聚焦核心概念的单元教学设计与实践——以“农作物增产”大单元为例

邵永平 屠 鹏|浙江省杭州银湖实验中学

《义务教育课程方案（2022 年版）》提出，课程实施要深化教学改革，探索大单元教学，积极开展主题化、项目式学习等综合性教学活动，促进学生举一反三、融会贯通，加强知识间的内在关联，促进知识结构化。崔允漷认为：“一个单元就是一个完整的学习故事，就是一种课程，或者微课程。”［1］本研究中的大单元教学，是指以核心素养为导向，以学科大概念、主题化或项目式等为统摄中心，规划学习目标、内容结构、学习方式、教学资源、评价体系，基于“以终为始”进行逆向设计的一种微课程规划。下面，笔者以浙教版义务教育教科书《科学》（以下简称“浙教版教材”）八年级下册相关内容为载体，聚焦“植物能制造和获取养分来维持自身的生存”单元核心概念，建构“农作物增产”大单元，分析聚焦核心概念的大单元教学设计与实施。

一、解构单元概念体系

《义务教育科学课程标准（2022 年版）》（以下简称“《课程标准》”）提出遵循“少而精”原则，聚焦学科核心概念，设计相应的系列学习活动，在学习学科核心概念的基础上，理解跨学科概念，并应用于真实情境。具体教学实践中如何真正落实以上要求，对教师而言是一大挑战。

在实施大单元教学设计时，关键是要理解《课程标准》中核心概念、重要概念、次位概念之间的逻辑关系，重新梳理教材章与章、节与节之间不同概念间的逻辑联系，建构知识结构，强化教学内容的结构性［2］。教师要在建构“植物能吸收、运输水分，并通过叶散失水分”“植物需要的无机盐和水分通过导管运输，有机物则通过筛管运输”“植物能利用二氧化碳制造有机物”“植物能分解有机物释放能量供生命活动需要”等次位概念的基础上，形成《课程标准》中“植物能制造和获取养分来维持自身的生存”这一单元核心概念，并最终支持“生物体的稳态与调节”这一学科核心概念。同时，该单元核心概念既以“生物体具有一定结构层次”等内容为基础，又是学习“生物与环境相互作用、相互协调，实现生态平衡”等概念的基础。该大单元的概念体系如图1所示。

图1“农作物增产”大单元的概念体系

植物体通过内部和外部不断进行物质循环、能量流动，这一开放系统能通过自我调节机制维持稳态。对该单元核心概念的学习有助于学生形成物质与能量、稳态与变化等跨学科概念。

二、定位单元学习目标

（一）教学内容与学情分析

“生物体的稳态与调节”主要探讨生命的生存和生长机制，“植物能制造和获取养分来维持自身的生存”则从物质和能量的角度探讨植物体的生存需要和生长条件。

通过1～7 年级的学习，学生能从宏观视角认识到植物的生存生长需要的条件，认识到植物的叶绿体能够进行光合作用，帮助维持其生存。学生对光合作用、呼吸作用等相关概念和原理等的理解需要进阶设计，即先从宏观层面了解，再逐步向微观层面过渡。

在细胞器中光合作用和呼吸作用如何进行物质与能量的转化被安排在高中学习，因此在初中的教学中教师可通过设计科学探究、模型制作等活动，帮助学生建构光合作用、呼吸作用的概念或模型，认识植物体内部的复杂性和系统性，形成物质与能量、稳态与变化等跨学科概念。

（二）单元学习目标

单元学习目标的确定要指向学科核心素养的达成，目标表述应明确、具体，并可观察和测量［3］。具体目标如下。

（1）通过“植物对无机盐的吸收与运输”“植物对水分的吸收和散失”“光合作用与呼吸作用”等探究活动，理解植物生命活动的基本过程和原理，有效建构光合作用与呼吸作用的概念，认识植物各器官结构与其功能的联系，初步形成结构与功能观，以及物质与能量、稳态与变化的观念。（生命观念）

（2）能够对“光合作用”“呼吸作用”等探究实验进行有效的比较、归纳、推理、分析，建构光合作用、呼吸作用的概念模型，能运用模型解释“植物对无机盐的吸收与运输”“植物对水分的吸收和散失”等生理现象。（科学思维）

（3）能够在“绿叶在光下制造淀粉”等探究活动中，体验科学探究的一般过程，掌握单一变量等实验设计方法，能选择合适的方法探究植物生长的调节过程，并能将植物体内的物质和能量的转换原理应用于农作物增产的学科实践活动中，解决现实问题。（探究实践）

（4）在一系列探究活动中初步养成乐于探究、追求证据、严谨求实的科学态度，在水培装置的设计与制作、农作物增产等的学科实践中认识科学与社会的密切联系。（态度责任）

（三）单元评价任务

根据逆向教学设计理念，基于学习目标的评价任务应前置。大概念教学的意义在于“能提供理解知识、研究和解决问题的思路方法或关键工具，可运用于新的情境，具有持久的可迁移应用价值”［4］，因此围绕单元核心概念的评价必须关注学生对其的理解和应用情况。如对“植物能制造和获取养分来维持自身的生存”单元核心概念，可设计“如何通过农业生产技术提高农作物的产量”大任务，而与单元目标相对应的评价任务则可如表1所示。

表1 大概念视角下的单元学习评价任务

三、建构单元学习框架

教师需要结合学生的生活实践经验，创设问题情境，将单元大概念转化为中心问题，再将中心问题分解，围绕从属概念和事实性知识设置问题串［5］。同时，围绕核心概念设计开放性问题，发展学生的科学思维能力，促进学生对核心概念的深度理解。

基于以上分析，笔者创设真实情境：“面对全球性粮食危机，科学家设想通过农业生产技术的应用，培养单株产量更高的农作物，并寻求相关技术，以便在贫瘠的土地上种出粮食。”然后设计核心任务：“如何通过农业生产技术提高农作物的产量？”该大单元学习框架如图2所示。

图2 聚焦核心概念的大单元学习框架

基于核心概念的单元设计，目标指向学生对核心概念的理解，有利于学生知识结构的形成，其中，“粮食增产的可行性方案研究”是具有一定挑战性的综合性任务。此外，还可安排技术与工程实践项目，如“家庭型”水培装置的设计与制作，以践行《课程标准》中“强化探究实践”和“实施综合性学习”的要求。

四、细化目标分课实施

基于核心概念的教学不是让学生熟记概念定义，而是要求学生在理解概念内涵的基础上，将其迁移和应用于解决现实情境中的具体问题。在概念的迁移应用中，学生可加深对概念的理解，发展核心素养。下面以次位概念“光合作用”第二课时的教学为例进行阐述。

（一）分析教材与学情

教学内容为浙教版教材八年级下册第3章第6 节《光合作用》。前面学生已经学习了植物能吸收与运输水分和无机盐、植物光合作用的条件和产物。通过这节课的学习，学生对光合作用的原料之一是二氧化碳会有更充分的认识，而这是形成“植物能制造和获取养分来维持自身的生存”单元核心概念的支撑。

从教材编写思路来看，第一课时通过图文结合介绍光合作用的原理，然后通过活动“植物制造淀粉的实验”，证明“光照条件下，植物能利用叶绿体制造淀粉”。该课时的探究任务是：设计并进行实验，证明“光合作用需要二氧化碳”。学生已经具备设计对照实验的基本技能，且通过第一课时的学习，已经知道通过检测淀粉，能够判断植物是否进行了光合作用。故这节课中，学生能够顺利完成方案设计，检验光合作用原料是二氧化碳等，并运用其探讨农作物增产方案。

（二）课时目标

（1）能选择合适的方法设计检验光合作用需要二氧化碳的实验方案。

（2）能利用光合作用的概念模型，分析农作物增产方案。

（3）能根据实验器材改进实验，探究二氧化碳浓度对光合作用的影响。

（4）认同植物体内物质和能量的转换原理对农业生产的重大意义，对粮食危机等相关议题进行理性判断，具备社会责任意识。

（三）课时学习规划

该单元的情境任务是在粮食危机背景下，“如何通过农业生产技术提高农作物的产量”，探讨“从光合作用角度研究农作物增产方案”，而学生之前已经完成“水肥管理”增产项目。

考虑到光合作用概念的进阶性，学生无法真正从微观层面来认识，因此教师要通过设计科学探究等活动，帮助学生逐步建构光合作用概念或模型，以及结构化的“植物能制造和获取养分来维持自身的生存”单元核心概念知识体系，认识植物体内部的复杂性和系统性，进而形成物质与能量、稳态与变化等跨学科概念。同时，也让学生经历了有效探究和实践过程。笔者设计了学习要求、表现性任务以及相匹配的PTA 检核量表评分标准（前置量表；每条标准满分3分，根据真实表现程度取整数打分）［6］，具体如表2所示。

表2 “从光合作用角度研究农作物增产方案”一体化设计

学生探究光合作用的原料之一二氧化碳，质疑并改进教材实验方案，不断优化迭代，进而探究二氧化碳浓度对光合作用的影响。这样，经历持续探究的过程，不断提出问题、作出假设、制订计划、搜集证据、处理信息、得出结论、表达交流和反思评价，学生就可在探究实践中积极思考，实现“做中学”和“学中思”。

五、思考与讨论

聚焦核心概念的教学，不仅要求教师全面、系统地把握课程与教学内容，还要求教师不断挖掘教学内容背后的科学本质。例如，教师可以结合光合作用发现史，让学生认识到科学知识的可验证性、相对性、暂时性，从而加强其对科学、技术之间关系的认识。

单元教学设计要为学生核心概念的形成服务，为学生核心素养的可持续发展奠定基础。因此，教学设计要舍得放弃一些与核心概念形成关系不大的教学素材和内容，如该单元的教学设计中，“自然界中的氧循环和碳循环”“空气污染与保护”可以整合到“空气”相关单元中。

聚焦核心概念的单元教学，强调在各年级或学段循序渐进地发展核心概念，促进学生建构结构化的知识体系，发展核心素养。具体实践中是采用大主题或大任务，还是项目式学习，要根据教学内容和实施条件等因素酌情处理。