指向素养提升的科学课程大概念：价值意蕴、设计理念与教学步骤

*本文系2023年北京师范大学教育学部学生工作科研基金资助项目“课程领导力：撬动教师引领教学变革的阿基米德点”（2311307）的阶段性研究成果。

收稿时间：2024-02-05

作者简介：孙友鹏，北京师范大学教育学部硕士研究生，主要研究方向为课程与教学论。

摘要：核心素养时代呼唤对科学课程标准中大概念的精准阐释。科学课程的学科大概念是科学课程目标的核心要义，也是课程内容的基础抓手，更是课程质量的评价依据。基于学科大概念的价值意蕴，科学教师在确立大概念的站位高度后，应通过逆向教学设计、单元教学设计和深度教学设计发挥科学课程教学的理解性、整体性和学生主体性，并从统整锚定大概念教学的目标与内容、重视情景探究的大概念深度学习过程、树立评价导向监测思维与素养提升出发，实现大概念教学在新时代中小学科学教育改革中的落实。

关键词：大概念教学；核心素养；科学课程标准；教学设计

中图分类号：G42 文献标志码：A 文章编号：1673-9094（2024）06-0022-06

《义务教育科学课程标准（2022年版）》（以下简称“2022年版科学课标”）明确提出了“聚焦核心概念，精选课程内容”的课程理念，旨在通过对学科核心概念的学习，“理解跨学科概念，培养起科学观念、科学思维、探究实践和态度责任等科学课程的核心素养”[1]。科学课程的大概念和核心概念都指向科学学科的核心素养，深刻反映科学学科的本质属性，但在抽象层次和教学功能上略有差异。核心概念本质上属于大概念的理论范畴，是科学学科视角下最为核心、最为重要、最为根源的基本观念，用以统领科学课程内容；而大概念则是哲学视角和跨学科视角下更为宏观、抽象的普适性概念[2]，用以搭建科学课程框架。尽管2022年版科学课标中采用了“核心概念”的表达，事实上仍是“大概念”的思想内涵。究其原因是目前对大概念的认知众说纷纭，没有形成共识，对学科专家来说仍然是一个难题[3]。因此，基于2022年版科学课标的分析，找寻其价值意蕴，开展教学设计，制定评价策略，能够为理解大概念从课标到教学的转化路径、探索做好新时代科学教育的加法提供可行依据。

一、科学课程大概念的价值意蕴

大概念是聚焦学科本质、凸显学科特征、具备迁移价值的学科理念与思想，是核心素养形成的重要抓手和有力依托。作为“舶来品”的大概念，虽并非由新课标首次提出，但在课程与教学论领域已成为学者研究的重点以及教学改革与课程实施的突破口。目前针对大概念的研究多如牛毛，但并未形成统一的实践逻辑和教学规范[4]，需要结合课程标准的要求对其发挥的作用和价值进行阐释。

聚焦科学学科，义务教育阶段的科学课程具有启蒙性、奠基性和发展性等学科特征，是学生培养科学素养、树立科学精神和掌握科学规律的育人依托，能够引导青少年建立起从事科学研究的职业理想和探索科学事业的浓厚热情。科学课程设置的13个大概念，是科学课程目标要求的核心内容，也是促进理解跨学科概念的基础支撑。2022年版科学课标从13个大概念出发，指向跨学科概念的形成，兼顾综合课程和分科课程的优点，实现深度学习学科知识和广泛关注学科联系的目的，从而助推学生核心素养的发展与提升。

（一）大概念是科学课程目标的核心要义

科学课程的终极目标是培养学生的核心素养，为学生的终身发展奠定基础。围绕学科大概念来推动科学课程目标的实现，是一种经济有效的科学课程组织模式和教学活动开展方式[5]。科学课程目标建立在认识科学本质的基础之上，而科学课程的学科大概念是解答“科学是什么”“科学本质观”等问题的关键。科学课程目标的制定和表述包含着对科学本质的认识，如作为科学成果的科学理论、“可证实”的知识系统、“可证伪”的知识体系等[6]。从社会文化因素考虑，科学本质其实是一种特殊的社会实践探究活动，理论知识与技能只是其附属品和结果。基于核心素养发展，2022年版科学课程标准中提出了科学观念、科学思维、探究实践和态度责任四个方面的科学课程目标。

首先，科学观念目标包蕴着对客观事物的总体认识，是核心概念和具体概念在头脑中的组织和呈现。科学观念的目标实现依托于大概念的理解和进阶，并非各种概念和理论的无序呈现和混乱堆砌。其次，科学思维是人脑对科学现象、科学过程、科学结论的本质属性与相互关系的客观反映，是学科大概念与科学现象结合的产物。无论抽象概括、归纳演绎、类比推理还是发散联想，都需要大概念作为基础来建构科学模型，强化其推理论证，形成系统性思维。再次，探究实践是对科学观念和科学思维的落地和发展，彰显了科学教育的实践性和活动性。作为一种核心素养能力的探究实践，旨在通过获取和运用科学大概念开展技术与科学实践，从而实现学生实践创新能力和思维发展能力的精进。最后，态度责任是立足科学本质基础的情感因素，用以实现科学价值的转向与个体社会化进程。学科大概念中包蕴的科学、技术、社会和环境等因素是科学态度和社会责任培养的基石，也是科学家精神培育的根源。

（二）大概念是科学课程内容的基础抓手

科学课程内容围绕大概念组织展开，以促进学生对学科核心知识、跨学科内容和核心素养的理解与培育。义务教育科学课程是具有实践性质的综合课程，依托13个大概念组织课程内容，构建科学课程内容的系统结构与逻辑整体。大概念连同与其相关的实践活动与科学探究，共同构成了科学课程内容展开的基础抓手。科学课程内容中的大概念展现了当代科学发展的思维结构，并且能提供大量案例，在教学开展、思维培养和技能锻炼中与其他概念建立联系。

首先，为突出科学课程内容的整体性，学科大概念满足了对科学、工程学等多学科领域的发展需求，能够成为科学类学科的重要支柱与组织性概念。其次，为满足科学思维的培养目标，大概念在课程内容组织中承担起作为理解复杂性概念的基础性工具和解决现实性问题的重要理念。再次，为实现科学课程内容的生活化与个体性，学科大概念兼顾学生的生活经验、学习兴趣和社会议题的现实动向，与社会和个体的发展建立紧密联结。最后，为优化科学课程内容的层次性和阶段性，学科大概念具有多学段教学实施的可能性和一致性，在学习深度上层层递进，在复杂程度上逐级增加，实现课程内容的循序渐进。

2022年版科学课标规定的课程内容组织建立在2011年版初中课程标准的“主题”“专题”和2017年版小学科学课程标准的“主要概念”的基础上。科学课程内容由13个大概念横向排列组成，大概念之间彼此独立而又互相联系。一个学科大概念包含若干个次位的概念，这些次位概念连同核心概念一起构成了科学课程的学习内容。通过大概念整合科学课程内容，能够加强知识的内在联系，促进学生对科学的深度理解，并设计出进阶的学习内容，满足学生多样化、个性化和情景化的学习需求，实现课程内容与大概念的深度融合、有效联系和灵活融通。

（三）大概念是科学课程质量的评价依据

科学课程的学业质量是对科学内容设计、教学实施和考试选拔测评的重要手段，能够确保科学课程体系的系统优化。学业质量标准规定了学生学习课程内容后的学业表现，既是对学生学习的评价，反映学生对知识内容的掌握程度，也是对教师教学的评价，映照教师对课程标准的落实程度，更是对课程内容的评价，呈现了课程目标的实现程度。大概念体现了科学学科要求的核心素养，通过对学生正确科学观、必备科学观念、核心科学思维的发展助推，构建起核心素养融入课程的重要一环。学业质量标准的制订和评价需要根据学科大概念的要求和内容，结合结构化的课程目标，从学习结果的角度给出对课程关键内容的观测点位和指标框架。课程目标和学业质量标准共同作为核心素养导向下的综合评价体系，采用过程性评价、学业水平测试的方式，探索学科大概念在科学课程中的学习深化与实践落实。

针对学生学习成果的科学课程质量检测与评价需要有所侧重，做到重点突出、目标明确、把握核心。大概念在科学课程学业质量的评价中发挥着举足轻重的作用，能够通过最核心的内容、最精华的部分，在有限的教学时间里提高评价效率、优化评价手段、明确评价思路、确保评价实施。基于大概念的科学课程质量评价提供了监测的观测点和知识的附着点，能够使原本分散的评价手段整合统一，建立起能够有机联系的结构与思路，最终推进基础科学教育课程教学评价改革与发展走向新的路径和图景。课程评价作为学科学习质量监测的指示器与指挥棒，在明确学科大概念的过程中能够有效凸显科学学科的本质内涵与内在逻辑，有助于减轻学生学业压力，把握科学学习主线。

二、科学课程大概念的设计理念

（一）为理解而教：逆向教学设计内化科学核心素养

基于学科大概念的科学课程教学设计是培养学生核心素养与实现科技育人目标的重要支撑，而传统的科学课堂教学设计缺乏对课标、教材及单元的整体把握和系统整合，存在为知识而教、为教学而教的倾向。这样的教学方式容易造成学生的理解片面和知识的简单堆砌，给核心素养的培育带来巨大挑战。因此，“为理解而教”应当成为学科大概念的教学设计理念与路径，转变教学方式，整体开展教学。美国课程与教学论专家格兰特·威金斯和杰伊·麦克泰格提出了教学设计的UBD（understanding by design）思维方式，致力于为学生提供理解框架，并揭示与教学内容相关的大概念[7]。基于这一理论，科学教师应当采取高效、优质的手段设计课程活动，从关注预计结果展开教学设计的逻辑，从期待学生学会的内容出发，逆向设计“如何促使学生学会”的教学过程[8]，即所谓的“逆向设计法”，专注设计最有可能实现结果的内容和活动。

从发展的角度来看，科学课程的大概念在从“双基”到“三维目标”再到核心素养的理念变化的过程中，始终处于教学环节的重要地位，而科学核心素养则是在前者基础上体现科学学科的核心本质。科学课程的基础知识和基本技能当中的“基”，实际上就是科学课程的核心思想。基础知识和基本技能归根结底就是指向科学学科本身的大概念，同时也是学习核心内容与大概念必需的基础储备和发展桥梁。“三维目标”中的知识技能、过程方法、情感态度价值观，是从知识层面、过程层面和情感层面提出的对学科基本的认识与掌握，其中暗含了基础与核心的说法，因此也包含着大概念的范畴。换言之，以大概念为核心的素养目标就是升级版的三维目标，从认知、技能和情感维度引领核心素养的发展方向。

（二）为整体而教：单元教学设计融合科学核心素养

科学课程具有整体实施的特征与需求，科学教师应当树立整体意识，从大概念出发进行大单元教学设计。处于中心地位的大概念能够向外整合实践经验、向上整合下位概念、向下整合外围概念，成为书本知识与核心素养的关键桥梁和重要中介，也能和单元教学配套，构建“课程－单元－课时”的下沉通道[9]，将核心素养落实到每一节课。首先，大单元教学设计对整个科学单元的内容进行全面概览与综合理解，使学生对整体的学习内容有初步感知和总体把握。其次，从提出问题、分析问题和解决问题的流程展开科学思维的训练，引导学生自主学习、合作学习、探索学习。最后，通过单元达标检测和个人总结评价及时查漏补缺，通过单元学习的总结和反思实现大概念的融入和理解。

事实上，大单元教学设计效果最优化的关键在于“整”。从大概念的整体导向出发，掌握单元内部的内容层次和教学梯度，制定精准明确的单元内部小目标，落实好大概念与大单元教学的配套实施。需要注意的是，大单元教学主张通过“少而精”的学习模式，整合跨学科内容和跨单元学习的内容，避免惰性知识影响单元之间的知识迁移。具体而言，科学课程的大单元教学设计要从单元课时、目标、实施、评价和过程五个方面着力，运用大概念的落实引向知行合一的学习。此外，大单元教学设计也是一种认知倾向，要求落实到每一位科学教师的日常教学中去，推动教师重新思考角色定位，从割裂化、碎片化的教学主体转到整体性、全盘性的教学主导，实现专业精进与发展。

（三）为学习而教：深度教学设计深化科学核心素养

教师只是学生科学核心素养培育的引导者，学生才是参与科学活动与课程学习的主角，这是深度学习的理念共识。深度学习的本质不在于高深的题目、广阔的知识，而是强调对学科本质的掌握，能够在现实世界中创造和运用新知识。相对于浅层学习，深度学习重视知识理解的迁移和教学手段的运用，是一种具有探寻意义的学习。深度教学是实现学生深度学习的助推，是一条通往以学生为中心的、卓有成效的、引人入胜的课堂的道路。正如美国国家年度教师获得者莎娜·皮普斯的经验，将科学教育课程的课堂开展与深度教学的设计相结合，用苏格拉底式提问法组织深度教学设计[10]，可以实现学生的深度思考和科学发问。

在深度学习与教学变革的联结方面，翻转课堂先驱乔纳森·伯格曼通过探索深度学习的挑战、可能性和教师的教学应对，分析了翻转课堂模式在优化教师教学设计，实现学生深度学习的价值和策略[11]，为科学教师的深度教学设计提供了可能的途径与模式的转向。以学生为中心的教学设计体现了深度学习与大概念教学之间的高度适切，这样的设计带来的是触及科学课程本质、概念核心内容和学生情感深处的教学，彰显出科学课程深度教学的层次性、深刻性和交融性，最终体现在学生的深度能力发展和知识体系建构上。

三、科学课程大概念的教学步骤

大概念对科学课程的目标、内容和评价都具有深刻意蕴，是深度学习和优化教学的重要凭借和基础支撑。科学教师应在设计理念的逻辑建构中明确清晰和具体的大概念教学步骤，在动态教学实施和深化教学改革中发挥大概念的引领作用和助推力量。

（一）内容统整：锚定概念化的科学课程目标达成

科学教师要基于课程标准的理念设定和目标追求，对教材的内容要求和体系建构进行深度的分析和资源的协调，统整好面向素养提升的教学内容，不要做游走于文字之上的分析师，而要做教学内容文本的知音[12]，在每一课时开始前的备课和练课中提炼出核心概念、寻找出核心问题、归纳出核心逻辑、梳理出核心流程，概括出与学科大概念相联系的科学实验与科学探究等内容。

为达成这一目标，教学要将单元目标的设计融入其中，避免应试化倾向以及目标与手段的混淆。教师可以运用诊断性评价，如谈话、提问、概念图、思维导图、导学案等方式，精准捕捉学生理解中的薄弱点，并思考如何解决学生在前概念中的疏忽和不足等问题。以教科版小学科学二年级上册第一章第六课《不同的季节》为例，这一课的大概念是“宇宙中的地球”，重要概念是“地球围绕太阳公转”“一年四季对动植物和人类生活的影响”。在教学中，如果老师过多强调有关太阳和地球的科学知识，往往会导致学生对科学内容的孤立理解和片面看待，所以教师应该以大概念为统领，从上到下建立起概念在单元、课时中的联系与连接，通过具体内容的有机组织培养科学思维。

（二）探究驱动：助推情景式的科学教学主体参与

大概念统领下的科学课程教学需要以科学探究和科学实验为第一驱动力，助推生活情境和学习情境中学生深度学习和全面理解的实现。首先，在教学实施过程中，教师应当充分利用科学教育资源，在教材规定学习内容的范围内丰富教学空间，引领大概念在多样化、情景式的教学活动中得以体现。其次，教师开展教学时要把握好整体性和科学性，不能将大概念通过讲授或者讨论的方式告诉学生，而是通过问题驱动、情景模拟、理解为先的模式指导学生感知、思考、掌握和运用大概念。最后，无论科学知识讲授，还是科学实验开展，教师始终要努力给学生创造真实的生活场景，打通课本和生活之间的通道，突破学习与运用之间的壁垒，做到“用以致学”，真正培养学生的科学核心素养和问题解决能力。

同样以《不同的季节》为例，为实现大概念指引下的深度学习，通过探究归纳季节特点和生活情境动手制作，为学生呈现春夏秋冬的季节场景。通过引导学生动手制作四季物品礼盒，实现学生的深度思考和“做中学”的理念，在核心素养的导向中实现对大概念的学习和理解。由此可知，大概念具有的统领性、迁移性和应用性是教师开展科学课程活动和教学设计的着力点和抓手，从指向大概念理解的素养提升出发，落实课程内容的开发与学习活动的驱动。

（三）评价导向：统整多主体的科学活动过程监测

“教-学-评”一体化是科学教育发展的新倡导和新需求，是基于大概念学习的成效监测和结果评估，也是对学生学习效果的检验和教师教学成果的评价。科学课程教学的评价应当包括诊断性评价、过程性评价和终结性评价，在各个评价阶段都应该融合大概念的引领、教师的教和学生的学。同时，学生应当对学习进行评价，包括“学习性评价”和“学习的评价”，前者属于过程性评价，后者属于总结性评价[13]。

以教科版小学科学六年级上册第二章第一课《我们的地球模型》为例，可通过小组科学研究和模型制作的方式完成科学大概念和思维的提升与掌握，最终在评价设计上采取师生评价、小组评价和个人自我评价相结合的方式，充分满足学生的科学学习需求，促进评价主体向学生的转变，引发学习者对前概念和已有认知经验的批判与反思。在教学实践中，需要对大概念与其他概念和知识的融合进行评价。在评价类型和方式中都应充分关注真实情境，做到“评价即教学”“评价助教学”，催生学生的高阶科学思维与学科核心素养，助推“教-学-评”一体化发展的科学课堂学习走向新样态。

当下中国的课程与教学面临着新的改革趋向，要从教知识和技能转向培育素养和发展质量，而学科大概念则是指向核心素养培养的关键手段与重要路径。教育部等十八部门颁布的《关于加强新时代中小学科学教育工作的意见》，是中小学科学教育的发展春天与崭新机遇[14]。必须通过新的教学理论与实践提升学校科学教学质量，为科技后备人才培养形成“大科学教育”的发展格局。

参考文献：

[1] 中华人民共和国教育部.义务教育科学课程标准（2022年版）[M].北京：北京师范大学出版社，2022：16．

[2]梁云真，蒲金莹，袁书然.大概念统摄下的“AI+小学科学”跨学科教学——以“探寻四季更替的奥秘”为例[J].现代教育技术，2023（11）：58.

[3]马云鹏.基于结构化主题的单元整体教学——以小学数学学科为例[J].教育研究，2023（2）：70.

[4]杨玉琴，陆海燕，吕荣冠.学科大概念：从课标到教材到教学的转化——基于《义务教育化学课程标准（2022年版）》的分析[J].化学教学，2022（10）：3.

[5]刘恩山.义务教育小学科学课程标准解读[M].北京：高等教育出版社，2017：40.

[6]袁维新.科学的本质与科学本质教育[J].课程·教材·教法，2004（7）：70.

[7]格兰特·威金斯，杰伊·麦克泰格.追求理解的教学设计[M].闫寒冰，宋雪莲，赖平，译.上海：华东师范大学出版社，2017：6.

[8]崔允漷.学科核心素养呼唤大单元教学设计[J].上海教育科研，2019（4）：1.

[9]刘徽.大概念教学：素养导向的单元整体设计[M].北京：教育科学出版社，2022：54.

[10]莎娜·皮普斯.深度教学：运用苏格拉底式提问法有效开展备课设计和课堂教学[M].张春依，田晋芳，译.北京：中国青年出版社，2020：133.

[11]乔纳森·伯格曼.翻转课堂与深度学习[M].杨洋，译.北京：中国青年出版社，2018：26.

[12]王荣华.人文主义的教育理想——于漪教育思想研究论文集[M].北京：商务印书馆，2018：206.

[13]STERN J， LAURIAULT N， FERRARO K. Tools for teaching conceptual understanding， elementary： Harnessing natural curiosity for learning that transfers[M]. Thousand Oaks， CA：Corwin Press， 2017：33.

[14]孙友鹏.全面推进新时代基础科学教育高质量发展——习近平总书记关于教育的重要论述学习研究[J].科学教育与博物馆，2024（1）：8.

责任编辑：赵赟