陳宗榮

（廈門市教育科學(xué)研究院，福建 廈門 361001）

新一輪義務(wù)教育課標(biāo)的修訂，最大的突破就是強(qiáng)調(diào)課程核心素養(yǎng)。新修訂的義務(wù)教育課程方案也將進(jìn)一步深化教學(xué)改革，要求新教學(xué)應(yīng)該堅持素養(yǎng)導(dǎo)向，強(qiáng)化學(xué)科實(shí)踐，推進(jìn)綜合學(xué)習(xí)，落實(shí)因材施教。堅持素養(yǎng)導(dǎo)向，教學(xué)上就不只是關(guān)注具體的知識點(diǎn)小目標(biāo)，還要關(guān)注更大更長遠(yuǎn)的素養(yǎng)目標(biāo)。實(shí)施大概念教學(xué)，可以加強(qiáng)學(xué)科內(nèi)知識模塊的統(tǒng)整，推進(jìn)跨學(xué)科實(shí)踐，建設(shè)具有高度關(guān)聯(lián)的綜合課程。堅持大概念視角，通過提取學(xué)科大觀念、強(qiáng)化知識之間的聯(lián)系，重視解決一般性的基本問題、提煉具有普適性的大觀點(diǎn)和通法，促進(jìn)提升學(xué)生的科學(xué)思維品質(zhì)。

一、學(xué)科大概念的內(nèi)涵剖析

大概念可以是一個概念、主題或問題，它能夠使離散的事實(shí)和技能相互聯(lián)系并具有一定的意義。大概念是學(xué)科的“核心”，它們需要被揭示，因此我們必須深入探究，直到抓住這個核心。［1］只有揭示大概念，才能抓住關(guān)鍵思想并把相關(guān)內(nèi)容知識聯(lián)系起來。不關(guān)注具有持久價值的大概念，學(xué)生所學(xué)習(xí)的知識則很容易成為被遺忘的知識碎片。大概念可以以各種不同的形式呈現(xiàn)，一個重要理論、一個核心概念或一個基本問題都可以是大概念。大概念與一般的定義不同：定義可以學(xué)習(xí)記憶并直接應(yīng)用于解決具體問題；而大概念更多的是在問題解決過程中起指導(dǎo)性猜想作用，可以優(yōu)化問題解決過程的科學(xué)思維的品質(zhì)。

比如“勻速直線運(yùn)動”是一個基礎(chǔ)概念，其相關(guān)特征規(guī)律可以直接應(yīng)用在具體的問題解決中。而“理想化模型”是一個大概念，它可以指導(dǎo)我們的研究工作忽略次要因素，突出主要因素，從而建立指向事物本質(zhì)特征的物理規(guī)律，優(yōu)化建構(gòu)物理模型的抽象概括過程，提高學(xué)生的建模能力。

義務(wù)教育階段，學(xué)科大概念在目標(biāo)上指向課程核心素養(yǎng)——思維的敏捷性，內(nèi)容上體現(xiàn)學(xué)科本質(zhì)——思維的深刻性，過程中強(qiáng)調(diào)進(jìn)階建構(gòu)——思維的建構(gòu)性，結(jié)果上注重理解遷移——思維的遷移性。從課程標(biāo)準(zhǔn)來看，學(xué)科大概念就是從學(xué)科視角形成的關(guān)于自然、社會和自我的基本認(rèn)知，與學(xué)科觀念對等，包括物質(zhì)觀、運(yùn)動與相互作用觀、能量觀等。［2］從學(xué)習(xí)內(nèi)容來看，學(xué)科大概念是反映學(xué)科本質(zhì)、居于學(xué)科中心位置，且具有廣泛解釋力和預(yù)測性的少數(shù)思想和觀念，學(xué)科大概念具有相對性。［3］如“能量的轉(zhuǎn)化與守恒”“力的作用是相互的”是在中學(xué)物理學(xué)科中具有統(tǒng)攝功能的學(xué)科大概念。從建構(gòu)過程來看，學(xué)科大概念從外圍的事實(shí)、關(guān)系、結(jié)論、概念、規(guī)律漸次進(jìn)入學(xué)科知識內(nèi)核，具有較高的抽象程度，屬于高階或高位的高級概念。如“運(yùn)動是絕對的”是具有哲理性的指向本質(zhì)的概念，是哲學(xué)大概念，而“參照物”是一個具體的學(xué)科定義，是表層概念?！暗刃娲苯沂疽环N學(xué)科思想方法，也是一個學(xué)科大概念。而“串并聯(lián)電路的總電阻”“力的合成分解”是具體的學(xué)科知識，屬于“等效替代”思想統(tǒng)攝下的學(xué)科概念。

二、學(xué)科大概念在提升科學(xué)思維品質(zhì)上的作用

“雙減”背景下，學(xué)科教學(xué)要求實(shí)現(xiàn)知識“量”的減少和“質(zhì)”的提升，實(shí)施指向大概念的教學(xué)，有利于充分提升科學(xué)思維的品質(zhì)，有利于實(shí)現(xiàn)“減量提質(zhì)”的目標(biāo)?？茖W(xué)思維品質(zhì)反映了每個個體科學(xué)思維水平的差異，主要包括科學(xué)思維的系統(tǒng)性、普適性、深刻性、遷移性和敏捷性五個方面。

系統(tǒng)性是指科學(xué)思維活動的有序程度，以及整合各類信息的能力。利用大概念可以提高物理知識的結(jié)構(gòu)化程度，提升物理模型的建構(gòu)能力，提升科學(xué)思維的系統(tǒng)性。如“力可以改變物體的運(yùn)動狀態(tài)”是科學(xué)大概念，在內(nèi)容上可以把下位的“力與運(yùn)動”的知識統(tǒng)整起來，甚至可以下轄“運(yùn)動學(xué)”“靜力學(xué)”“動力學(xué)”。而其他類型的力如電磁力、分子力等在改變物體的運(yùn)動狀態(tài)方面本質(zhì)上也是相同的。

普適性是指科學(xué)思維活動的適用程度，普遍地適用于同類對象或事物的性質(zhì)。利用學(xué)科大概念可以形成解決問題的大觀點(diǎn)，形成具有普適性的解決問題的通法，提升科學(xué)思維的普適性?！傲梢愿淖兾矬w的運(yùn)動狀態(tài)”不僅可以用來解釋運(yùn)動狀態(tài)改變的原因，即通過物體運(yùn)動狀態(tài)的變化分析其受力情況，還可以根據(jù)改變受力情況促使物體的運(yùn)動狀態(tài)發(fā)生變化，大概念本身就含有分析問題解決問題的思想方法。如以“二力平衡”條件為原理可以設(shè)計測力計測量重力、摩擦力、浮力的大小，分析物體的浮沉條件。

深刻性是指科學(xué)思維活動的抽象程度和邏輯水平，涉及思維活動的廣度、深度和難度。學(xué)科大概念可以促進(jìn)學(xué)生把物理知識與生產(chǎn)生活社會實(shí)踐活動相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生正確的世界觀和方法論，提升科學(xué)思維的深刻性。正是在“力可以改變物體的運(yùn)動狀態(tài)”這一大概念的指引，我國在航天事業(yè)、深潛事業(yè)實(shí)現(xiàn)了重大突破。所有航天器的升空、加速、變軌、懸停、降落、回收和深潛器的沉浮，都體現(xiàn)了“力可以改變物體的運(yùn)動狀態(tài)”的大概念。相關(guān)事例可以讓學(xué)生為祖國科技發(fā)展的偉大成就自豪的同時，了解高科技背后最本質(zhì)的物理原理，感受物理學(xué)在推動科技社會進(jìn)步方面的巨大作用。

遷移性是指科學(xué)思維活動的可遷移程度，體現(xiàn)思維的靈活性和創(chuàng)造性。學(xué)科大概念不僅有利于知識間的聯(lián)系整合，也有利于思想方法的歸類整合，從而形成遷移性更強(qiáng)方法，提升科學(xué)思維的遷移性。比如在分析密度計算問題時，經(jīng)常要抓住密度是物質(zhì)的屬性這一概念，分析問題時經(jīng)常要考慮同種物質(zhì)的密度保持不變這一隱形條件。而在歐姆定律的計算中，電阻是導(dǎo)體導(dǎo)電性能的一種屬性，計算中也經(jīng)常要用到電阻不變這一條件。兩者在知識模塊中分屬力學(xué)和電學(xué)，但是在分析問題時的方法具有可遷移性。

敏捷性是指科學(xué)思維活動的速度，它反映了智力的敏銳程度。從學(xué)科大概念角度審視問題，可以敏銳捕捉問題的本質(zhì)特征，避免具體問題情境的干擾，又快又準(zhǔn)地解決問題。

因此，學(xué)科大概念具有整合知識促進(jìn)建構(gòu)、提供方法解決問題、價值引領(lǐng)立德樹人的教育功能。從學(xué)科大概念視角發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維，有利于促進(jìn)思維更具系統(tǒng)性、普適性、深刻性、遷移性和敏捷性。

三、基于學(xué)科大概念提升科學(xué)思維品質(zhì)的策略

培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科大概念思維，就要引導(dǎo)他們尋找學(xué)科知識間的內(nèi)在聯(lián)系，指導(dǎo)他們對學(xué)科知識不斷進(jìn)行更高層次的概括，指導(dǎo)他們學(xué)會提出一般性的大問題；指導(dǎo)他們學(xué)會用大觀點(diǎn)思考具體問題，指導(dǎo)他們努力形成解決問題的思想和通法。［4］

（一）尋找聯(lián)系促進(jìn)結(jié)構(gòu)化，提高科學(xué)思維的系統(tǒng)性

大概念的建構(gòu)需要較長時間的學(xué)習(xí)，對前后學(xué)習(xí)的學(xué)科知識，學(xué)生往往關(guān)注其表面差異，忽略其內(nèi)在聯(lián)系。大概念思維要求學(xué)生學(xué)會透過不同知識的表面差異，發(fā)現(xiàn)其內(nèi)在的一致性，學(xué)會用學(xué)科大概念去統(tǒng)整表面上無直接關(guān)聯(lián)的零碎的龐雜的知識，形成統(tǒng)一的整體。

如瞬時速度、平均速度、勻速直線運(yùn)動的速度、變速直線運(yùn)動的速度看起來各不相同，學(xué)生容易混淆。從大概念的思維看，這些概念都是描述物體運(yùn)動快慢的，即“物體在單位時間內(nèi)通過的路程的多少”來表示物體運(yùn)動的快慢。無論物體做什么運(yùn)動，這些速度本質(zhì)上都是平均速度，只不過用于計算的時間長短不同而已。平均速度所對應(yīng)的時間根據(jù)需要計算的過程確定，瞬時速度所對應(yīng)的時間是所在位置前后極短的一段時間。

如重力、彈力、摩擦力是三個不同的概念，其產(chǎn)生條件各不相同。從大概念的角度分析，三者具有內(nèi)在的一致性。要分析三個力的產(chǎn)生原因的本質(zhì)特征，可以先提取出統(tǒng)攝這三個概念的大概念“力是一個物體對另一個物體的作用”，可見這三種力的產(chǎn)生都要有另一個對其產(chǎn)生作用的物體，即施力物體，而施力物體還要對研究對象產(chǎn)生一定形式的作用，是否真正產(chǎn)生作用，則可以用“力可以改變物體的運(yùn)動狀態(tài)”這一學(xué)科大概念進(jìn)行辨析。通過這種思路，可以把不同形式的力歸整到同一結(jié)構(gòu)中。

（二）化特殊問題為一般問題，提高科學(xué)思維的普適性

一般性的大問題即基本問題，是比具體的特殊問題更大的問題，基本問題是指向大概念的航標(biāo)。在面對具體的小問題，學(xué)生往往只關(guān)注具體問題的特殊細(xì)節(jié)，而不同的具體問題其細(xì)節(jié)各不相同，如果不能轉(zhuǎn)化為用大問題視角重新審視每一個新的具體問題，就容易陷入題海，收獲一些零零碎碎的特殊技巧。大概念思維提倡將特殊問題推進(jìn)轉(zhuǎn)化為一般的狀態(tài)，即提出一個更為基本更具普遍意義的問題，將一般性問題的求解結(jié)果，應(yīng)用到解決特殊條件的具體問題中。物理學(xué)中經(jīng)常應(yīng)用一些二級結(jié)論解決具體的特殊問題就屬于這種思維。

例如，有三個分別豎放在水平面上材料相同的均勻圓柱體A、B、C，底面積均為S=25 cm2，三個圓柱體的高度分別為hA=20 cm、hB=15 cm、hC=10 cm，質(zhì)量分別為mA=4kg、mB=3kg、mC=2kg。求三個圓柱體對水平面的壓強(qiáng)之比。

上述問題所提供的已知條件中有冗余信息，學(xué)生容易根據(jù)壓強(qiáng)的定義式分別計算每個圓柱體對水平面的壓強(qiáng)，然后計算三個壓強(qiáng)的比值。顯然這種解法非常繁瑣，效率低，需要不斷重復(fù)應(yīng)用壓強(qiáng)的計算式求解。大概念思維要求將問題推進(jìn)到一般情形，轉(zhuǎn)化為一般性的問題，即轉(zhuǎn)化為推導(dǎo)均勻直柱體對水平面的壓強(qiáng)與哪些因素有關(guān)，具體有什么關(guān)系。

一個豎放在水平面上的圓柱體，其對水平面的壓力F=G，圓柱體重G=mg=ρgSh，圓柱體對水平面的壓強(qiáng)

結(jié)果表明，圓柱體對水平面的壓強(qiáng)僅與其密度、高度有關(guān)，與質(zhì)量、底面積等其他因素?zé)o關(guān)。所以三個圓柱體對水平面的壓強(qiáng)之比為pA∶pB∶pC=hA∶hB∶hC=4∶3∶2。

上述結(jié)論同樣適用于正方體、立方體等其他直柱體。

（三）指向本質(zhì)的上位化概括，提高科學(xué)思維的深刻性

概括是由特殊到一般的思維過程，通過剖析不同案例或概念的共同特征，通過自下而上的路徑提取大概念，對學(xué)科知識進(jìn)行上位化概括。大概念思維應(yīng)該突破具體情境或具體概念的束縛，不斷往上概括，概括的層次越高，所得知識越剝離具體情境，結(jié)論越抽象，也越接近事物的本質(zhì)。

如物體的浮沉條件是在通過探究浸在水中的玻璃瓶的浮沉情況后再去除具體情境概括得出的結(jié)論：浸在液體中的物體，其浮沉主要取決于它所受到的浮力和重力的大小。當(dāng)浮力大于重力時，物體上浮；當(dāng)浮力小于重力時，物體下沉；當(dāng)浮力等于重力時，物體處于懸浮或漂浮狀態(tài)。

本條件也適用于空氣中的懸浮物運(yùn)動狀態(tài)改變的判斷，還可以進(jìn)一步推廣到豎直方向或其他任何方向物體運(yùn)動狀態(tài)與受力情況的關(guān)系判斷，提煉出力與運(yùn)動的一般關(guān)系。比如在判斷航天器升空、變軌、減速、懸停、降落過程的受力分析，水平方向動車的啟動、加速、勻速、減速、進(jìn)站過程的受力分析，均與此道理相同。去除具體情境的支撐，使結(jié)論更加抽象，更具有普遍意義，有利于學(xué)生理解力與運(yùn)動關(guān)系的本質(zhì)。

（四）構(gòu)建學(xué)科模型，提高科學(xué)思維的遷移性

學(xué)生通常會被教育要“具體問題具體分析”。如果只關(guān)注問題的外在條件，幾乎所有的具體問題都是新問題。即使被指導(dǎo)要對問題進(jìn)行分類，如果分類的依據(jù)是問題的外在特征，就會獲得各類有細(xì)微差異的針對不同試題類型的具體解法，獲得很窄的解題特殊技巧。大概念思維則會從更高視角歸納出具有不同表面特征問題的共同內(nèi)核，在表面上看起來十分繁雜的眾多問題的基礎(chǔ)上建立簡單的學(xué)科模型。從更高的視角開始審視問題的本質(zhì)，從而更快獲取解決問題的正確方向。從更大的類別上分析各類問題共同的思想方法，以此統(tǒng)攝解決各類問題的具體方法。由于是在更高的視角建立的學(xué)科模型和思想方法，可以涵蓋的問題類別更多了，可以遷移應(yīng)用的范圍自然也就更廣了。

例如中考復(fù)習(xí)時，許多老師熱衷于給學(xué)生歸納各種解決具體問題的方法。如測量電阻時，除了教材里的“伏安法”外，還會大量操練由于提供的器材不同而面對的其他方法，如“雙安法”“雙伏法”“安阻法”“伏阻法”……各種方法因具體連接方式不同又會衍生出多種變式。由于“電阻的測量”是中考高頻考點(diǎn)，許多學(xué)生不惜花費(fèi)大量時間推演各種解法并試圖加以記憶，這些方法來自教師的贈予，其實(shí)卻成了學(xué)生的負(fù)擔(dān)。

大概念思維會幫助學(xué)生建立一種思想，俯瞰這些所謂的題型和變式。任何涉及電阻測量的問題，都需要與電阻有關(guān)的物理知識為測量原理。任何與電阻有關(guān)的物理知識結(jié)合具體電路的連接方式，都可以為電阻的測量提供一種新方法。初中物理涉及電阻的有歐姆定律、串聯(lián)電路中電壓的分配、并聯(lián)電路中的電流分配等知識，這些知識都可以為測量電阻提供理論依據(jù)。

測量電阻、測量電功率、測量密度等測定性實(shí)驗，試題情境經(jīng)常出現(xiàn)缺少某一測量工具，或所提供的器材無法滿足直接測量的條件，需要根據(jù)試題的具體情況，用“等效替代”的思想或“轉(zhuǎn)化”的思想進(jìn)行實(shí)驗方案設(shè)計，或用“等效替代”或“轉(zhuǎn)化”的思想理解試題給出的實(shí)驗方案，進(jìn)而解決相關(guān)問題。這里的“等效替代”“轉(zhuǎn)化”的思想既是通法，也是大概念。

相似的“具體與具體”之間的簡單關(guān)聯(lián)只是低層次的遷移，比如通過大量的練習(xí)，讓學(xué)生熟悉各種題型，也就是俗稱的“刷題”。這種低層次的遷移是無意識的、自動的遷移。而促進(jìn)學(xué)生不斷形成“具體與抽象”以及“抽象與抽象”交錯的復(fù)雜認(rèn)知結(jié)構(gòu)，從而能聯(lián)結(jié)不相似的“具體與具體”，這才是高層次的遷移，這種遷移是有意識的、深思熟慮的遷移。［5］

（五）以大觀點(diǎn)解小問題，提高科學(xué)思維的敏捷性

面對一個新的具體問題，學(xué)生往往容易從具體的情境出發(fā)，根據(jù)提供的具體信息一步步從正向出發(fā)，根據(jù)自己的日常直覺尋找與題設(shè)條件相近的相關(guān)知識，嘗試解決具體問題。大概念思維提倡透過表面具體瑣碎的現(xiàn)象，運(yùn)用大觀點(diǎn)思維，直指問題的本質(zhì)，快速準(zhǔn)確地作出正確的判斷并解決問題。

例如：小華在操場的豎直桿上攀爬，向上勻速運(yùn)動時受到的摩擦力大小為f1，向下勻速運(yùn)動時受到的摩擦力大小為f2。若小華的自重為G，則（ ）

A.f1=f2＜GB.f1=f2=GC.f1=f2＞GD.f1＞G＞f2

解決上述問題時，學(xué)生容易受題目信息引導(dǎo)，在向上運(yùn)動和向下運(yùn)動時摩擦力的分析上感到困惑，根據(jù)自己日常生活的直覺經(jīng)驗，認(rèn)為下滑時一定較為省力，上滑時一定較費(fèi)力，從而選擇D 答案。本題屬于力和運(yùn)動的關(guān)系問題，大概念思維不會受到小華上滑還是下滑這一表面現(xiàn)象的干擾，而是運(yùn)用力和運(yùn)動關(guān)系的大觀點(diǎn)進(jìn)行分析，分別分析小華的運(yùn)動狀態(tài)和受力情況，由二力平衡條件直接得出選項B的正確結(jié)論。

從大觀點(diǎn)的視角看，還應(yīng)該學(xué)會跳出“豎直”方向的具體情境，在任何方向都可以用力和運(yùn)動的關(guān)系分析相關(guān)問題。如分析斜向上勻速運(yùn)動的氣球的受力情況時，或者分析斜向上勻速運(yùn)動的電梯上客人的受力情況時，就不會受到“斜向上”這一表面現(xiàn)象的干擾，直接根據(jù)二力平衡條件作答。以大觀點(diǎn)解小問題，可以做到又快又準(zhǔn)。

心懷大概念，可以使人登高望遠(yuǎn)，思路廣闊?；诖蟾拍畹膶W(xué)習(xí)，可以提高知識的結(jié)構(gòu)化程度，促進(jìn)形成科學(xué)觀念。以大概念指導(dǎo)問題解決，可以習(xí)得普適性的方法論，獲得高遷移性的科學(xué)思維，實(shí)現(xiàn)減負(fù)提質(zhì)增效。