張佳艷　胡曉敏

［摘 要］大概念視角下的單元可視化教學是對一線教師的新挑戰(zhàn)。雖然有關大概念的界定正在逐漸明確，但如何將大概念真正落實到實際教學中，以及如何與思維可視化工具一起共同促進學生思維發(fā)展，尚不明確。教師要在明確科學大概念內(nèi)涵，以及大概念對單元可視化教學的價值的基礎上，結(jié)合小學科學教材的具體內(nèi)容，建構(gòu)大概念視角下單元可視化教學的框架，以促進學生深度學習，實現(xiàn)提升學生學科核心素養(yǎng)的目標。

［關鍵詞］小學科學；單元教學;大概念;思維可視化

［中圖分類號］ G623.6［文獻標識碼］ A［文章編號］ 1007-9068（2024）06-0084-05

隨著《義務教育科學課程標準（2022年版）》（以下簡稱“2022版課標”）的頒布，聚焦學科核心概念，即大概念的單元教學越來越受到廣大教師的重視。但學生的思維具有內(nèi)隱性，看不見也摸不著，教師難以感知大概念單元教學中學生思維發(fā)展的情況，無法根據(jù)學生的反饋及時調(diào)控教學進程。思維可視化工具有讓隱性思維顯性化的作用，能為推動大概念單元教學提供有力抓手。因此，筆者以思維可視化工具為載體，探討大概念視角下的單元教學如何讓學生思維可視化。

一、大概念及其對思維可視化的價值

（一）大概念內(nèi)涵

2022版課標共設置了13個學科核心概念和4個跨學科概念（見圖1）。學科核心概念（大概念）是所有學生在義務教育階段應該掌握的科學課程核心內(nèi)容。教材聚焦學科核心概念，精選與學科核心概念相關的學習內(nèi)容，基于學生的認知水平和知識經(jīng)驗，由淺入深、由表及里、由易到難地安排學習內(nèi)容，加強不同學段間的銜接，引導學生進一步遷移應用所學知識，以解決生活中的實際問題。

由此可知，科學學科大概念既具有統(tǒng)攝性，自上而下統(tǒng)領不同學習內(nèi)容，高度概括看似零散分布的科學概念、科學方法、原理應用等，形成有組織、有結(jié)構(gòu)的學習框架，又具有本質(zhì)性，是在理解科學概念、規(guī)律、原理的基礎上對客觀事物形成的高度概括的總體認識，揭示了科學的本質(zhì)，同時為學生的遷移應用提供了思維認識方式。

（二）大概念對思維可視化的價值

1.統(tǒng)領單元教學形成結(jié)構(gòu)化

2022版課標以主題單元形式將13個學科核心概念分解成若干學習內(nèi)容，但科學學習不是零散的。大概念統(tǒng)領下的單元教學在一開始就確定以一個或多個核心概念統(tǒng)領整個單元，在頂層設計中將單元學習內(nèi)容進行“解構(gòu)—重構(gòu)”，形成結(jié)構(gòu)化學習內(nèi)容。如教科版科學教材四年級上冊《呼吸與消化》單元的大概念為“人體由多個系統(tǒng)組成，各系統(tǒng)分工配合，共同維持生命活動，并依賴于周圍環(huán)境”。圍繞單元大概念，筆者重新組織單元內(nèi)容，使其呈現(xiàn)結(jié)構(gòu)化特征（見圖2），并設計健康計劃表（見表1），以可視化的表現(xiàn)性任務統(tǒng)整單元學習內(nèi)容。

2.促進思維發(fā)展呈現(xiàn)進階性

學生科學思維的發(fā)展具有一定的內(nèi)隱性，是衡量科學教學實效性的標準之一。利用可視化工具可以實現(xiàn)思維的外顯，而大概念則可以勾連小學科學三個學段的學習內(nèi)容，幫助學生逐步建構(gòu)完整的科學概念。如筆者對教科版科學教材三年級上冊《空氣》一課中的相關內(nèi)容進行縱向整理時，發(fā)現(xiàn)“空氣是一種常見的重要物質(zhì)”的概念建構(gòu)，小學三個學段都有涉及。學習了一年級下冊《我們周圍的物體》單元后，學生了解到空氣是一種無色、無味、透明、會流動、形狀不固定的氣體，積累了感性認識。隨著探究方法的豐富和探究能力的發(fā)展，學習了三年級上冊《空氣》單元后，學生對空氣的質(zhì)量、占據(jù)空間等特點有了進一步的理解（見圖3）。這樣，大概念建構(gòu)的學習內(nèi)容在編排上呈螺旋式上升，大大促進了學生的思維向深層次發(fā)展。

3.關聯(lián)生活應用反映真實性

大概念能夠高度概括科學知識、規(guī)律和方法等，體現(xiàn)科學本質(zhì)，有利于學生綜合解決生活實際問題。如教科版科學教材四年級下冊《巖石與土壤》單元的學科核心概念為“地球系統(tǒng)”，大概念為“巖石和土壤是我們地球的重要資源，利用科學的觀察方法可以讓我們對巖石和土壤有更多的認識”。為了構(gòu)建這樣的科學概念，在執(zhí)教《巖石的組成》一課時，筆者將知識關聯(lián)生活，創(chuàng)設“小小礦物鑒定師”這一真實情境，引導學生開展微項目學習（見圖4），以大概念驅(qū)動學生解決生活中的實際問題，提高學生的核心素養(yǎng)。

二、基于大概念實施可視化單元教學

（一）實施框架

筆者依據(jù)教科版科學教材及2022版課標中與大概念建構(gòu)有關的內(nèi)容，提煉出指向思維可視化的三個要點：圖解大概念，把握思維可視化的起點；關聯(lián)大概念，夯實思維可視化的基點；運用大概念，指向思維可視化的落點。

（二）實施方案

如何在單元教學中實現(xiàn)學生思維可視化？如何將學生的學習內(nèi)容進行結(jié)構(gòu)化組織和可視化呈現(xiàn)？如何在單元教學中避免課程內(nèi)容的零散、龐雜？帶著這些問題，筆者以教科版科學教材三年級上冊《空氣能占據(jù)空間嗎》一課的實施方案為例，初步驗證指向思維可視化的三個要點。

1.圖解大概念：把握思維可視化的起點

思維的內(nèi)隱性讓學習過程的發(fā)生無法被及時追蹤和有效反饋，且學生在課堂上人云亦云，難以表達真實想法，這在一定程度上阻礙了學生科學思維的發(fā)展。作為核心素養(yǎng)的核心，科學思維的重要性不言而喻。筆者以圖解大概念為手段，直觀呈現(xiàn)中年段學生課堂思維發(fā)展過程，捕捉學生的學習起點，通過將學生思維外顯化及時調(diào)整課堂教學，實現(xiàn)因材施教。

（1）個性化圖解，暴露前概念

學生在進入課堂前并不是一張白紙。教師要把握好學生的已有經(jīng)驗，在學生已有經(jīng)驗的基礎上開展教學，提高課堂教學的有效性。但在實際教學中普遍存在學生前概念難獲取的現(xiàn)象，主要有以下三個原因：中年段學生缺乏抽象思維，無法使用具體的語言或文字表述自己的想法；課堂時間有限，提問、談話等形式無法實現(xiàn)對每一個學生前概念的獲取，易造成人云亦云的現(xiàn)象，使不同的聲音被掩蓋；前概念調(diào)查難反饋，導致調(diào)查流于形式，沒有真正起到幫助教師了解學情的作用。

因此，對“空氣能占據(jù)空間嗎”這一前概念的調(diào)查，筆者利用石塊、水等可見物品為學生建立“占據(jù)空間會導致瓶內(nèi)水位上升”的直觀聯(lián)結(jié)，通過畫“剪去底的瓶子豎直壓入水后”水位線的位置圖，呈現(xiàn)學生對空氣是否占據(jù)空間的前概念（見圖5）。利用圖示的手段呈現(xiàn)前概念，實現(xiàn)了思維呈現(xiàn)的化繁為簡，使每個學生都能在課堂上大膽地表達自己的想法，同時為后面圖解呈現(xiàn)大概念建構(gòu)的過程做好鋪墊。

（2）理解為先，明確學習目標

《理解為先模式——單元教學設計指南》一書，強調(diào)了理解是教學和評估的中心，即為理解而教，為理解而評。從理解的六個維度（見圖6）可知，明確學習目標可以激發(fā)學生的學習動機，為后面的深度學習提供方向指引，避免無效觀察，同時使學生的思維變化有跡可循。

從2022版課標可知，《空氣能占據(jù)空間嗎》一課涉及的學科核心概念是“物質(zhì)的結(jié)構(gòu)性質(zhì)”，內(nèi)容要求是“說明空氣有質(zhì)量并占有一定的空間，空氣會充滿各處”。結(jié)合單元大概念及學生學情，教師利用理解為先理念逆向設計，從大概念視角出發(fā)，重新明確本單元的學習目標：能利用證據(jù)說明空氣占據(jù)空間、充滿各處等性質(zhì)（見表2）。引導學生在學習活動正式開始前明確學習目標，是大概念視角下單元教學的第一步。目標作為課堂教學的一條內(nèi)線，引導深度學習的發(fā)生和學習成果的評價反饋，以此實現(xiàn)“教—學—評”一體化。

由表2可知，本單元教學圍繞“空氣是一種常見而重要的混合物質(zhì)”這一大概念展開，而《空氣能占據(jù)空間嗎》一課是在學生對空氣有了一定認知后，圍繞“能夠通過一定的工具或方法探究發(fā)現(xiàn)‘空氣像石塊、水等物質(zhì)一樣能夠占據(jù)空間，并充滿各處的性質(zhì)，并能聯(lián)系生活，解釋、應用生活的一些現(xiàn)象”的目標展開教學。

2.關聯(lián)大概念：夯實思維可視化的基點

著名教育家維果斯基將兒童現(xiàn)有的獨立解決問題的水平和通過成人或更有經(jīng)驗的同伴的幫助而能達到的潛在的發(fā)展水平之間的區(qū)域界定為“最近發(fā)展區(qū)”。可見，在大概念的建構(gòu)過程中，學生的思維發(fā)展需要幾個關鍵性的思維節(jié)點來支撐他們跨越“最近發(fā)展區(qū)”，實現(xiàn)知識理解與實際應用，即真實、有意義的學習。

基于這樣的前概念認知和學習目標，筆者利用學生生活中的常見物品——剪底的礦泉水瓶和水槽等，讓學生親身經(jīng)歷、體驗瓶子豎直壓入水中的過程。在觀察中，學生用圖示的方式對自己的猜測進行修正，直觀呈現(xiàn)思維變化過程。

經(jīng)過探究，大部分學生都觀察到水進了一點之后就進不去了，而瓶子外的水位卻上升了（見圖7）。這與前面學生的猜測形成了鮮明對比，產(chǎn)生這個現(xiàn)象的原因是什么呢？教師及時抓住契機，進一步引導學生觀察打開瓶蓋后出現(xiàn)的現(xiàn)象，并思考出現(xiàn)這個現(xiàn)象的原因。

通過有組織、有結(jié)構(gòu)的探究活動，學生結(jié)合思維可視化工具，呈現(xiàn)自己的思維發(fā)展成果，一共得出四種不同結(jié)果。筆者板貼這四種結(jié)果的圖式（見圖8），以此組織學生開展研討，幫助學生進行意義建構(gòu)。學生在研討中進一步完善和修正自己的想法，共同建立“空氣能夠占據(jù)空間”的概念。

在這個過程中，筆者利用生活化的探究材料關聯(lián)大概念建構(gòu)過程，通過提取學生原有的生活經(jīng)驗，使結(jié)果與猜測形成強烈對比，從而深化學生的思維發(fā)展，促使學生利用思維可視化工具開展研討，為跨越“最近發(fā)展區(qū)”提供支架。

3.運用大概念：指向思維可視化的落點

面對真實世界，解決實際問題需要的不僅是單一的知識，更是綜合運用知識的能力。而深度學習強調(diào)的就是對知識的理解和運用所學知識解決實際問題的能力，即正向的高階思維遷移。

筆者以問題為導向，引導學生思考、解釋生活中的不同現(xiàn)象或應用，并以此為依據(jù)進行評價反饋。這樣既可以檢驗學生對課堂所學知識的掌握情況，又能反映課堂教學成效，有助于調(diào)整教學方向。

以下是探究“如何用塑料瓶裝一瓶外面的新鮮空氣？”的教學片段。

師：你能用這個塑料瓶幫老師裝一瓶會場外的新鮮空氣嗎？

生1：可以。（拿著塑料瓶直接跑到外面后回來）裝好了。

師：同學們覺得他裝成功了嗎？

生2：我覺得他沒裝成功，瓶子里還是原來的空氣。

師：為什么？能不能說得更具體一些？

生3：我們知道空氣是占據(jù)空間的，而這個瓶子里已經(jīng)有空氣了，所以外面的空氣裝不進去了。

生4：是的?？諝庖呀?jīng)把這個塑料瓶內(nèi)的空間占滿了，新鮮空氣就進不去了。

師：那你們有辦法裝一瓶外面的新鮮空氣回來嗎？

生5：先用水裝滿這個瓶子，再跑出去把水倒掉，這樣瓶內(nèi)裝的就是外面的新鮮空氣了。

（全體學生鼓掌）

師：看來，要想把外面的新鮮空氣裝進來，就要把原來瓶內(nèi)的空氣“趕”出去。這個辦法不錯，除了水，還可以用什么？

生6：沙子也可以。

……

運用大概念解決生活實際問題是提升學生核心素養(yǎng)的真正落腳點。筆者利用問題鏈的形式，將問題轉(zhuǎn)化為思維可視化的過程。在問題引導的過程中，學生思維實現(xiàn)了向高階思維的正向遷移。

（1）問題導向，解決生活實際問題

“你能用這個塑料瓶幫老師裝一瓶會場外的新鮮空氣嗎？”，這問題看似簡單，其實背后折射出學生概念建構(gòu)及應用的真實反饋，也是學生思維可視化的落點——建立知識與生活的聯(lián)系，運用大概念解決生活實際問題。對于筆者提出的問題，如果學生已經(jīng)建立“空氣能夠占據(jù)空間”的認知，就會想到要用這個塑料瓶裝一瓶外面的空氣，就要先將瓶里原有的空氣排出，再讓外面的空氣重新占據(jù)這個瓶子，而不是直接把瓶子帶到外面再帶回來就可以的。

（2）正向遷移，實現(xiàn)“教—學—評”一體化

學生對所學知識遷移應用的過程，即思維進階的過程。為了更好地運用大概念，幫助學生進一步鞏固所學“空氣能像水、沙子一樣占據(jù)空間”，還可以通過制作“噴泉”來檢測學生大概念建構(gòu)的情況，以及反饋評價教師本堂課的目標達成情況，實現(xiàn)“教—學—評”的一體化。制作“噴泉”這種經(jīng)典的生活應用既富含科學樂趣，又與空氣占據(jù)空間的知識應用緊密相連。

無論是設置問題鏈，在不斷追問的過程中解釋、應用生活實際問題，還是利用實際操作，促進學生實現(xiàn)正向遷移，都是為了幫助學生真正形成大概念，提高學生解決生活實際問題的能力。這也是運用可視化工具，促進學生深度學習的出發(fā)點和落腳點。通過課堂教學實踐，筆者發(fā)現(xiàn)優(yōu)化后的課堂，學生的思維參與度更高，每個學生在原有前概念的基礎上，都要經(jīng)歷“質(zhì)疑—修訂—實踐探究—再修訂—建立新概念—應用解釋”的過程，而質(zhì)疑和批判精神是學生科學思維的關鍵。在黑板上呈現(xiàn)每個學生的思維圖像，不僅方便課堂交流研討，而且可以直觀呈現(xiàn)不同學生的思維過程，推動后續(xù)的實踐探究。

三、走向基于大概念的單元可視化教學

基于大概念的單元可視化教學是對教師如何教、學生如何學的一次變革。它反映了新課改背景下教師教學理念的轉(zhuǎn)變，對促進學生思維可視化活動的設計與改進提出了全新挑戰(zhàn)。

首先，教師缺乏思維可視化工具教學應用能力。在大概念單元教學背景下，如何選擇有效的思維可視化工具，以及如何更精準地使用這些工具，對一線教師提出了更高的要求。其次，教師如何快速轉(zhuǎn)變角色，成為學生學習過程中的引導者、參與者和合作者， 這成為教師需要重點考慮的問題。一方面，運用思維可視化工具開展單元教學體現(xiàn)了教師教學理念的轉(zhuǎn)變，即從“教什么”到“怎么教”的變革；另一方面，大概念、思維可視化工具教學缺乏完善的教師研修活動，不利于新教育理念在實際教學中的應用。可見，基于大概念的單元可視化教學的探討與實踐任重道遠，需要繼續(xù)研究，并在實踐中逐步完善。

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