指向学科核心概念的小学科学课程实施——以“宇宙中的地球”核心概念为例

文｜屈蒙琦

小学科学课程内容涉及物理学、化学、生物学、天文学、地球科学等领域知识，其中，天文学领域中时间上的“无限”在小学阶段难以探索，空间上的“无限”便构成了小学阶段认识宇宙的基础，需要学生具有较强的空间想象能力。这就要求教师教学中要注重学生“空间宇宙观”的初步构建。在此基础上，小学科学教学需整体布局，围绕“宇宙中的地球”这一核心概念，将具体科学事实与抽象学科概念建立联结，以形成体系，体现小学科学课程学习目标的连续性和进阶性。

一、建构学科核心概念，构建空间宇宙观

（一）分析目标人群，提炼问题本质

为优化学校教育生态，促进学校教育健康发展，2020 年起，我校开展了“义务教育学业质量监测”项目活动，每年5 月中旬，采用“年级全覆盖、学生全参与、学科等比例抽样、相关因素全测”的组织方式，对我校毕业生进行学科内容、能力水平和相关因素三方面的监测。从报告数据中发现，我校2022 届毕业生在“地球在宇宙中的运动”内容方面的得分降低（如表1 所示），评价和设计科学探究能力较2021 届学生有所降低（如表2 所示）。另外，从相关因素看出，学生学习坚持性得分逐年降低（如表3 所示）。

表1 学科内容维度

表2 能力水平维度

表3 相关因素维度

基于数据监测，对学生“宇宙中的地球”这一概念的掌握进行了进一步的调查研究，总结如下：（1）学生方面。学生很少关注天文类相关的短视频、科普内容和新闻时事，没有储备大量相关天文知识，大部分天文类知识来源于学校科学课程教材，知识构建较为机械固化、平面化，对教师教学中提供的天文学知识被动接受，缺乏对常见天体现象的观察，缺乏自主思考习惯和探索精神。学生对天文类知识缺少真实体验，缺乏一定的空间想象力，导致对常见天体的形状、大小、位置和运动变化无法精准描述。（2）教师方面。教师对课标解读不到位，过于依赖教材，未及时关注和更新相关教学内容，导致所授知识呈静态化，加上宇宙类课程内容抽象，较其他教学内容来说难度增加，在教学过程中只注重基础知识讲解，缺乏有效的建模指导和实践反馈，任务布置缺乏延伸性和持续性；一系列迁移、延伸问题并未出现在教学环节中，课后布置的拓展任务超出学生能力。（3）学校方面。本校班级课外阅读读本由学校征订、学生征订和学生捐献三部分组成，统计发现，涉及宇宙类知识的读本较少且陈旧。很多天文现象需要互动体验来弥补教材内容上的抽象，仅靠学生空间想象力难以掌握核心概念，而学校多媒体设备老化，未及时更新，无法提供体验性环境。

（二）拆解核心概念，聚合学习内容

《义务教育科学课程标准（2022 年版）》中指出：通过对学科核心概念的学习，理解物质与能量、结构与功能、系统与模型、稳定与变化4 个跨学科概念（如图1 所示）。

图1 科学课程的内容结构

其中，“宇宙中的地球”属于天文学领域，这一核心概念可以分解成地球是一颗行星、地球绕地轴自转、地球围绕太阳公转、月球是地球的卫星、地球所处的宇宙环境、太空探索拓展了人类对宇宙的认知等学习内容，又根据学生不同学段设置了不同的学习要求，旨在帮助学生在学习该学科核心概念时形成物质与能量、系统与模型、稳定与变化等跨学科概念。基于《义务教育科学课程标准（2022 年版）》要求，对该学科核心概念内容要求整合成空间宇宙观、长期观察实践活动和自主探究能力三个方面，意在促进学生对“宇宙中的地球”这一核心概念的掌握。

1.空间宇宙观

结合生活经验，先让学生从描述太阳的位置变化和月球形状变化开始，利用太阳及周围熟悉建筑物位置辨认方向，通过图片、视频等让学生知道地球的形状及大小，地球所处的位置，地球与月球、太阳之间的空间关系，初步了解太阳系结构，利用软件了解各个星座方位，知道星座的意义，意识到地球是太阳系的一颗行星，太阳是银河系中的一颗普通恒星，银河系是宇宙中的一个普通星系，激发学生对宇宙结构、起源和演化的好奇和探索，引导学生在认识宇宙过程中形成科学精神、科学思想和科学方法，最终使学生尝试从无限空间的角度审视宇宙，构建空间宇宙观。

2.长期观察实践活动

空间宇宙观的形成是个缓慢且持续的过程，天体的运动变化规律需要长期观察活动支撑，这也是培养学生良好学习坚持性的重要手段。低学段学生的学习，需要教师做好正确示范。教师可以跟学生一起通过图画或者贴图方式观察一年中月亮形状变化情况，为其中段认识地球、月球和太阳的运动关系打下扎实基础。学生通过观察一天中太阳位置的变化，而后观察一个星期、一个月甚至一年中太阳位置的变化，再利用星座活动图观察一年中星座形状及位置的变化，了解星座划分意义和常见的天文现象，归纳总结天体在天空中的运动及地球的真实运动。学生通过观察一年中物体影长的变化，联系太阳运动与四季变化两者之间的关系，用天体运动知识来解释自然现象。

3.自主探究能力

在长期观察实践中，在求知欲和好奇心的驱动下，学生主动探索学习，激发内在学习动机，在掌握观察、实验、测量、推理、解释等科学方法后，能针对自然现象提出问题、做出假设、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，利用学校、家庭、社区的各种资源自主设计探究模拟实验，解决实际问题。

二、围绕学科核心概念，制订课程实施目标

（一）培养空间宇宙兴趣

培养学生对地球与宇宙领域知识的兴趣，通过各种方式了解宇宙，如阅读宇宙科普类书籍、观看宇宙类科普短视频或者纪录片、收听宇宙类时事节目，掌握一定的地球与宇宙领域的知识，可以解释身边一些天体现象，体验知识带来的乐趣，产生进一步探索宇宙的动机。

（二）加强教学内容整合

“宇宙中的地球”学习内容涵盖一至六年级，比较零散，教师要对教材内容进行调整、取舍、修改、补充和整合。除此之外，还要加强知识学习其与其他学科、现实生活、社会实践之间的联系，实现学生对核心概念的深度理解、有效构建和灵活运用。例如，在上“月相变化”这节课时，教师可以利用中秋节主题设置情境问题“为什么十五的月亮十六圆”，引导学生回忆低学段所记录的月亮变化情况，观察和思考月相，进而自主设计模拟实验探究月相背后的真相，在探究中了解月球本身不发光这一科学概念，地球、月球、太阳三者大小、形状和位置关系，地球与月球的运动方向和周期。

（三）注重教学方法改革

教师教学中应创设与学生年龄、心理、生活经验相符合的教学情境，引发其认知冲突。例如，上“北极星不动的秘密”这一课时，学生已有的认知是天体都在作东升西落运动，教师可以通过展示太阳运动变化和四季夜空变化视频，提问“所有的天体都是在做东升西落运动吗”，引发学生独立思考，激发学生自主探究，小组合作完成模拟实验。

（四）精心设计教学活动

探究和实践是科学学习的主要方式，教师教学中应积极开展启发式、探究式、互动式、体验式和项目式的教学活动。例如，上“浩瀚的宇宙”这一课时，教师可以出示银河系动图，引导学生关注宇宙背景与银河系视觉上的对比、银河系旋臂的运动情况，自主探究模拟银河系的盘面和旋臂，即选用什么材料模拟盘面，怎样模拟旋臂运动；引导学生思考模拟银河系与实际银河系的区别，用游戏体验银河系旋臂运动，观看太阳系在银河系中的运动视频。课后布置用图画方式猜测银河系其他星系运动情况、银河系运动情况、河外星系运动情况，帮助学生形成初步的宇宙观。

（五）充分利用、开发资源

《义务教育科学课程标准（2022 年版）》要求，教师应有意识、有目的地开发和利用各种地球与宇宙领域教学资源。例如，在上“昼夜交替”这一课时，可利用网络实时通讯展示处于东西方位距离较远的两个地区，让学生真切感受每个地区昼夜时间的不同，体会时差这个概念，课后可开展记录当地一年日出日落时间的观察活动。这样学生会意识到同样的上下学时间日出日落时间不同，从而产生对此现象的探究兴趣。

三、聚焦学科核心概念，推进课程实施

（一）宣传文化，营造良好氛围

“宇宙中的地球”核心概念涉及地球、月球、太阳运动及其影响等内容，但学生对此缺少实际体验感知。因此，学校层面要大力宣传空间科学文化，布置校园走廊和文化墙，设立科技展览角，定期开展含宇宙主题的科技节活动；班级层面要选择符合学生年龄、心理及知识建构特征的图片和文字素材布置班级文化角和班级走廊，定期出一次宇宙主题的黑板报，每周组织一次宇宙主题的晨会课。

（二）巧用情境，注重生活联系

科学课程来源于生活，服务于生活。如可设置“为学校植物挂铭牌”活动，学生通过实地考察校园植物分布，活动过程中通过告知方位及利用熟悉建筑物和生活经验记住方位，通过此活动初步感知空间方位，较好地完成校园分布图的绘制。

（三）科学建模，自主探究实践

模型是掌握“宇宙中的地球”这一核心概念的重要工具。学生通过亲身经历选择模型材料、制作模型、对模型进行模拟实验探究等过程，构建空间科学概念和培养探究能力。模型亦可作为串联整合各个碎片化学习内容的重要手段，如制作的地球结构模型除了用于研究地球结构，还可以用于研究地球运动，日、地、月三者运动及宇宙中地球位置等实践探究活动，这有助于学生构建系统与模型、物质与能量等跨学科概念。

（四）融合学科，强化实践运用

科学课程是一门体现科学性质的综合性基础课程，因此更加注重与其他学科之间的融合和应用。如将劳动教育中的农业生产劳动融入地球运动与四季变化内容的学习，及种植过程中植物生长的变化，让学生切实感受到地球在运动及其带来的影响，驱动学生进一步探索、实践。

（五）利用资源，延长实践周期

学生在实践活动中会反复经历发现问题—解决问题—发现新问题的过程。教师要充分利用现有教学资源，保证实践活动的连续性和持续性。如观察月相活动和星座活动，遇到下雨天时可借助当地天文馆继续进行观察活动，引导学生在长期观察实践中掌握核心概念，产生探索太空的欲望。

科学课程是育人课程，学生通过形成物质与能量、系统与模型、稳定与变化等跨学科概念，对宇宙、自然、自我进行更深层次的思考，树立正确的宇宙观，进而树立正确的人生观和价值观，最终实现“立德树人”的终极目标。