緩慢，學(xué)生需要通過教師引導(dǎo)的探究學(xué)習(xí)和反思才能獲得。”[1]如何讓零散的科學(xué)知識慢慢進展到更為適用的科學(xué)大概念，就必須關(guān)注學(xué)生頭腦中個人的獨特經(jīng)驗和知識結(jié)構(gòu)，并設(shè)計相應(yīng)的教學(xué)活動給予他們幫助。

3.課堂以科學(xué)探究代替所有的學(xué)習(xí)方式

科學(xué)課上采用探究式學(xué)習(xí)能夠讓學(xué)生緊緊圍繞某個科學(xué)現(xiàn)象進行觀察、解釋，形成較為完整的思維過程。然而僅有科學(xué)探究是不夠的，教師還需要考慮學(xué)生的學(xué)習(xí)動機、學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)成就等因素，把他們引導(dǎo)到其他有遷移價值的學(xué)習(xí)問題上。這些問題可以是基于真實生活情境的，也可以是能調(diào)動學(xué)生興奮感的，還可以是能幫助其理解和拓展所學(xué)知識的，比如通過項目式學(xué)習(xí)能夠讓學(xué)生獲得豐富的學(xué)習(xí)經(jīng)歷，幫助他們從有聯(lián)系的連貫性活動中慢慢建構(gòu)科學(xué)大概念。

4.因誤解知識教學(xué)而產(chǎn)生“因噎廢食”

基于課程標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的科學(xué)教材并不直接呈現(xiàn)文本化的科學(xué)知識，取而代之的是觀察、測量、討論、交流、解釋等過程性學(xué)習(xí)活動，這也導(dǎo)致教師在教授科學(xué)知識時畏手畏腳，無所適從。“無視知識的多維屬性，輕視知識自身的發(fā)生邏輯，離開知識談?wù)撜n程和教學(xué)，淡化知識與人的發(fā)展關(guān)系及其對人的素養(yǎng)發(fā)展的價值關(guān)聯(lián)，都是非常危險的?！盵2]從本質(zhì)上講，科學(xué)大概念也是一種知識，教師在教學(xué)設(shè)計時應(yīng)把科學(xué)知識教活、教透，讓學(xué)生真正理解知識背后的產(chǎn)生邏輯，打通知識和知識之間的內(nèi)在聯(lián)系通道，為科學(xué)大概念的形成掃除障礙。

二、促進科學(xué)大概念教學(xué)的策略

圍繞大概念進行單元整體教學(xué)和設(shè)計是當(dāng)前基礎(chǔ)教育研究的一個熱點。教師在設(shè)計單節(jié)課的時候，大概念同樣是教學(xué)設(shè)計的重要依據(jù)。理解和把握科學(xué)大概念的特征及形成模式，有助于教師從紛繁復(fù)雜的課程內(nèi)容中分離出不必要的細(xì)節(jié)，有效提升單節(jié)課教學(xué)設(shè)計的大局觀、精準(zhǔn)化和深度感。

1.建構(gòu)科學(xué)大概念的全景圖

美國科學(xué)促進協(xié)會認(rèn)為科學(xué)素養(yǎng)不應(yīng)視作支離破碎的信息及毫不相干的技能的簡單集合，而應(yīng)是一個內(nèi)容豐富、技能與觀點可以相互支撐的架構(gòu)。在著名的“2061計劃”叢書之《科學(xué)素養(yǎng)的導(dǎo)航圖》中詳細(xì)描繪了49個較為完善的、相互連接的概念進展圖，旨在讓教師明白那些學(xué)生在不同年級乃至不同學(xué)科中學(xué)到的技能和知識是如何相互作用的。這種呈現(xiàn)科學(xué)大概念進展的方法被稱為全景圖法，它通常從課程與教學(xué)視角出發(fā)，基于已有研究、課程文件以及社會預(yù)期，使用概念陳述形式呈現(xiàn)科學(xué)大概念逐步發(fā)展的進程，通過邏輯分析找出較為復(fù)雜的科學(xué)大概念是由哪些較為簡單的子概念開始建構(gòu)的，逐步擴展為科學(xué)大概念的基本概況和圖景[3]。

以蘇教版科學(xué)教材三年級上冊“把鹽放到水里”一課為例，教師有必要站在科學(xué)大概念的高度，對本節(jié)課所涉及的眾多內(nèi)容進行梳理，繪制圖1所示的與本課教學(xué)活動相關(guān)的概念全景圖，其中加粗字體顯示內(nèi)容與本課中的教學(xué)活動直接相關(guān)。

根據(jù)這張概念全景圖不難發(fā)現(xiàn)，課堂中學(xué)生通過探究活動所觀察到的眾多科學(xué)事實是形成一般科學(xué)概念的起點，一般科學(xué)概念是形成科學(xué)大概念的中介，而科學(xué)大概念是教師進行教學(xué)設(shè)計時的應(yīng)有站位（見表1）。概念全景圖的建立就像一部導(dǎo)航儀，它讓教師有更高的教學(xué)站位，有效提升教學(xué)設(shè)計的大局觀，從容不迫地幫助學(xué)生找到通向科學(xué)大概念的學(xué)習(xí)路徑。

2.關(guān)注學(xué)生的概念轉(zhuǎn)變過程

一些心理學(xué)研究成果揭示兒童對某些科學(xué)理論的認(rèn)知是與生俱來的，如物體不可能無緣無故消失，一個有固定形狀的物體在不造成破壞的前提下不可能穿過另一個類似的物體等等。隨著學(xué)生生活經(jīng)驗的積累和思維能力的增強，他們會對這些理論雛形不斷進行改造。

以蘇教版科學(xué)教材五年級下冊“地球的運動”單元為例，學(xué)生頭腦中就有很多種不同的前科學(xué)概念（見表2），從中不難發(fā)現(xiàn)，學(xué)生的前科學(xué)概念和目標(biāo)概念之間大體呈現(xiàn)三種樣態(tài)：一是隔離，即兩種概念之間存在差距甚至互相沖突；二是相交，即兩種概念在某些方面存在共通之處，但在某些方面又是相隔離的，因此不夠全面；三是包含，即前科學(xué)概念基本正確，但適用范圍比較狹小，尚未抽象到科學(xué)概念的高度。在正式的科學(xué)學(xué)習(xí)發(fā)生時，這些不同樣態(tài)的前科學(xué)概念往往會和教師所教學(xué)的科學(xué)知識產(chǎn)生對接和碰撞，教師需要通過畫圖法、談話法、問卷法等方式了解學(xué)生是如何看待太陽東升西落、晝夜交替等自然現(xiàn)象的，以便有針對性地把學(xué)生的生活經(jīng)驗和背景納入教學(xué)設(shè)計視野，在調(diào)動學(xué)生科學(xué)學(xué)習(xí)積極性和好奇感的同時，實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)定位和活動內(nèi)容指向的精準(zhǔn)化，為學(xué)生科學(xué)大概念的形成掃除認(rèn)知障礙。

3.創(chuàng)設(shè)高水平遷移的發(fā)生情境

能否將所學(xué)的知識和技能運用到學(xué)習(xí)案例之外的情境之中，是判斷學(xué)生是否真正學(xué)會的一個重要評判標(biāo)準(zhǔn)。低水平遷移發(fā)生在新情境與原始學(xué)習(xí)情境極為相似的情況下，表現(xiàn)為從“具體—具體”的遷移特征。高水平遷移則發(fā)生在新事物和所學(xué)案例相異的情境之中，表現(xiàn)為“具體—抽象—具體”的遷移特征。教師在進行科學(xué)教學(xué)設(shè)計時，要巧妙創(chuàng)設(shè)一些原理相同、表現(xiàn)不同的學(xué)習(xí)情境，引導(dǎo)學(xué)生找到不同現(xiàn)象背后所隱藏的共同原理，讓所學(xué)的新概念具有更大的適用范圍，以利于新概念更牢固地融入到原有的概念體系中。

以蘇教版科學(xué)教材五年級下冊“撬重物的竅門”一課為例。在利用平衡尺和鉤碼探究杠桿省力的秘密之后，教師讓學(xué)生繼續(xù)猜測如何讓體重不同的同學(xué)玩蹺蹺板游戲并作出相應(yīng)的解釋，這是一種低水平遷移。稍高水平的遷移則是讓學(xué)生研究傳統(tǒng)的桿秤上為什么具有兩個提繩和兩套不同的刻度。如果要實現(xiàn)更高水平的遷移，教師可以讓學(xué)生建立（或回憶）起生活中扳手、剪刀、鉗子等常見工具的使用體驗，從這些具體鮮活的體驗中找到共同的力學(xué)原理，或者讓學(xué)生思考做俯臥撐時，應(yīng)該將書包放在人體的肩部還是臀部才能獲得更好的鍛煉效果，從而理解不同形態(tài)的杠桿類物體在生活中的實際應(yīng)用。再高一級水平的遷移則可以讓學(xué)生設(shè)計和建造一部投石車，在這個過程中學(xué)生除了要運用所學(xué)的杠桿原理之外，還必須借助已有的知識選擇材料和設(shè)計結(jié)構(gòu)，比如怎樣才能夠產(chǎn)生更大的投射力以獲得足夠的射程，如何實現(xiàn)射程的可控性變化等。這種類似項目化學(xué)習(xí)任務(wù)的教學(xué)設(shè)計讓學(xué)生有機會從跨學(xué)科視角去分析和解決實際問題，同時促使科學(xué)大概念在真實情境中得以深度應(yīng)用。

4.滲透層級化的知識內(nèi)容

一個層次較高、范圍較大的學(xué)科大概念往往需要通過構(gòu)建由其統(tǒng)攝的一個或多個知識層級結(jié)構(gòu)來支撐其學(xué)習(xí)與理解[４]。從教材的直觀結(jié)構(gòu)上看，一個學(xué)科大概念往往分布于若干個單元之內(nèi)，而每個單元又需要通過若干節(jié)課中更小的科學(xué)概念作為支撐，由此形成了知識的層級結(jié)構(gòu)。問題在于，教師習(xí)慣于在課堂中重點圍繞某個具體的科學(xué)事實、現(xiàn)象和知識展開教學(xué)活動的設(shè)計，這種扁平化的學(xué)習(xí)形態(tài)清晰地指向教學(xué)目標(biāo)，卻缺失了對科學(xué)大概念的關(guān)注。教師在教學(xué)設(shè)計時應(yīng)依據(jù)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，結(jié)合學(xué)生實際的學(xué)習(xí)能力和需求，通過上探和下展的方式確定一堂課的具體教學(xué)內(nèi)容。

上探是指引入與本課相平行的知識內(nèi)容，以便為學(xué)生以拼圖或螺旋方式形成更高層級的概念提供鋪墊和基礎(chǔ)。以蘇版科學(xué)教材五年級下冊“海豚和聲吶”一課為例。學(xué)生通過模擬海豚捕魚的活動，知道并理解海豚是如何利用超聲波對周圍環(huán)境和物體進行定位的這一科學(xué)原理。在達成這一教學(xué)目標(biāo)之外，教師可以引入除超聲波之外的聲波、電磁波、水波、地震波等生活中比較常見的“波”，通過觀看圖片、視頻和回憶等方式知道各種“波”都可以被用來探測周圍環(huán)境和物體，從而建構(gòu)起從特指的“超聲波”到更為普遍的“波”這一抽象和上層的科學(xué)概念。

下展是指將低一層級的知識內(nèi)容重現(xiàn)于課堂之中，以便于學(xué)生順暢、靈活地理解本課的目標(biāo)概念。任何一個科學(xué)概念的形成都是在抽象程度相對較低、適用范圍相對較小的概念支撐下逐步完成的。比如在研究光的色散現(xiàn)象時，教師讓學(xué)生描述太陽光穿過三棱鏡后形成的彩色光帶，從而得知太陽光中包含不同顏色的光。這一科學(xué)概念的獲得就需要更低層級的科學(xué)概念作為支撐，包括光進入眼睛能使人們看到光源或該物體；知道光在空氣中沿直線傳播；知道光遇到物體會發(fā)生反射或折射現(xiàn)象，光的傳播方向會發(fā)生改變等等。需要指出的是，基本教學(xué)目標(biāo)之外的知識層級并不是越多越好，這取決于教師的知識儲備、學(xué)生的經(jīng)驗基礎(chǔ)以及教學(xué)的實際需要。

科學(xué)大概念的形成不是一蹴而就的，學(xué)生需要通過不間斷地學(xué)習(xí)積累和持續(xù)反思才能達成理解和內(nèi)化。這意味著教師要約束好自己的勃勃雄心，警惕科學(xué)大概念教學(xué)的顯性化和灌輸化現(xiàn)象，尤其是要把握好學(xué)習(xí)任務(wù)的難度，以免把教學(xué)引向貼標(biāo)簽式的不良狀態(tài)。

參考文獻

[１] 威金斯等.追求理解的教學(xué)設(shè)計[M].閆寒冰，宋雪蓮，賴平，等譯.上海：華東師范大學(xué)出版社，2017：74.

[２] 郭元祥.把知識帶入學(xué)生生命里[J].北京大學(xué)教育評論， 2021，19（04）：28-43+184-185.

[３] 李剛，呂立杰.科學(xué)教育中的大概念：指向?qū)W生科學(xué)觀念的獲得[J].自然辯證法研究，2019，35（09）：121-127.

[４] 鄧靖武.大概念統(tǒng)攝下的物理單元知識結(jié)構(gòu)構(gòu)建及教學(xué)探討[J].課程·教材·教法，2021，41（01）：118-124.

［責(zé)任編輯：陳國慶］