基于科学大概念理念教学

张利

科学大概念是指在具体科学概念的基础上形成的对科学事实和科学事业更为宏观而概括性的认识和观念。科学大概念具有四个特征：（1）是在科学学科中各自具有统领性的明显重要的概念，或是在具体学科知识中起到组织作用的关键概念;（2）帮助理解和研究更复杂的概念和解决问题的关键知识;（3）与学生的兴趣和生活经验相关，或与需要科学和技术知识的社会或个人问题相关;（4）通过增加深度和复杂性，能在多个年级中进行持续的教和学。义务教育小学科学课程标准共梳理了18个科学大概念，分别属于物质科学、生命科学、地球与宇宙、技术与工程四个领域。以大概念统领课程内容，有助于学生对知识的深入理解和迁移，有利于形成科学观念和思维方式。因此，围绕大概念组织教学，也是一种非常科学和有效的教学方式。

基于科学大概念的教学主要依据建构主义的教学理论，在教学策略上注重在学生前概念基础上的建构，注重在教学情境中的生成设计，注重在科学活动中体验。下面以“水”领域相关科学概念的建构为例，探讨基于科学大概念的教学实践。

科学大概念理念下“水”领域相关概念分析

课程标准中，“水是一种常见而重要的单一物质”这个科学大概念属于物质领域。这个概念分解为两个学习内容：一是水在自然状态下有三种存在状态;二是有些物质在水里能够溶解，有些物质在水里很难溶解。这两个学习内容又分解为不同学段的学习目标（如图1）。

从图1的分析中不难看出，“水”领域概念的建构，通过不同年段的概念进阶，由浅入深地将有关水的重要概念组织起来，形成有梯度、有层次的概念体系。低年段主要观察水的形態特征;中年段主要探究水的形态变化和水的溶解性;高年段在此基础上研究水在自然界中的变化。最终建构出小学阶段关于“水是一种常见而重要物质”的物质属性。

建构“水”领域相关概念的教学策略

在教学中，以科学大概念的视角，整体分析教材所呈现的教学内容。然后从具体内容入手，根据建构主义的理论，立足学生的前概念，通过情境的创设和活动体验、科学绘画、思维导图等方法，帮助学生逐步建构概念体系。在“水”领域的教学中，我发现对于有些概念学生在建构的过程中存在一定难度，如：水是无色、透明、无气味、无味道、无固定形状、会流动的液体;有些物质能够溶解在水中;水受热后状态会发生一定的变化。对于这些概念的构建，我依据科学大概念的教学原则，分别采取了以下策略：

1.教学前，通过前测发现学生错误的前概念，让教学有的放矢

在教学前通过前测，我发现在这些教学难点上，学生普遍存在错误的前概念。在关于水的形态的前概念中，很多学生不认为水是无色、透明的，甚至有学生认为水是有气味或味道的。因为在生活中他们观察到的水大都如此。针对这种情况，我特意制作了蒸馏水，通过对比的方法让学生进行观察。首先，用水与黄色的油、蓝色的洗手液作对比，证明水是无色的;然后，用水与酱油、酒作对比，证明水是没有气味和味道的;再用水与石头进行对比观察，得出水没有固定形状、可以流动的性质。与一般的观察相比，对比观察可以形成较大的反差，更容易让学生理解和建构科学概念。

再如，关于溶解的概念，很多学生认为食盐在溶解过程中消失在水里，是因为食盐融化成水了。针对这个错误的前概念，我用高锰酸钾做实验，帮助学生进一步观察。因为高锰酸钾有颜色，更容易看清物质溶解是变成微小颗粒进入水中的过程，高锰酸钾入水后逐渐变小，水逐渐变色，最后高锰酸钾颗粒均匀分散到水中。最后，我利用沙子进入黄豆的缝隙作为演示实验，帮助学生更直观地理解溶解现象。

科学大概念是由一系列科学概念组成的，在这个概念体系中个别顽固的错误前概念，会影响整个大概念的建构。因此，对于前概念的测查是科学大概念教学的基础，在教学中起着至关重要的作用。

2.教学引入中创设情境，在情境中建构概念

科学大概念不仅具有系统性、生态性的结构特征，还具有一定的情境性。创设有利的情境更容易让学生理解概念的本质。如水受热状态会发生变化，在课堂环境下观察，学生会感到陌生;而置于大自然的环境中，他们就会感到亲切。在教学中，我先通过阅读《一个小水滴的旅行》的绘本故事，让学生感受一个小水滴受热后的变化过程;再通过自然界中关于水的状态变化的视频，创设一个真实而亲切的学习情境，让学生设计实验进行探究。这样更能激发他们的学习兴趣，帮助他们理解水的三态变化。

再如观察水的一课，在引入的过程中，如果直接让学生进行对比观察，他们会缺乏探究的兴趣。于是在对比观察之前，我提出了一个任务情境，希望学生利用对比实验观察到现象，帮助老师解决一个难题——“快速找出哪一个杯子装的是水”。在这个任务情境的驱动下，学生对水的各种物理性质进行了认真的对比观察，收到了很好的教学效果。

在建构凝结概念时，一般会利用生活中的图片导入，如夏天早晨植物身上的小水滴或冬天眼镜片上出现的水雾，然而并不是所有学生都有这些生活经验，给理解凝结的条件带来困难。学习中，我利用学生冲茶水的真实体验活动，引导学生发现水杯盖上出现了很多小水滴，进而引发学生思考“小水珠是从哪里来的？”在这样真实的情境下，学生兴趣十足，很容易理解热的水蒸气遇到冷的物体，就会出现小水滴。在这样的真实情境下观察，凝结的条件这个难点迎刃而解。

3.在教学活动中，注重活动体验，让学生获得更深的理解

在“水”领域中，“蒸发”“沸腾”“凝结”等现象具有一定的可逆性。为了让学生理解水的三态变化过程，在观察实验的基础上，我还引导学生利用科普剧的形式演绎水在自然界的循环和变化的过程。学生分角色进行扮演，几名学生扮演水滴，演出水的形态特征，其他的学生可以扮演热、冷、风等，在他们的帮助下，小水滴进行了各种变化。通过科普演艺活动，每一位学生都能参与其中，并获得了更深刻的学习体验。

在教学评价中，利用科学绘画让科学概念的生成更加可视

绘画是儿童的天性，大多数学生喜欢用绘画的形式表达他们的想法。与语言相比，绘画具有直观形象的特征。在科学概念建构的前测和最后的生成阶段，我都采取了科学绘画的方法，便于开展形成性评价。关于水的蒸发，教学前让学生绘制水蒸发过程的卡通画。通过学生的绘图，可以直观地了解他们对这个概念的认识。在蒸发概念教学结束后，布置任务让学生再一次描绘水蒸发的过程。将两次的科学绘画进行对比，我们可以更加清楚地看到学生对科学概念建构的情况。

在总结时，利用思维导图，让科学概念更加系统

思维导图是表达发散性思维的有效图形思维工具，是一种革命性的思维工具。思维导图运用图文并重的技巧，把各级主题的关系用相互隶属与相关的层级图表现出来，把主题关键词与图像、颜色等建立记忆链接。在科学大概念教学中，在一个主要内容学习后，我就会让学生绘制思维导图，以主要的概念为核心，对概念的内涵和外延进行总结，从而建立起对概念的系统认识。

综上所述，基于科学大概念理念的小学科学教学，教师先需要从整体上清楚教学内容指向哪个大概念，从高位的视角来看待、分析教材所呈现的教学内容，把握教学的深度和广度;然后围绕科学概念进行建构，从学生的科学前概念出发，设计丰富、有趣、适宜的活动进行教学，利用情境创设、科学绘画、科学表演、思维导图等多种形式，让教学生动活泼。这样既能够提高教学效果，也可以激发学生的学习兴趣。