基于大概念的小学科学大单元项目式学习探索

摘 要：将项目式学习引入小学科学教学实践，可以为小学科学教学注入新鲜的活力。教师运用大概念思维，从聚焦学科大概念、设定项目主题及学习目标、开展项目式学习活动、制作并完善项目学习成果、进行项目评价等方面，探讨基于大概念的小学科学大单元项目式学习的实施策略，可以有效培养学生的自主学习能力和合作学习能力，进而提高学生的问题解决能力和实践创新能力。

关键词：小学科学；大概念；项目式学习；能量；电磁起重机

中图分类号：G62 文献标识码：A 文章编号：0450-9889（2024）31-0061-05

小学是培养学生科学素养、创新思维和实践能力的启蒙阶段，小学科学教育旨在为学生未来学习和生活奠定坚实的科学基础。随着新课程改革的深入推进，传统的填鸭式教学已经无法满足学生多元化、个性化的学习需求［1］。将项目式学习引入小学科学教学实践，通过引导学生参与具有现实意义和趣味性的科学项目，可以让学生在解决实际问题的过程中深入理解科学原理，掌握科学方法，培养科学思维。在小学科学教学中，大概念具有高度的概括性和迁移性，能够帮助学生构建系统的科学知识体系。大单元项目式学习以学生为主体，让学生在真实情境中通过实践活动探究某一科学主题或问题。基于大概念的小学科学大单元项目式学习能够促进学生深入探究科学现象，培养自主学习和合作学习能力，提高问题解决能力和创新能力。然而，在小学科学教学中实施大单元项目式学习面临诸多挑战：如何设计具有趣味性和挑战性的科学项目，如何确保学生在项目中的有效参与和深度学习，如何评估学生的学习成果和项目的实施效果，这些都是值得深入探讨的问题。下面，笔者以“制作并改良电磁起重机”为例，探讨基于大概念的小学科学大单元项目式学习的实施策略。

一、研读课标与教材，聚焦学科大概念

《追求理解的教学设计（第二版）》提到，所谓的“大概念”并非指尺寸庞大或者范围广泛，也不是指它的基础性，而是指突破了某一学科领域内核心、重要的理念。大概念的核心是指反映学科本身的特质，具有抽象性、概括性、统摄性和广泛迁移价值的学科观念、思想和方法等［2］，有助于学生形成对学科的整体理解和深入探究。无论大概念的意义如何深远，其价值都需要在具体的课程之中落地［3］。小学科学中的大概念通常涉及物质科学、生命科学、地球与空间科学等领域，这些大概念是科学教学活动的基础与核心，能够聚焦学科知识，更能衍生学科知识。教师应对《义务教育科学课程标准（2022年版）》（以下简称《2022年版科学课标》）所确定的目标和要求、教材单元导读和单元学习任务进行深入的解读与分析，聚焦大概念组织教学内容，采用多样化的教学方式帮助学生掌握可迁移的学科核心素养。因此，研读课标与教材是实施小学科学大单元项目式学习的重要前提。

冀教版科学六年级上册第二单元围绕“无处不在的能量”主题编排了电、磁、光、动能和机械能等与能量有关的内容，旨在帮助学生全面认识和理解能量的基本概念、形式、转化和控制以及能量在日常生活中的应用。教材单元导读要求通过探究有关能量的问题，培养学生发现问题、提出问题、作出假设、设计实验、实验观察、得出结论、沟通交流、反思评价等科学探究能力；激发学生利用新思路、新方法、新材料探究能量的兴趣；帮助学生树立尊重证据、做出判断的科学态度，形成愿意与他人合作学习、沟通交流的团队协作意识；引导学生关注科学技术的发展和应用。

本单元以能量为主线，设计了以下重点内容：一是认识什么是能量；二是认识能量之间的相互转化，探究磁力的大小；三是认识能量转化过程中的控制方法和原理。依照教材所提出的要点，本单元的大概念是以能量为核心要素，聚焦“能量是驱动世界运转的关键力量”，引导学生结合实际生活案例，辨认何为能量，解析能量的多样表现形式，研究能量转化及其控制的方法。明确学科大概念后，教师可以围绕大概念设计大单元项目式学习活动，引导学生在真实情境中探究科学问题，运用所学知识解决实际问题，提升科学素养和综合能力。

二、依据大概念和学情，设定项目主题及学习目标

（一）选择合适的项目主题

大单元项目以大概念为统领，能够帮助学生在项目式学习活动中构建系统的知识体系。教师应依据大概念和学生的实际情况，设定符合其认知水平和兴趣爱好的项目主题和学习目标，确保项目主题既符合课程标准，又能激发学生的探究欲望和学习动力。冀教版科学六年级上册第二单元的大概念以能量为核心，引导学生系统了解什么是能量，帮助学生认识生活中的能量及其转化和控制。六年级学生对周边世界的好奇与求知欲望日益增强，对科学领域表现出浓厚兴趣，具备动手实践和执行实验活动的基本能力。基于教情和学情，教师设定了由学生担任小小工程师制作并改良电磁起重机的项目，培养学生的实验探究精神和动手实践能力。

（二）科学整合学习目标

在小学科学项目式学习中，教师应将知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观等多个维度的学习目标紧密结合，确保这些目标紧密围绕大概念和项目主题展开，从而实现概念到目标的转化。教师以“制作并改良电磁起重机”项目为核心，紧密联系单元大概念来设定以下学习目标：目标1，培养学生树立科学的思维方式，锻炼解决问题的能力，让学生理解电磁铁的工作原理，掌握电磁铁的制作方法，以及电磁起重机的基本构造和操作方法；目标2，让学生身临其境地体验科学探究过程，吸收科学常识，设计并制作电磁起重机模型，享受科学探究带来的乐趣，逐步理解能量的内涵，学会从能量转化角度考虑和思考问题；目标3，持续对学生进行学习指导，引导学生分析事物间的因果联系，测试和改良电磁起重机，学会运用科学探究的方法解决实际问题；目标4，通过制作并改良电磁起重机，培养学生的团队协作精神与沟通交流能力，以及勇于尝试、不怕失败的精神。通过明确的学习目标，学生可以清晰地知道自己在项目式学习中需要达到的标准和要求，从而有针对性地开展学习和探究活动。

（三）合理设计项目框架

为了更好地实施大单元项目，将主项目拆分成一系列子项目，能够帮助学生更好地理解项目的整体框架和各个任务之间的联系，降低学习难度，使项目实施具备可操作性。每个子项目都聚焦特定的科学问题或技能点，让学生在逐个攻克的过程中逐步积累知识和经验。教师将“制作并改良电磁起重机”项目分成制作简易的电磁起重机和改良电磁起重机两个主线项目，其中围绕改良电磁起重机的主线任务中有改进磁力大小、增加工作时间、增强工作性能三个问题（如图1）。通过各个项目学习任务的完成，学生能够深入理解和掌握电磁学的知识，还能在实践中锻炼问题解决能力、团队协作能力和创新思维，为未来的学习奠定坚实基础。

大概念作为科学知识的核心要素，能够促进学生对科学现象和规律的宏观理解，构建系统的科学认知体系。教师紧扣大概念设计项目框架，设计富有挑战性、趣味性和实践性的项目任务，形成一个既具逻辑性又具连贯性的学习路径。通过循序渐进、层层深入的学习流程，学生能够逐步深入探究科学问题，锻炼思维能力，培养问题解决能力，从而在项目式学习中获得成长和发展。

三、开展项目式学习活动，制作项目学习成果

（一）联系现实生活，创设任务情境

《2022年版科学课标》提出，教师应重视创设学习任务情境，以现实生活中的实际案例引导学生广泛、深入地参与学习。在项目实施的过程中，教师始终坚持情境化问题解决的教学方式，设计有层次的驱动性问题，引导学生带着问题进行深度学习［4］。

学生学习了冀教版科学六年级上册第二单元后，教师播放视频《淘气卡车》，吸引学生的注意力。学生发现淘气卡车的“手掌”就是一个简易的电磁起重机。此时，教师提出情境化问题“假如你是一个工程师，你能制作并改良一个简易的电磁起重机，为我们的生活服务吗？电磁起重机是如何实现能量的转化和控制的？”，激发学生动手做一做的兴趣。教师创设任务情境，将学习活动与生活实际联系起来，把学生置于熟悉的生活情境当中。学生在任务驱动下，尝试从不同的情境中内化解决问题的规则和方法，促进知识之间的迁移运用，进而层层深入完成项目学习活动。

（二）网络搜集资料，设计实施方案

在问题驱动下，学生思考制作一个简易的电磁起重机需要解决的问题：一是电磁起重机的工作原理和基本构造；二是制作简易的电磁起重机需要用到的材料。学生在教师和家长的帮助下，通过网络调查搜集资料，获取电磁铁的工作原理、电磁起重机的电路和机械结构等关键信息，为设计实施方案提供理论支撑。

设计实施方案是一个系统的学习过程，涉及将学习目标、实施策略、材料资源等要素进行整合，以确保项目或任务能够顺利执行并达成预期成果。在资料搜集的基础上，教师指导学生设计实施方案：首先，明确制作目标和所需材料，列出详细的制作步骤；其次，根据电磁铁的工作原理，设计电磁起重机的电路和机械结构，确保电磁起重机能够正常工作。经过设计方案、前期研究、材料收集（乐高）等方面的准备，项目学习小组合作完成简易的电磁起重机的工艺流程（如图2）。

（三）初步制作简易的电磁起重机

学生根据制作简易电磁起重机的工艺流程，以平衡性、承重性、牢固性这三点作为评判电磁起重机制作的标准，用合适的材料制作出一个简易的电磁起重机模型（如图3）。在制作过程中，学生亲手操作，学会了如何将理论知识转化为实践成果，培养了创新思维和动手能力。各小组制作完成后，教师让学生尝试操作简易的电磁起重机，讨论发现的问题。

师：同学们，经过操作简易的电磁起重机，你们发现了哪些问题呢？

生1：我发现电磁起重机灵活性不足。

生2：我发现电磁起重机的磁力不够，能吸附的铁制物品不多。

生3：我发现电磁起重机的工作时间不长，很快就没电了。

生4：我还有发现，由于电磁起重机功率过大，线路出现短路，不能及时检测故障。

最后，教师引导学生梳理发现的问题，围绕改进磁力大小、增加工作时间、增强机器的移动能力、精确拾取能力等问题展开探究。从明确项目到设计方案，再到制作简易的电磁起重机，学生在教师的问题引导下，科学观念得以树立，科学思维得到培养。

四、解决实际问题，完善项目学习成果

在小学科学项目式学习中，解决实际问题并完善项目学习成果是提升学生学习能力和创新思维的关键环节。面对实际问题，教师应充分发挥主导作用，引导学生寻找解决方案，以完善项目学习成果。学生操作简易的电磁起重机后，会发现一些实际问题和不足。针对这些问题，学生需要重新审视设计方案，运用所学知识，结合实际操作经验，进行深入的探究和思考，对简易电磁起重机进行改良（如表1）。例如，可以通过增加铜线缠绕圈数、优化电路结构、加固起重机支架等方式，改进电磁起重机的性能。

（一）增强电磁起重机的磁力

针对需要解决的问题，项目学习小组提出猜想：可通过增强电磁铁磁力去改良电磁起重机。于是学生在教师的引导下，分两种情况选取材料去验证猜想。第一种情况是改变电磁铁线圈匝数，选取30匝线圈、50匝线圈、一节电池、铁钉、若干大头针等材料进行实验探究。学生将电磁铁通电后，发现电磁铁能吸附起大头针，电能可以转化为磁能。学生将30匝线圈更换为50匝线圈，通电后电磁铁能吸附起的大头针数量较多，于是得出如下结论：在其他条件不变的情况之下，增加线圈匝数，匝数越多，电磁铁的磁力越强。第二种情况是改变电池的节数，选取一节电池、两节电池、30匝线圈等材料进行实验探究。学生经过实验后得出如下结论：在其他条件不变的情况下，电池节数越多，电磁铁吸附起的大头针越多，磁力越强。学生由此得出启发，电磁铁的磁力强弱与线圈匝数、电流大小有关。那么，就可以利用增加线圈匝数或者增加电池节数，来增强电磁起重机的磁力。

（二）增加电磁起重机的工作时间

要想改良电磁起重机，需要增加起重机的工作时间，学生就此问题进行激烈的讨论。学生在教师的引导下，回顾科学四年级上册“让小灯泡亮起来”的知识，提出：“我们可以给电磁起重机加上一个小灯泡，让电磁起重机在夜间也可以工作，增加电磁起重机的工作时间。”小组交流讨论后，学生进行以下操作：给起重机加上一个小灯泡，用二极管串联电磁铁来完成电路检测的功能，这样既可以检测电路又可以节约用电；另外设置一条新的线路，作为夜间照明的功能。如此，增加了电磁起重机的工作时间。

（三）增强电磁起重机工作时的灵活性和准确性

学生是课堂的主体，教师起到引导的作用。针对增强电磁起重机工作时的灵活性和准确性这一问题，教师依旧让学生进行深入探讨。学生讨论后得出下面的结论：必须增强电磁起重机的移动能力和精确拾取能力。此前，学生已经通过实验探究液压与气压的工作原理，以及轮盘传动和起重机搭建设计。因此，学生利用所学知识，绘制出起重机灵活性改良方案的思维导图。在思维导图中展示了电磁起重机的工作效能、机器灵活性的改良流程。根据思维导图，学生再次进行组装，制作完成改良版电磁起重机（如图4），继而进行项目学习成果展示。

通过不断的尝试和调整，学生成功地解决了实际问题，改良了电磁起重机的性能，最终完善了自己的项目学习成果，实现了从理论到实践的转化。学生深刻体会到，项目式学习不仅是一个获取、巩固知识的过程，而且是一个锻炼实践能力、团队协作能力和解决问题能力的过程。

五、建立科学的评价机制和量表，保障教学质量及学习效果

建立科学的评价机制和量表是小学科学项目式学习活动的重要环节。评价机制应涵盖知识掌握、技能运用、思维创新、团队合作等多个维度，以全面评价学生在项目式学习活动中的表现，激励学生不断进步，提升学习效果。自评与他评相结合的评价机制以及具体的评价标准和方法，可以帮助学生反思自己的学习过程，明晰自身在项目中的表现、进步和存在的问题，及时调整策略完善自身的学习，提升自我学习品质。同时，科学的评价机制和量表也有助于教师全面、客观地了解学生在项目式学习活动中的表现，从而有针对性地给予指导和反馈，为后续的教学提供有力的支持。教师根据评价结果调整教学策略，优化教学流程，确保项目式学习活动更加符合学生的学习需求和发展特点。

经过多年的教学实践和经验积累，教师应以具体的项目内容建立自评与他评相结合的评价机制，设计相关的评价量表（如表2），从多个维度综合评价学生在项目式学习活动中的表现。

正面的评价能够激发学生的学习兴趣，使学生更加主动地参与项目式学习活动。当学生看到自己的努力和成果得到认可时，会产生强烈的成就感和自信心，从而增强学习动机。同时，评价有助于培养学生的自主学习能力，促进学生反思学习过程中的不足之处，不断优化学习策略，提高学习效率。因此，在项目式学习活动中，教师应科学合理地设计评价方案和实施评价，充分发挥评价在促进学生全面发展中的积极作用。

总之，大概念视域下的大单元项目式学习对小学科学教师而言是一项颇具挑战性的任务。教师需要深刻阐释课程标准和教材内容，筛选出核心概念，围绕大概念设计出与学生生活紧密结合的项目式学习活动，确保这些活动既能体现课程单元的共性也能彰显学生的学习个性。学生在完成项目任务的过程中，学会了如何分析问题、解决问题，以及如何将所学知识运用于实际情境，提升自主学习能力和团队合作能力，促进科学核心素养的发展。

参考文献

［1］王振兴.让儿童在游戏中学习：小学语文游戏化教学的思考与实践［J］.家长，2024（17）：120-122.

［2］马兴伟，马丽娟，王春，等.大概念统领下跨学科实践活动设计研究：以“调查家用燃料的变迁与合理使用”为例［J］.中学化学教学参考，2024（17）：24-27.

［3］徐晨来，高翔.大概念统摄的小学科学课程设计与实施探新［J］.课程·教材·教法，2024，44（6）：122-128.

［4］邓海英，张智.核心素养视域下的初中化学跨学科项目式学习的设计与实施：以“模拟自来水厂净水器的制作”为例［J］.广西教育，2023（1）：51-54.

注：本文系广西教育科学“十四五”规划2023年度课题“中美两国小学科学教科书比较研究”（2023ZJY746）的阶段研究成果。

（责编 韦榕峰）

作者简介：陆灿新，1999年生，广西玉林人，本科，二级教师，主要研究方向为小学科学教学；陈明斌，1974年生，广西玉林人，本科，高级教师，主要研究方向为小学教育管理。