小学科学大概念教学的困境和应对

摘要 科学大概念有助于学生获得一个结构完整、互相联系的科学世界图景，但从教学实践层面来看，教师提炼科学大概念的能力不足，大量表层性知识对学生的干扰，课堂教学方式的单一，对知识教学认识的偏颇等因素影响了科学大概念教学的有效实施。因此，采用构建概念全景图，关注学生概念转变，创设迁移情境以及渗透层级化知识等策略展开教学设计，可以提升科学教学的大局观、精准化和深度感。

关  键  词 小学科学 大概念教学 科学探究 知识教学 全景图

引用格式 许春良.小学科学大概念教学的困境和应对[J].教学与管理，2022（32）：.57-60

最新颁布的《义务教育科学课程标准（2022年版）》倡导“聚焦核心概念，精选课程内容”，围绕学科核心概念对义务教育阶段所有学生都应该掌握的科学课程核心内容加以统整和安排，最终落实科学观念、科学思维、探究实践和态度责任等科学课程核心素养的培养目标。这种以大概念统领课程内容的设计思路，既考虑了小学生的年龄特征与认知特点，又能够帮助教师准确把握教学目标和核心内容。科学大概念是大概念在科学课程领域的具体表现。和一般的科学概念相比，科学大概念具有两个最核心的特征。一是具有抽象性。科学大概念并不直接从某个具体的事实问题中产生，它指向的是具体科学知识背后的核心内容，是一种更具抽象水平、更具有普适意义的概括性表达。二是具有整合性。作为一种认知工具，科学大概念具备整合的能力，它能把不同的知识片段连接起来，让学生具备应用和迁移能力，使不熟悉的概念看起来更熟悉。

一、科学大概念教学的困境解析

自美国学者兰斯福德等对1970年以来学校教育过于强调记忆而非理解的教学行为提出严厉的批评以来，改变纯粹的科学知识传授、倡导知识技能的迁移、重视科学大概念的教学成为各国科学教育改革的具体目标。从当下的教育现状来看，科学大概念教学仍然任重道远。

1.教师缺乏提炼科学大概念的基本能力

与单纯的知识点相比，科学大概念是对分布在各册教材中诸多知识点进行识记、对比、抽象、归纳后形成的一种高级成果，这无疑对教师的教学设计能力提出了更高的要求。正是因为缺乏从教材内容中提炼科学大概念的能力，导致教师把课堂中的科学探究活动指向某个具体的科学事实和科学知识，从而无法实现更高水平的概念整合。由此可见，提炼并明晰科学大概念是进行教学设计的前提，它能够帮助教师合理地选择知识内容、科学地安排学习顺序，让教学摆脱“只见树木，不见森林”的局限性。

2.学生受到大量表层性知识的干扰

科学大概念并非由众多小概念堆积而成，它反映的是科学领域更隐蔽、更本质、更普遍的规律和原理。学生在正式入学之前便能够通过听讲、观察、电视、阅读等途径获得大量的表层性知识。入学阶段的科学学习虽能让学生的科学知识在数量维度上不断增加，但这些知识之间并不会自动排列，有时还会产生冲突，这反而会阻碍知识的结构化过程。“要想获得一个学科的核心大概念有时会非常缓慢，学生需要通过教师引导的探究学习和反思才能获得。”[1]如何让零散的科学知识慢慢进展到更为适用的科学大概念，就必须关注学生头脑中个人的独特经验和知识结构，并设计相应的教学活动给予他们帮助。

3.课堂以科学探究代替所有的学习方式

科学课上采用探究式学习能够让学生紧紧围绕某个科学现象进行观察、解释，形成较为完整的思维过程。然而仅有科学探究是不够的，教师还需要考虑学生的学习动机、学习兴趣、学习成就等因素，把他们引导到其他有迁移价值的学习问题上。这些问题可以是基于真实生活情境的，也可以是能调动学生兴奋感的，还可以是能帮助其理解和拓展所学知识的，比如通过项目式学习能够让学生获得丰富的学习经历，帮助他们从有联系的连贯性活动中慢慢建构科学大概念。

4.因误解知识教学而产生“因噎废食”

基于课程标准开发的科学教材并不直接呈現文本化的科学知识，取而代之的是观察、测量、讨论、交流、解释等过程性学习活动，这也导致教师在教授科学知识时畏手畏脚，无所适从。“无视知识的多维属性，轻视知识自身的发生逻辑，离开知识谈论课程和教学，淡化知识与人的发展关系及其对人的素养发展的价值关联，都是非常危险的。”[2]从本质上讲，科学大概念也是一种知识，教师在教学设计时应把科学知识教活、教透，让学生真正理解知识背后的产生逻辑，打通知识和知识之间的内在联系通道，为科学大概念的形成扫除障碍。

二、促进科学大概念教学的策略

围绕大概念进行单元整体教学和设计是当前基础教育研究的一个热点。教师在设计单节课的时候，大概念同样是教学设计的重要依据。理解和把握科学大概念的特征及形成模式，有助于教师从纷繁复杂的课程内容中分离出不必要的细节，有效提升单节课教学设计的大局观、精准化和深度感。

1.建构科学大概念的全景图

美国科学促进协会认为科学素养不应视作支离破碎的信息及毫不相干的技能的简单集合，而应是一个内容丰富、技能与观点可以相互支撑的架构。在著名的“2061计划”丛书之《科学素养的导航图》中详细描绘了49个较为完善的、相互连接的概念进展图，旨在让教师明白那些学生在不同年级乃至不同学科中学到的技能和知识是如何相互作用的。这种呈现科学大概念进展的方法被称为全景图法，它通常从课程与教学视角出发，基于已有研究、课程文件以及社会预期，使用概念陈述形式呈现科学大概念逐步发展的进程，通过逻辑分析找出较为复杂的科学大概念是由哪些较为简单的子概念开始建构的，逐步扩展为科学大概念的基本概况和图景[3]。

以苏教版科学教材三年级上册“把盐放到水里”一课为例，教师有必要站在科学大概念的高度，对本节课所涉及的众多内容进行梳理，绘制图1所示的与本课教学活动相关的概念全景图，其中加粗字体显示内容与本课中的教学活动直接相关。

根据这张概念全景图不难发现，课堂中学生通过探究活动所观察到的众多科学事实是形成一般科学概念的起点，一般科学概念是形成科学大概念的中介，而科学大概念是教师进行教學设计时的应有站位（见表1）。概念全景图的建立就像一部导航仪，它让教师有更高的教学站位，有效提升教学设计的大局观，从容不迫地帮助学生找到通向科学大概念的学习路径。

2.关注学生的概念转变过程

一些心理学研究成果揭示儿童对某些科学理论的认知是与生俱来的，如物体不可能无缘无故消失，一个有固定形状的物体在不造成破坏的前提下不可能穿过另一个类似的物体等等。随着学生生活经验的积累和思维能力的增强，他们会对这些理论雏形不断进行改造。

以苏教版科学教材五年级下册“地球的运动”单元为例，学生头脑中就有很多种不同的前科学概念（见表2），从中不难发现，学生的前科学概念和目标概念之间大体呈现三种样态：一是隔离，即两种概念之间存在差距甚至互相冲突；二是相交，即两种概念在某些方面存在共通之处，但在某些方面又是相隔离的，因此不够全面；三是包含，即前科学概念基本正确，但适用范围比较狭小，尚未抽象到科学概念的高度。在正式的科学学习发生时，这些不同样态的前科学概念往往会和教师所教学的科学知识产生对接和碰撞，教师需要通过画图法、谈话法、问卷法等方式了解学生是如何看待太阳东升西落、昼夜交替等自然现象的，以便有针对性地把学生的生活经验和背景纳入教学设计视野，在调动学生科学学习积极性和好奇感的同时，实现教学目标定位和活动内容指向的精准化，为学生科学大概念的形成扫除认知障碍。

3.创设高水平迁移的发生情境

能否将所学的知识和技能运用到学习案例之外的情境之中，是判断学生是否真正学会的一个重要评判标准。低水平迁移发生在新情境与原始学习情境极为相似的情况下，表现为从“具体—具体”的迁移特征。高水平迁移则发生在新事物和所学案例相异的情境之中，表现为“具体—抽象—具体”的迁移特征。教师在进行科学教学设计时，要巧妙创设一些原理相同、表现不同的学习情境，引导学生找到不同现象背后所隐藏的共同原理，让所学的新概念具有更大的适用范围，以利于新概念更牢固地融入到原有的概念体系中。

以苏教版科学教材五年级下册“撬重物的窍门”一课为例。在利用平衡尺和钩码探究杠杆省力的秘密之后，教师让学生继续猜测如何让体重不同的同学玩跷跷板游戏并作出相应的解释，这是一种低水平迁移。稍高水平的迁移则是让学生研究传统的杆秤上为什么具有两个提绳和两套不同的刻度。如果要实现更高水平的迁移，教师可以让学生建立（或回忆）起生活中扳手、剪刀、钳子等常见工具的使用体验，从这些具体鲜活的体验中找到共同的力学原理，或者让学生思考做俯卧撑时，应该将书包放在人体的肩部还是臀部才能获得更好的锻炼效果，从而理解不同形态的杠杆类物体在生活中的实际应用。再高一级水平的迁移则可以让学生设计和建造一部投石车，在这个过程中学生除了要运用所学的杠杆原理之外，还必须借助已有的知识选择材料和设计结构，比如怎样才能够产生更大的投射力以获得足够的射程，如何实现射程的可控性变化等。这种类似项目化学习任务的教学设计让学生有机会从跨学科视角去分析和解决实际问题，同时促使科学大概念在真实情境中得以深度应用。

4.渗透层级化的知识内容

一个层次较高、范围较大的学科大概念往往需要通过构建由其统摄的一个或多个知识层级结构来支撑其学习与理解[４]。从教材的直观结构上看，一个学科大概念往往分布于若干个单元之内，而每个单元又需要通过若干节课中更小的科学概念作为支撑，由此形成了知识的层级结构。问题在于，教师习惯于在课堂中重点围绕某个具体的科学事实、现象和知识展开教学活动的设计，这种扁平化的学习形态清晰地指向教学目标，却缺失了对科学大概念的关注。教师在教学设计时应依据科学课程标准的要求，结合学生实际的学习能力和需求，通过上探和下展的方式确定一堂课的具体教学内容。

上探是指引入与本课相平行的知识内容，以便为学生以拼图或螺旋方式形成更高层级的概念提供铺垫和基础。以苏版科学教材五年级下册“海豚和声呐”一课为例。学生通过模拟海豚捕鱼的活动，知道并理解海豚是如何利用超声波对周围环境和物体进行定位的这一科学原理。在达成这一教学目标之外，教师可以引入除超声波之外的声波、电磁波、水波、地震波等生活中比较常见的“波”，通过观看图片、视频和回忆等方式知道各种“波”都可以被用来探测周围环境和物体，从而建构起从特指的“超声波”到更为普遍的“波”这一抽象和上层的科学概念。

下展是指将低一层级的知识内容重现于课堂之中，以便于学生顺畅、灵活地理解本课的目标概念。任何一个科学概念的形成都是在抽象程度相对较低、适用范围相对较小的概念支撑下逐步完成的。比如在研究光的色散现象时，教师让学生描述太阳光穿过三棱镜后形成的彩色光带，从而得知太阳光中包含不同颜色的光。这一科学概念的获得就需要更低层级的科学概念作为支撑，包括光进入眼睛能使人们看到光源或该物体；知道光在空气中沿直线传播；知道光遇到物体会发生反射或折射现象，光的传播方向会发生改变等等。需要指出的是，基本教学目标之外的知识层级并不是越多越好，这取决于教师的知识储备、学生的经验基础以及教学的实际需要。

科学大概念的形成不是一蹴而就的，学生需要通过不间断地学习积累和持续反思才能达成理解和内化。这意味着教师要约束好自己的勃勃雄心，警惕科学大概念教学的显性化和灌输化现象，尤其是要把握好学习任务的难度，以免把教学引向贴标签式的不良状态。

参考文献

[１] 威金斯等.追求理解的教学设计[M].闫寒冰，宋雪莲，赖平，等译.上海：华东师范大学出版社，2017：74.

[２] 郭元祥.把知识带入学生生命里[J].北京大学教育评论， 2021，19（04）：28-43+184-185.

[３] 李刚，吕立杰.科学教育中的大概念：指向学生科学观念的获得[J].自然辩证法研究，2019，35（09）：121-127.

[４] 邓靖武.大概念统摄下的物理单元知识结构构建及教学探讨[J].课程·教材·教法，2021，41（01）：118-124.

［责任编辑：陈国庆］