以大概念的理念開展項目教學促進學生探究能力發展

一、科學教育大概念的提出

1.培養兒童對周圍事物的知情和正確決策。

科學技術的發展顛覆性地改變了科學技術與社會、科學技術與人之間的關系。為了培養學生的創新能力，探究式科學學習成為兒童學習科學的主要方式。對兒童學習科學的內容如何選擇，如何學習科學，也是國際科學家們一直研究的熱點問題。大概念的重要特點是明確提出科學教育的目的：培養知情的決策者，使學生具有進行正確決策的知識基礎和能力。

2.在科學教育中需要大概念。

學生從小學到中學，他們學的科學概念變得越來越抽象。在學習科學的進程中，學生需要逐漸去掌握一些更為廣泛的概念。如果這些概念的建立不能被追溯和連接到更為具體的經驗，那么學生對這些概念的理解就會越來越困難。

在小學，科學活動一般是從周圍的物體和事件開始的，教師力圖使課堂內容引起學生的興趣，為的是給學生真實的感受。教師對科學學習內容應慎重選擇，使這些內容不僅在后續的學習中有延續性，而且對學生的一生都有用。

在構思科學教育的目標時，在知識方面不是堆砌一堆事實和理論，而是用趨向于核心概念的一個進展過程來表述。這些核心概念及進程可以幫助小學生理解生活中的事件和現象。我們把這些概念稱為科學上的大概念。科學大概念是有組織、有結構的科學知識和模型。掌握概念和建立模型會影響決策判斷力和創新能力。

二、在科學教育中將小概念發展到大概念

從兒童早期對他們周圍的物體和事件的探索開始，如何將科學的大概念與自然界的相關事件相聯系？在了解周圍的世界時，物體的存在和因果關系這兩個概念很重要，這個概念需要長時間形成。以兒童進校前形成的概念作為起點，在學校將它從較小概念進展到較大概念，教師會依據概念本身的特性，引導概念進展。

學生試圖理解新的經驗時，不管是在課堂內還是在課堂外，都是從他們已有的經驗出發，將概念連接到新的經驗，并且測試它是否有助于解釋新的經驗，這時概念就“長大”了。在科學探究中，若用一個可能有用的前概念預期，這個預期又符合來自新經驗的證據，這個概念就會變得略大些，可解釋較大范圍的現象。例如，從特定的物體能夠在水中有不同的溶解性進展到有關溶解的大概念。在某個階段，學生在各方向上能夠進展到什么程度，取決于不同的學習背景。

三、教師創設教學環境，以大概念的理念開展項目教學

用項目進行教學。項目學習方式可以提供真實世界的情境，目的在于使其與學習活動相關聯，圍繞大概念（big ideas）整合高級思維，促使學生積極參與學習過程。項目學習以課程標準為基礎，以問題為引領，以案例為載體，以培養學生21世紀技能為最終目標，為教師提供了系列化的教學設計理念和方法，引導教師在課程標準的基礎上，創建學科教學目標實現的途徑和方法，幫助教師對“基于項目的學習”這一教學設計方法和教學方式由淺入深，不斷進行系統認識和理解。

項目學習設計案例

主題：

光和影。

項目成員：

五年級學生。

項目期限：

1課時。

支架：

像電燈這樣能發光的物體稱為光源。產生影子必須要有光、遮擋物、屏。影子的長短和光的照射位置有關；影子的方向總是和光的方向相反；影子的大小變化與物體和光之間的距離有關；影子的形狀和光所照射的物體的側面的形狀有關。從不同側面照射得到的物體的影子叫投影，投影在我們生活中是很有用處的。

目標：

1.認識到事物之間的變化是有聯系的，也是有規律的。

2.在實驗觀察中養成嚴謹、細致、實事求是的態度。從童趣的游戲中發現光的奧秘，激發探索好奇心。

重點、難點：

探究影子的變化和光源、遮擋物之間的關系。

準備：

手電筒、屏、課件、拱形鐵絲、橡皮。

情境：

把學生帶入手影表演的視頻情景中，用手影表演出動植物和人之間的關系。

任務：

通過分組實驗，探究光和影之間的關系。

活動：

（一）認識光源。

1.學生做出教師出示的手影，在實驗中思考產生手影需要的條件。

2.整理認知。產生手影需要的條件：光源、遮擋物、屏。

3.總結梳理。能發光的物體叫作光源。

4.學以致用。辨別電燈、月亮、太陽、鏡子、手電筒、火柴、螢火蟲等哪些是光源。

（二 ）動手實驗，探究性質。

情景：給學生出示陽光下物體的圖片，辨別光源、遮擋物、屏。

實驗活動1：探究影子的長短和光的照射位置的關系。

1.發現影子的變化，提出科學問題。

2.推測：影子的長短和光的照射位置的關系。

3.假設：影子的長短和光的照射位置的關系。

4.小組合作實驗驗證。

5.討論、交流、記錄。

6.得出結論：陽光直射影子短，陽光斜射影子長。

實驗活動2：探究影子的大小與物體離光源的距離的關系。

情景：表演者利用光的遠近表演手影游戲視頻。

1.發現影子的變化，提出科學問題。

2.推測：影子的大小與物體距離光源的距離有關。

3.假設：影子的大小可能與物體離光源的遠近有關。

4.小組合作實驗驗證。

5.討論、交流、記錄結果。

6.得出結論：物體影子的大小與物體和光源之間的距離有關，物體離光源越近影子越大，物體離光源越遠影子越小。

實驗活動3：探究影子的形狀和光所照射的物體的側面的形狀有關。

出示情境圖，設疑：光照不同形狀的面，影子的形狀是怎樣的？

1.提出科學問題。

2.推測。

3.假設。

4.小組合作實驗驗證。

5.討論、交流、記錄結果。

6.得出結論：物體影子的形狀和光源所照射的物體側面的形狀有關。從不同側面照射得到的物體的影子就叫投影。

（三）遷移應用，概括整合。

評價。可評價的要素：

1.實驗探究。（20分）

評價方法：量規（互評+師評）。

評價指標：實驗操作是否規范、現象是否明顯。

2.任務完成情況。（30分）

評價方法：量規（互評+師評）。

評價指標：能否按照設計的方案順利完成實驗并能得出相應的結論。

3.過程合作情況。（30分）

評價方法：量規（互評+師評）。

評價指標：最終成果是否為小組成員共同努力的結果。

4.介紹探究結果時的表現。（20分）

評價方法：量規（互評+師評）。

評價指標：成果表述的規范與否及書寫是否清晰無誤。

總之，評價不僅要評價學生的學習成果，還要評價學生的學習過程及學習技巧。

成果：充分認識了光與影之間的密切關系。

出色的教學靠出色的設計，教學設計圍繞課程標準，突出學習目標。教學設計采用項目學習的方法。

《米飯、淀粉和碘酒的變化》

教學案例

魔術引入，課前活動“白紙”現字。

師：在課前我們一起來看一封神秘的信件，我請咱們班班長來拆這封信。

生：打開信件。

師：上面有什么？

生：什么也沒有。

師：老師有一瓶神仙水，咱噴噴看。

（師噴水。）

是什么？

（棒信紙）

請同學們大聲讀三遍。六二班是34小最棒的，你們有很好的班級凝聚力，班級整體成績優秀。你們有沒有信心和楊老師共同上好這節課？

師：那誰能告訴我，剛才這一現象是什么原因呢？

（根據學生回答情況給予鼓勵。）

師：今天我們一起來學習米飯、淀粉和碘酒的變化。

認識變味的米飯

師：米飯是我們的主食，我們幾乎每天在吃米飯。米飯到底是什么味道？你們想現在嘗一嘗米飯嗎？

師：請同學們品嘗桌上的米飯，嘗嘗米飯有什么味道。

師：請咀嚼一分鐘，看看有什么味道。

生：米飯變甜了。

實驗認識米飯、淀粉和碘酒

師：米飯變甜了，你們覺得最有可能是米飯中的什么發生變化了？

師：請同學們閱讀教科書30頁左側內容，在書中尋找答案。

生：（說原因。）

師：你真是一位會學習的孩子，一下就找到了答案。

師：我們口腔中的唾液讓米飯發生了變化。米飯就是在唾液的作用下變成糖（麥芽糖）。

師：再來咀嚼饅頭，饅頭是不是和米飯一樣變甜呢？

（教師分發饅頭，生品嘗。）

米飯中含有淀粉，那么饅頭中是否也含有淀粉呢？

生：（猜測。）

師：（取出一個小瓶子并問）這是碘酒，碘酒有什么用途？

生：（討論并作答。）

師：你的生活經驗真非富。

師：（用滴管吸一些碘酒滴在培養皿上。介紹碘酒是一種紅棕色的液體。）

師：在米飯上滴兩滴碘酒，會發生什么現象？

師：（演示）注意在滴碘酒時，滴管不要碰到米飯，只滴兩滴就可以了。至于現象是什么呢，請同學們自己探究。

師：（強調實驗要求。）

師：誰愿意和大家分享你們的發現？

生：米飯上滴兩滴碘酒，變成了藍色。

師：你真善于觀察，老師為你感到驕傲。

師：滴過碘酒的米飯變成了藍色。變色的原因是什么呢？

生：（說原因。）

師：你真是個善于推測的孩子，那你怎么證明你的判斷呢？

生：在淀粉上滴碘酒。

師：你真能干，會用科學的方法解決難題。米飯里面的主要成分是淀粉，淀粉是廚房里常用的烹調用品。我們用什么感官來觀察呢？

生：用眼睛看，用鼻子聞，用手摸。

師：你真有科學家的潛質！他說的方法你們聽清了嗎？那就開始你們的觀察吧！

師：誰愿意和大家分享你們的觀察結果呢？

生：淀粉是白色的粉末，用手摸起來滑滑的。

師：你的語言表達能力真好，老師應向你學習。

（在淀粉上滴兩滴碘酒，觀察出現的現象。學生實驗。）

師：淀粉加碘酒生成藍色物質。這種變化后的物質還是淀粉嗎？淀粉和碘酒的變化屬于哪一類變化？

生：化學變化。

師：你們對前面的知識掌握得很好。

淀粉的蹤跡

師：原來淀粉遇到碘酒會發生化學變化，生成的新物質是藍色的。那我們能不能利用這一特性來檢驗饅頭中是否含有淀粉呢？

（學生實驗。）

師：同學們真的很會動腦筋，懂得用科學的方法解決難題。我們平時吃的食物除了米飯、饅頭，還有很多。

師：（出示食物圖片）老師為大家準備了這么多食物樣品，這些食物中是否含有淀粉呢？應該怎樣來研究呢？

師：利用淀粉和碘酒反應時顏色會發生變化這一特性，可以檢驗一些食物中是否含有淀粉。請小組長到后面取食物樣品，小組合作實驗，完成實驗記錄單，分組匯報。

師：淀粉是植物體中貯存的養分，存在于種子和塊莖中，有些植物中的淀粉含量較高。大米中含淀粉62%～86%，小麥中含淀粉57%～75%，玉米中含淀粉65%～72%，馬鈴薯中則含淀粉12%～14%。

拓展：剛才我們利用淀粉和碘酒的化學反應尋找到了淀粉的蹤跡。淀粉和碘酒的反應有很多不同的用途，其中有一項是用來檢測假鈔。紙幣印刷技術要求高度保密，紙幣制造中會采取很多防造假措施，包括移走紙中的淀粉。制造假鈔者沒法掌握所有的印鈔技術，所以警察只要在紙幣上滴上碘酒，看看紙幣是否會變藍，出現藍色就是偽鈔。

淀粉和碘酒發生反應還有一個應用，就是用來治療碘酒中毒，人們誤食碘酒中毒后，口服淀粉就成為一個簡單易行的好辦法。

知識拓展：淀粉是一種高分子化合物，淀粉與碘酒反應的本質是生成了一種化合物，這種新的物質改變了吸收光的性能而變了色。天然的淀粉組成成分可分為兩類；直鏈淀粉和支鏈淀粉。直鏈淀粉與碘酒作用顯藍色，大米中含有直鏈淀粉，但較短的直鏈則顯紅色、棕色或黃色等不同的顏色。支鏈淀粉與碘酒作用顯紫色或紫紅色。玉米淀粉含有支鏈淀粉，所以顯紫色或紅色。

四、基于科學大概念的探究式教學，促進學生探究能力的發展

科學教育應該聚焦于科學的核心概念，需要教師更加關注對學習內容的深入理解。圍繞著大概念開展科學教育，課程內容聚焦于科學大概念，教師需根據探究的問題創設教學情境，引導學生建立新舊經驗、新舊觀點之間的聯系，學生對與大概念密切相關的問題展開探究，收集數據，進行討論，根據現有的證據逐漸建構大概念。

學生學習科學知識不是獨自孤立地進行概念的學習，而是經過探究活動，在和他人合作互動與分享的過程中獲得的。科學學習的目標是提高學生的探究能力，從科學探究活動中能夠得到什么樣的結果，取決于如何進行預測、觀察、收集和解釋數據，也就是說取決于使用的科學探究能力。這類探究能力在概念的發展中起到關鍵作用，幫助學生學會運用這種能力是科學教育的一個重要目標。因此，支持發展大概念的教學法和學習方式是能夠促進探究能力的。

備注：本文系新疆教育學院校級重點項目（JYGP201505）

作者單位：蔡萬玲、馬靈靈、董志芳、周利飛，新疆教育學院科學教育學院；楊琴玉，烏魯木齊市第二十一小學