大概念统领的小学科学课例开发

■ 李玉峰 卢 巍

2021年适逢中国共产党百年华诞，我国的教育事业开始迈入建设优质均衡义务教育的新征程，进入“十四五”开局之年。小学科学教育质量怎么样？教育部基础教育质量监测中心最近两轮的科学教育质量监测数据，给出了以四年级学生为样本的科学教育质量数据及影响因素。2020年第二轮科学教育质量监测表明：四年级学生科学学业表现达到中等以上水平的比例为80%，较2017年上升了3.2%；学生成绩与教师的科学探究教学水平密切相关。四年级教师科学探究教学水平高或较高的比例为52.4%，较2017年上升了15.4%，但仍有47.6%的科学教师科学探究水平较低。[1][2]我们通过访谈和问卷，调研分析了山东省小学科学教师队伍、小学的科学课程开设、小学科学教育质量评价等方面的现状，发现：一是小学科学教师队伍不稳定且严重缺编，兼职教师总数量超过专职教师，专职教师中具备理科本科毕业专业背景的教师人数不足30%。有些学校科学课被语文、数学等学科挤占。二是大多数科学教师不熟悉《小学科学课程标准》，而将教科书作为教学设计与实施最重要的参照。三是除国家教育质量监测外，绝大多数的市对小学科学教学质量缺乏监测，评价激励的缺失导致课程不受重视，成为学校和老师们心里的“副科”。针对这样的现状，我们发挥教研队伍和教研机制的优势，带动全省16市优秀的科学教师团队，基于国家2017年《小学科学课程标准》[3]（以下简称《课标》），以小学科学18个主要科学概念为统领，覆盖一至六年级全部75个学习内容，吸纳祖国优秀传统文化中的科学教育要素，系统设计了不同年级的学习内容框架和学习进阶目标，循着边开发、边研究、边改进、边应用的路径，开发了219个优秀课例，并同时收集整理出了教师设计、实施每一节课和学生学习探究每一个知识内容所需要的系统性、结构化的资源。目前已完成了所有课例的开发工作，也进入所有资源上传公益网站的流程。

一、对小学科学课程实施现状的分析

小学科学教育质量监测数据可以给出我们提高教师科学探究教学水平的努力方向。

（一）部分兼职科学教师不能胜任科学教学

全国监测数据表明：四年级小学科学兼职教师的比例为85.4%，在兼职教师中，接受过相关专业教师培训的科学教师比例只有71.9%,仍有28.1%的教师未参加专业培训。福建省相关监测数据表明：全省有15.7%的小学科学教师认为无法满足教学需求，他们自认为缺少学科专业知识、教学方法与措施、教学内容解读能力。[4]山东省小学科学兼职教师实验技能调查数据表明，实验设计、实验操作、实验数据处理与分析、实验总结与交流等实验技能都比较弱。[5]

（二）科学教学资源的开发及其使用情况

一方面，监测结果显示，学校的科学实验教学资源配备较好，但有四成教师很少用。四年级配备了科学实验室、实验仪器设备、实验耗材的学校比例分别为92.8%、95.3%、93.0%；在配备了科学实验教学资源的学校中，四年级科学教师经常使用各项科学实验教学资源的比例在46.4%—58.4%之间，至少41.6%的教师较少使用各项科学实验教学资源。究其原因，一是相当一部分小学没有配备专职实验员，导致科学教师的教学工作量大幅度增加；二是临时兼职的科学教师因缺乏专业的训练，对科学实验的仪器、设备、耗材以及科学实践活动缺乏了解，实验教学能力不足；三是对科学教学的规范管理不够，口头上讲实验、视频播放实验代替了学生动手实验的现象没有得到应有的重视和及时的矫正。

另一方面，小学科学已有的课程资源缺乏大概念的统领。当前，老师们手头经常使用的教学资源，较为系统的是各出版机构基于不同版本教科书组织开发的资源，这类资源的结构逻辑是由教科书决定的，与课程标准“大概念进阶”的结构逻辑相差较大，虽能助推科学教师顺利完成科学教学的单元或课时教学设计与实施任务，但不利于引领科学老师深度理解小学科学课程的大概念，从而也会不利于小学生通过科学学习建构科学大概念。

（三）课例研究能有效引领教师专业发展

在中国内地，课例研究最初由上海教育科学院顾冷沅教授引介并作为一种教师培训形式加以推广。课例是指一个个实际的教学例子，课例学习活动是围绕一节课的课前、课中和课后所做的一系列讨论。[6]由传统的听、说、评课为基础演化的校本教研、教学研究（teaching study）、“磨课”研修活动都可视为本土课例研究的表现形式。

以课例为载体，教师通过认真思考特定教学内容、解决教学问题、合作研讨的思辨交流，讲课、听评课的实践演练，通过教师间的相互观课、交流与反思等课例研究活动，扩充教师专业知识，提升专业能力，强化教师专业态度，形成教师专业学习环境，提高教师专业发展的层次。[7]

在目前众多小学科学课例中，往往针对一个个具体的科学教学问题，无法超脱相对具化的教科书，往往形成“只见树木，不见森林”局面，缺少超越不同教材的、系统化的课例。本课题组以《课标》中的大概念为统领，以学习目标作为具体的教学任务，开展系统的课例开发活动，可以有效解决科学教师不会用、不愿用的问题。

二、科学大概念及教学价值

科学教育不应该传授给学生支离破碎、脱离生活的抽象理论和事实，而是应当慎重选择一些重要的科学观念，用恰当的、生动的教育方法帮助孩子们建立一个完整的对世界的理解，初步形成科学态度，掌握科学方法。[8]

（一）科学大概念的引入

基于上述看法，2009年10月，在苏格兰罗蒙湖畔，10位学者召开了一个小规模的研讨会。会议的共识凝练为《科学教育的原则和大概念》，确定了学生在科学教育中应该接触到的14个大概念，包括10个科学知识概念和4个关于科学本身和科学在社会中所起作用的概念，以帮助学生理解自然、欣赏自然，并对自然界充满好奇。大概念是指可以适用于一定范围内的物体和现象的概念，与此相对应，仅仅用于特定观察和实验的概念称为小概念。[8]科学大概念具有中心性、持久性、可迁移性，呈现出网状结构，成为科学教育改革的重要理念，在国际科学教育中的纲领性文献中有众多的体现。比如，美国2013年颁布的《新一代科学教育标准》中的13个学科核心概念和5个跨学科概念，新加坡2014年颁布的《小学科学课程标准》中提到5个跨学科概念，我国2017年颁布的《课标》提及的18个主要概念。[9]

（二）科学大概念是科学素养指向小学科学课程内容的节点

这些大概念是学科结构的核心，在科学素养的落实中扮演重要的角色。由于我国小学科学学习周期比较长，所以分成一至二年级、三至四年级、五至六年级三个学段；科学课程内容包含物质科学、生命科学、地球与空间科学、技术与工程等4个领域，精选18个主要科学概念，其中，物质科学领域6个，生命科学领域6个，地球与宇宙科学领域3个，技术与工程领域3个；每个主要科学概念又进一步分解为75个学习内容，物质科学领域31个，生命科学领域24个，地球与空间科学领域12个，技术与工程领域8个；每一个具体的学习内容又横向分解为三个学段的学习目标，最终分解为207个学习目标。这就构成了以主要科学概念为节点的课程网络体系，向上组成领域，向下纵向分解为学习内容，横向分解为学习目标。

（三）科学大概念的教学价值

我们在过往的学习过程中过多地注重学习一节不连贯的事实、术语以及公式等细节，却忽视了主要信息—大概念，科学大概念承担着引发学生思考、塑造学生科学素养的功能。

1.大概念促进学生形成科学观念

观念是对现象的整体认识，是对科学现象本体的、方法的以及价值的整合。科学大概念是科学中的核心概念，代表了科学的本质与科学基本结构。学生习得主要概念，在头脑中形成科学观念，引领学生在遇到问题时找到解决问题的方向或工具。学生在离开学校后，具体的知识是很容易遗忘的，形成的观念则不容易被忘记。比如，你可能忘记能量转化的具体形式，你会记得能量转化过程中总量保持不变的观点。

2.大概念促进学生发展适应能力

大概念突破琐碎的、零散的知识，关注知识在横向、纵向的联系，在大概念之间形成知识网络，可以满足解决问题的需要。现实生活中的问题往往是复杂的、跨学科的，大概念促使学生形成的知识网络能够帮助学生迎接来自社会各个层面的挑战，依据不同的问题进行适应性转化。

3.大概念促进学生提升自我建构能力

大概念可以促进学生对知识进行纵向上本质的理解和横向上的链接扩展，还可以发展学生的自我建构能力。大概念是开放的，不仅对知识进行组织，还可以不断地迁移和拓展。正是这种迁移与拓展机制可以促进学生大概念的自我完善，实现学生的循环建构和进化。

三、大概念统领的课例开发具体路径

本课题组由山东省小学科学教研员领衔，由高校科学教育研究者、市级教研员、小学特级教师、齐鲁名师等组成。我们发挥体制健全的省、市、县三级科学教研员的组织功能与专业优势，在课程标准的指导下，围绕18个主要科学概念，由省级专家组系统设计了全部219节课的课例及教学基本目标，再由16市组建骨干教师团队分工开发各个大概念下每一节课教学所需的全部教学资源，形成了包括教学的设计、说课稿、说课视频、授课过程视频、专家点评视频、教学所需参考性文本及音频和视频等丰富材料的课时资源包，并汇集成系统化的课例资源库。

我们以16个地级市的教研员为核心，组织本市的优秀科学教师，开展了课例开发活动。课例开发活动经历了精选课例承担者、精心准备课例、精致团队研讨等环节，完成课例的开发活动。

（一）精选课例开发承担者

为了保证课例资源开发的质量，由各市小学科学教研员挑选本市范围内的优秀中青年科学教师承担本次课例开发工作，基本原则是具有一定的科学教学经验、在本片区的科学教育工作中起到骨干和引领作用。以聊城市承担的课例开发工作为例，推选13位青年教师承担了此次课例开发任务，他们均为本区域的青年科学骨干教师，具有一定的引领示范作用，同时又具有成长的潜力。

（二）规范的课例模板

为了发挥课程标准在科学教学中的指挥棒作用，本课题组经过专家研讨，确立了规范的课例文本，主要包括：（1）课标要求，具体包括主要科学概念、学习内容、具体学习目标；（2）任教年级；（3）拟定教学内容（具体课题）；（4）教学内容的组织与分析（内容分析，学情分析）、教学活动设计（教学目标、教学重点难点、教学准备、教学过程活动设计及意图、板书设计）。

相较于一般的说课稿，大概念统领的课例更加强调依据课标要求的教学，围绕主要概念进行建构。此外强调有梯度、有层次的组织教学活动，包括基础探究活动和进阶探究活动，以知识为载体，以问题为主线，科学思维活动贯穿始终，涵盖了义务教育科学学科质量检测的科学理解、科学思维、科学探究三种基本能力。

（三）多轮课例开发

课例开发承担者，作为本区域的科学课骨干教师，面对省、市教研部门布置的课例开发任务，采取任务驱动策略，根据课例开发的具体要求，准备说课稿、说课课件、录制说课视频。

精心学习课例开发资料。由于本次的课例开发不同于以往的研讨课，特别强调基于课程标准的教学设计，需要课例开发者仔细学习课例开发的具体要求，包括课例的文本格式、技术要求等。

校内初次备课。课例开发者在仔细研究了课例开发的任务要求后，根据自己的教学经验，学习课程标准中的主要概念、学习内容及学习目标，开展好内容分析工作。通过问卷调查、学生访谈、学生画图等方式了解学生的学情基础，做好学情分析工作。在进行内容分析、学情分析的基础上，进行初次课例教学活动设计，并在自己任课的班级试讲。

校内展示修改。根据课例初次试讲的效果，针对出现的问题，修改活动设计；在全校范围内试讲展示，邀请本校的专兼职科学教师、教科室主任等教师进行听课、评课，发现课例实施中出现的问题，进行研讨，并提出针对性的解决策略。

县域研讨课。经过校内展示研讨后，在县域范围内进行课例展示，邀请县小学科学教研员、全县科学教师进行观摩，本着不断完善课例的目的，请听课教师提出课例中存在的问题及改进建议。

（四）层进式团队研讨

市级教研员作为此次课例开发活动的主要组织者之一，组织市域范围内的课例开发承担者，对各位课例承担者的课例开发成果进行交流、研讨。采用说课的形式展示自己的课例开发成果，交流在课例开发过程中遇到的问题及解决措施。市级小学科学教研员对课例进行点评，明确课例的优点，激发课例开发者的动力，指出课例中存在的问题及提出改进建议，明确进一步改进的方向与措施。课例开发者，在经历了市级团队课例研讨后进一步修改课例，准备在山东省网络教研平台——齐鲁科学大讲堂进行展示。

（五）多渠道课例推广

对于经过市级团队研讨后的课例，通过钉钉平台的山东省网络教研活动——齐鲁科学大讲堂，进行课例展示。聘请山东省小学科学专家团队成员进行课例点评，最后由省教科院小学科学教研员或省兼职科学教研员进行总结。截至2022年1月已经进行了60期齐鲁科学大讲堂活动，市县各级小学科学教研员、课程资源开发专家组成员、课例开发者及全省小学科学教师，在每周二上午的8:00-11:00，齐聚齐鲁科学大讲堂参加网络教研活动。[10]项目组已开发小学科学课程资源公益网站，架构了便捷实用的课例资源库。目前，正在陆续将成熟的课例及相关资源上传至该网站（详见http://pos.h.cnwenhui.cn/）。

四、成效与思考

通过课例开发活动为每个市锻炼了一批科学骨干教师，进一步发挥其示范、引领作用。骨干教师通过任务驱动式的课例开发活动，加深了对课程标准的理解，通过校内、县域内、市内、省内不同层次的课例展示及点评活动，不断完善一节课的教学资料准备，形成一个日臻完美的课例；正是这种任务驱动下不断对课例的设计—实施—反思—修改—再次设计—实施—反思，通过自我导向的协作学习，促进课例的不断完善，也促进了课例开发者专业水平的不断提高。

普通任课教师不断参与齐鲁科学大讲堂，在这一制度化、规范化的网络教研活动中，观摩课例开发者以说课形式展示的课例，聆听专家团队的课例点评及改进建议，受到启发，得到引领。

这样的活动，首先彰显了课程标准在科学教学中的指导地位，使得科学教师不再忽视课程标准的作用，也明确了每一节课的教学都在为学生头脑中科学大概念的建构助力，为学生科学素养的提升奉献。其次，具体的课例来自真实的教学场景，使得专业化程度不高的小学科学兼职教师可以直接模仿、迁移到自己的教学实践中，保障基本的教学质量，不再是单纯的念教材。再次，基于大概念的系统化、结构化的丰富教学资源，为一线科学教师的教学提供了专业支持。

小学科学课例开发及网络教研展示活动，促进了骨干教师的发展，让更多的科学教师的科学教学有了模仿、迁移的例子，提高了山东省小学科学教师队伍的专业素养，为进一步办好人民满意的科学教育尽一份绵薄之力，从而助力建设现代化教育强国新征程。