基于学科核心素养“刨”根问底

陈琛

在一次中科院科研人员与小学科学教师的对话沙龙中，欧阳颀院士说过这样一句话：用现在的方式培养出来的科学家来推动21世纪的科技革命，那还差得太远。 欧阳颀院士质疑，为什么现在的科学教育还要有唯一的答案？科学本身是没有答案的，因为很多知识若干年后又变了。从科研的角度看确实如此，但是科学教育和科学研究，毕竟还是有差异的，尤其对于低年段的儿童而言，他们需要一定程度的“答案”。这个答案应该是什么？网络中有铺天盖地的知识，遍地书院、学院、培训班的课程中也有许多知识，但是，我们的科学教育追求的知识和价值是什么？我不禁开始反思自己上过的关于生命科学领域的一些课。

《植物的根》就是其中的一课，教材设计的内容相对简单，可能无须通过课堂，就可以找到问题的答案。那么，我们到底要让学生经历怎样的学习过程，才能让他们提升学科的核心素养呢？我主要从以下几个方面进行思考，并设计本课的教学活动。

找准主要概念

小学科学课程分为几个不同的领域，每个领域的特点不同，比如物质科学领域，讲究精确的科学，追求数学表达，讲究因果关系;生命科学领域，更多的是描述性科学，强调结构和功能，而不是寻因。生物中的核心素养包括四个方面：多样性、结构与功能相适应、能量、遗传和变异，“植物的根”虽然知识内容简单，但是要想体现学科的核心素养，就要从多样性、结构与功能相适应、能量、遗传和变异这几个方面进行思考。

植物的根多种多样，从根的发生看，有主根、侧根;从根的总体形态看，有直根、须根;从根的向性看，有向地性、向肥性;从根的功能上看，有固定作用、吸水和获得营养物质的作用，还有一些变态根，它们有的可以储存营养物质，有的可以繁殖后代。植物的根不是一个单纯的知识点，立足于生命科学领域的核心素养要点，我们可以发现植物的根是一个丰富的知识体系。

对于这个丰富的知识体系，在本课如何确定所要掌握的科学概念？我翻看幼儿园的一些课程，发现已有对于萝卜之类的根的观察，以及对根进行一些分类的活动。再看初中生物教材，介绍了根的固定和吸收作用，在此基础上，了解根尖结构，观察根尖细胞。在了解这些课程的基础上，我觉得观察根的外形、了解根的功能才是小学阶段所要学习的主要概念。对于这个概念目标，教师通常会带领学生设计一个实验，帮助他们理解根的吸水作用。然后通过看图片、结合生活中的经验来认识根的固定作用。我认为这些传统的活动对于培养学生的学科核心素养远远不够，还需要有更高层次的教学设计。

用“大生命科学教育观”指导教学设计

我认为，为了更好地帮助学生理解学科的核心素养和建构主要科学概念，需要基于“大生命科学教育观”设计教学。“大生命科学教育观”强调对生物学核心概念和科学思想的深刻领悟，强调科学过程和方法的培养，更强调科学与个人和社会的紧密联系，体现了“科学为大众”的思想，体现了一种系统化、整体性的科学观，更加贴近生物学核心素养，能够更好地实现立德树人的育人目标。由此，我对比了多个版本的国内外教材，发现它们在编写体系方面都强调生命系统的整体性和稳定性，注重生命科学中科技和人类社会的关系，希望学生通过科学探究学习生物学的学科核心思维。“大生命科学教育观”的形成过程是学生科学思维的运用和探究性學习过程的相互融合。认识植物的根，同样也包括了人类认识自然现象和生命规律的一些特有的科学思维方式和探究过程，为了体现学科核心素养，引导学生建构主要概念，我对植物的根的内容重新进行了教学设计。

通过前测了解学生的前概念

在教学之前，我对40位学生关于根的作用进行了前测：70%的学生认为根可以吸收营养物质;45%的学生认为根可以吸收水分;6%的学生认为根具有类似地基的固定作用;还有2%的学生认为根还有其他作用。

可见，学生对于根的作用是有一定生活经验的，他们普遍认同根的吸水作用，但没有证明根吸收水分和营养的证据，他们多是通过书本、家长和种植的经验而获得这些认识。另外，他们对于根的固定作用的认识还相对薄弱，难以认识到根的吸水和固定作用本身并不是分裂的，都是适应环境的结果。

在探究根的作用前，我让学生画出自己认为的植物根的形状。学生画出的根，普遍是地上部分大、地下部分小，根很多而且比较乱。这是学生头脑中前概念外显的过程，非常有必要。教学中，教师还必须注意到学生头脑中有一些错误前概念的存在，课堂教学活动要帮助学生修正头脑中的错误前概念，建立正确的科学概念。

前测中，80%的同学想把植物的根取出来看一看，想知道真实的情况是否和自己所画的一样。有的学生在后面还注明看完再种回去，不希望植物死亡。根据学生的这些想法，我设计了一个“挖根”活动：在学校的小菜园里，我带学生一起体验了清除杂草的“挖根”活动。

让学生亲身体验“挖根”活动

在“挖根”活动中，学生的发现令人惊喜。对参与和没有参与“挖根”活动的班级进行对比，我发现经过“挖根”实验的班级对于根的认识更加丰富（如表1）。学生在体验“挖根”的过程中，可以认识到根的长度、数量、软硬、粗细和泥土的紧密关系等。这有利于后面他们对“根的外形特点对植物的生存有什么作用”进行推理。学生在挖土的时候很费劲，感到植物的根像网一样，从而认识到根如同“地基”一般具有固定作用。

虽然学生通过图片、标本或实验室水培的植物都可以看到植物的根，但是没有获得根和土壤的紧密关系的亲身体验。学生的亲身感受是他们思维的基础，可以获得更多的发现，可以对科学概念认识得更加丰富和清晰，也有助于他们开动脑筋，认识并理解学科的一些概念。图1是学生通过“挖根”后对根的进一步认识，可以看出学生对植物的根的认识更加丰富而立体。

基于证据进行推理

从学生画的根中，可以看到和之前的预测不同，很重要的一点发现是根的地上部分和地下部分几乎一样长，根不是杂乱的。有的学生还画出了根上的土块，有的学生补充说：有的根像线一样细，根像爪子。学生观察到这些现象，可以总结出普遍的规律，通过外形推理根的功能，自然地就会联想到这样的语句，如“根多而长，这样可以更好地吸水”“根的方向是分散的，可以找水”“根细而多，一根断了，剩下的还能工作”，或是这样的句子，如“根分布得广又弯弯曲曲，能够把自己牢牢固定在土里”“根像爪子，把自己固定在土里，取出来的时候根上有泥巴，说明也抓住了土”。和对照班级比较，实验班级的学生普遍能关注到土壤，关注到根和环境的关系。

通过这样的探究，学生不会仅停留在记住一些生物学事实上，而是通过事实抽象出生物学的核心概念，理解某类生物的总体特征和规律，并以此来建构合理的概念框架，进而能在新情境下解决实际问题。

用科学方法引导构建大概念

授人以鱼，不如授人以渔。就认识植物来说，学生应该习得通过观察植物外部形态特征从而推测其功能的方法，从“知道是什么”转变为“怎样才能知道”。我们可以利用这种方法，帮助学生建构概念体系。

大概念是指可以适用于一定范围内物体和现象的概念，与此对应，我们将只运用于特定观察和实验的概念称为小概念。例如，蚯蚓能适应泥土中的生活，这是一个小概念;而生物体需要经过很长时间的进化形成在特定条件下的功能，是与它相对应的大概念。本课涉及的大概念如图2所示。

在这两个概念中，我选择的是第一个概念，因为它更加符合小学中年段学生的认知规律，有利于他们对大概念的理解。概念的表述非常重要，儿童学习科学就是修正和拓展对概念的理解，而不是记住事实性信息、知识和定义。教学中，教师围绕主要概念的主题和内容设计高质量的探究活动，帮助学生建构科学概念。在《植物的根》一课中，学生能够说出植物每一部分的名称并不重要，重要的是让他们了解每一部分因其结构不同而有不同的作用和功能，这才是主要的学习内容。因此，我尝试把课程标准中的相关要求转化为概念表述，在这个基础上完成教学活动的设计以及教学成果的评价，确保学生沿着概念发展的“箭头”，指向对大概念的理解。

通过后测进行反馈与迁移

在后测中，90%的学生表示喜欢通过“挖根”来认识植物的根的活动。在这些学生中，超过58%的人觉得很有趣，他们还有其他的感受，如有的学生感覺紧张好奇、小心翼翼，甚至没想到根能够生长得这么长。通过“挖根”活动可以让学生体会到：很多科学现象看起来很简单，其实并不简单;科学需要实际动手和动脑，只有亲身经历，才能有更深刻的理解。

在后测中，我还设计了一道开放题：一个山村的村民常年砍林开荒，破坏了这个村庄的环境，一下雨，山上的黄土就随雨水倾泻而下，淹没了村里的道路桥梁，每次雨后村民都要组织清理道路。请问：为什么会造成这样的后果？如果你是村主任，你会有怎样的方案解决这个问题？39%的学生能够思路清晰地写出：砍树后，根不能吸水，下雨时，水把泥土冲走了，根本来可以固定土壤，失去了根的固定，土壤就松垮了。28%的学生能够提到相关的因素，但是逻辑关系不是十分清晰。25%的学生只提到不能砍树。8%的学生完全不清楚，甚至没有提到树根。这样的测试题，能够反映学生通过学习理解了什么，是否能解释生活中的一些问题，是否能灵活运用知识去解决生活中的问题。

在科技的发展中，人的知识随着技术的更新而改变，没有多少知识是一成不变的。例如，因为天文学的观测技术的提高，把曾是行星的冥王星排除出行星之列。在知识爆炸的现代社会，知识更新非常快，如果寄希望学生记住许多细碎的知识信息，已远不能适应知识的更新与变化，因此，获得理解知识的能力尤为重要。在《植物的根》一课的教学设计中，我根据学科的核心素养，在教学设计中不刻意要求学生去记忆那些零散的信息或孤立的事实，而是重点让学生掌握获得这些基本概念或原理的方法，并把它们迁移到新的情境中。科学课教学应该更多地从学科核心素养的角度进行深入思考，让学生深入地理解核心概念，获得科学探究的能力，这样他们才能更好地应对未来的挑战，才能够从容地面对未来的社会。