小學(xué)科學(xué)大概念教學(xué)的困境和應(yīng)對(duì)

摘要 科學(xué)大概念有助于學(xué)生獲得一個(gè)結(jié)構(gòu)完整、互相聯(lián)系的科學(xué)世界圖景，但從教學(xué)實(shí)踐層面來(lái)看，教師提煉科學(xué)大概念的能力不足，大量表層性知識(shí)對(duì)學(xué)生的干擾，課堂教學(xué)方式的單一，對(duì)知識(shí)教學(xué)認(rèn)識(shí)的偏頗等因素影響了科學(xué)大概念教學(xué)的有效實(shí)施。因此，采用構(gòu)建概念全景圖，關(guān)注學(xué)生概念轉(zhuǎn)變，創(chuàng)設(shè)遷移情境以及滲透層級(jí)化知識(shí)等策略展開(kāi)教學(xué)設(shè)計(jì)，可以提升科學(xué)教學(xué)的大局觀、精準(zhǔn)化和深度感。

關(guān)? 鍵? 詞 小學(xué)科學(xué) 大概念教學(xué) 科學(xué)探究 知識(shí)教學(xué) 全景圖

引用格式 許春良.小學(xué)科學(xué)大概念教學(xué)的困境和應(yīng)對(duì)[J].教學(xué)與管理，2022（32）：.57-60

最新頒布的《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》倡導(dǎo)“聚焦核心概念，精選課程內(nèi)容”，圍繞學(xué)科核心概念對(duì)義務(wù)教育階段所有學(xué)生都應(yīng)該掌握的科學(xué)課程核心內(nèi)容加以統(tǒng)整和安排，最終落實(shí)科學(xué)觀念、科學(xué)思維、探究實(shí)踐和態(tài)度責(zé)任等科學(xué)課程核心素養(yǎng)的培養(yǎng)目標(biāo)。這種以大概念統(tǒng)領(lǐng)課程內(nèi)容的設(shè)計(jì)思路，既考慮了小學(xué)生的年齡特征與認(rèn)知特點(diǎn)，又能夠幫助教師準(zhǔn)確把握教學(xué)目標(biāo)和核心內(nèi)容。科學(xué)大概念是大概念在科學(xué)課程領(lǐng)域的具體表現(xiàn)。和一般的科學(xué)概念相比，科學(xué)大概念具有兩個(gè)最核心的特征。一是具有抽象性。科學(xué)大概念并不直接從某個(gè)具體的事實(shí)問(wèn)題中產(chǎn)生，它指向的是具體科學(xué)知識(shí)背后的核心內(nèi)容，是一種更具抽象水平、更具有普適意義的概括性表達(dá)。二是具有整合性。作為一種認(rèn)知工具，科學(xué)大概念具備整合的能力，它能把不同的知識(shí)片段連接起來(lái)，讓學(xué)生具備應(yīng)用和遷移能力，使不熟悉的概念看起來(lái)更熟悉。

一、科學(xué)大概念教學(xué)的困境解析

自美國(guó)學(xué)者蘭斯福德等對(duì)1970年以來(lái)學(xué)校教育過(guò)于強(qiáng)調(diào)記憶而非理解的教學(xué)行為提出嚴(yán)厲的批評(píng)以來(lái)，改變純粹的科學(xué)知識(shí)傳授、倡導(dǎo)知識(shí)技能的遷移、重視科學(xué)大概念的教學(xué)成為各國(guó)科學(xué)教育改革的具體目標(biāo)。從當(dāng)下的教育現(xiàn)狀來(lái)看，科學(xué)大概念教學(xué)仍然任重道遠(yuǎn)。

1.教師缺乏提煉科學(xué)大概念的基本能力

與單純的知識(shí)點(diǎn)相比，科學(xué)大概念是對(duì)分布在各冊(cè)教材中諸多知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行識(shí)記、對(duì)比、抽象、歸納后形成的一種高級(jí)成果，這無(wú)疑對(duì)教師的教學(xué)設(shè)計(jì)能力提出了更高的要求。正是因?yàn)槿狈慕滩膬?nèi)容中提煉科學(xué)大概念的能力，導(dǎo)致教師把課堂中的科學(xué)探究活動(dòng)指向某個(gè)具體的科學(xué)事實(shí)和科學(xué)知識(shí)，從而無(wú)法實(shí)現(xiàn)更高水平的概念整合。由此可見(jiàn)，提煉并明晰科學(xué)大概念是進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)的前提，它能夠幫助教師合理地選擇知識(shí)內(nèi)容、科學(xué)地安排學(xué)習(xí)順序，讓教學(xué)擺脫“只見(jiàn)樹(shù)木，不見(jiàn)森林”的局限性。

2.學(xué)生受到大量表層性知識(shí)的干擾

科學(xué)大概念并非由眾多小概念堆積而成，它反映的是科學(xué)領(lǐng)域更隱蔽、更本質(zhì)、更普遍的規(guī)律和原理。學(xué)生在正式入學(xué)之前便能夠通過(guò)聽(tīng)講、觀察、電視、閱讀等途徑獲得大量的表層性知識(shí)。入學(xué)階段的科學(xué)學(xué)習(xí)雖能讓學(xué)生的科學(xué)知識(shí)在數(shù)量維度上不斷增加，但這些知識(shí)之間并不會(huì)自動(dòng)排列，有時(shí)還會(huì)產(chǎn)生沖突，這反而會(huì)阻礙知識(shí)的結(jié)構(gòu)化過(guò)程。“要想獲得一個(gè)學(xué)科的核心大概念有時(shí)會(huì)非常緩慢，學(xué)生需要通過(guò)教師引導(dǎo)的探究學(xué)習(xí)和反思才能獲得。”[1]如何讓零散的科學(xué)知識(shí)慢慢進(jìn)展到更為適用的科學(xué)大概念，就必須關(guān)注學(xué)生頭腦中個(gè)人的獨(dú)特經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)結(jié)構(gòu)，并設(shè)計(jì)相應(yīng)的教學(xué)活動(dòng)給予他們幫助。

3.課堂以科學(xué)探究代替所有的學(xué)習(xí)方式

科學(xué)課上采用探究式學(xué)習(xí)能夠讓學(xué)生緊緊圍繞某個(gè)科學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行觀察、解釋，形成較為完整的思維過(guò)程。然而僅有科學(xué)探究是不夠的，教師還需要考慮學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)成就等因素，把他們引導(dǎo)到其他有遷移價(jià)值的學(xué)習(xí)問(wèn)題上。這些問(wèn)題可以是基于真實(shí)生活情境的，也可以是能調(diào)動(dòng)學(xué)生興奮感的，還可以是能幫助其理解和拓展所學(xué)知識(shí)的，比如通過(guò)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)能夠讓學(xué)生獲得豐富的學(xué)習(xí)經(jīng)歷，幫助他們從有聯(lián)系的連貫性活動(dòng)中慢慢建構(gòu)科學(xué)大概念。

4.因誤解知識(shí)教學(xué)而產(chǎn)生“因噎廢食”

基于課程標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)的科學(xué)教材并不直接呈現(xiàn)文本化的科學(xué)知識(shí)，取而代之的是觀察、測(cè)量、討論、交流、解釋等過(guò)程性學(xué)習(xí)活動(dòng)，這也導(dǎo)致教師在教授科學(xué)知識(shí)時(shí)畏手畏腳，無(wú)所適從。“無(wú)視知識(shí)的多維屬性，輕視知識(shí)自身的發(fā)生邏輯，離開(kāi)知識(shí)談?wù)撜n程和教學(xué)，淡化知識(shí)與人的發(fā)展關(guān)系及其對(duì)人的素養(yǎng)發(fā)展的價(jià)值關(guān)聯(lián)，都是非常危險(xiǎn)的。”[2]從本質(zhì)上講，科學(xué)大概念也是一種知識(shí)，教師在教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)把科學(xué)知識(shí)教活、教透，讓學(xué)生真正理解知識(shí)背后的產(chǎn)生邏輯，打通知識(shí)和知識(shí)之間的內(nèi)在聯(lián)系通道，為科學(xué)大概念的形成掃除障礙。

二、促進(jìn)科學(xué)大概念教學(xué)的策略

圍繞大概念進(jìn)行單元整體教學(xué)和設(shè)計(jì)是當(dāng)前基礎(chǔ)教育研究的一個(gè)熱點(diǎn)。教師在設(shè)計(jì)單節(jié)課的時(shí)候，大概念同樣是教學(xué)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。理解和把握科學(xué)大概念的特征及形成模式，有助于教師從紛繁復(fù)雜的課程內(nèi)容中分離出不必要的細(xì)節(jié)，有效提升單節(jié)課教學(xué)設(shè)計(jì)的大局觀、精準(zhǔn)化和深度感。

1.建構(gòu)科學(xué)大概念的全景圖

美國(guó)科學(xué)促進(jìn)協(xié)會(huì)認(rèn)為科學(xué)素養(yǎng)不應(yīng)視作支離破碎的信息及毫不相干的技能的簡(jiǎn)單集合，而應(yīng)是一個(gè)內(nèi)容豐富、技能與觀點(diǎn)可以相互支撐的架構(gòu)。在著名的“2061計(jì)劃”叢書(shū)之《科學(xué)素養(yǎng)的導(dǎo)航圖》中詳細(xì)描繪了49個(gè)較為完善的、相互連接的概念進(jìn)展圖，旨在讓教師明白那些學(xué)生在不同年級(jí)乃至不同學(xué)科中學(xué)到的技能和知識(shí)是如何相互作用的。這種呈現(xiàn)科學(xué)大概念進(jìn)展的方法被稱為全景圖法，它通常從課程與教學(xué)視角出發(fā)，基于已有研究、課程文件以及社會(huì)預(yù)期，使用概念陳述形式呈現(xiàn)科學(xué)大概念逐步發(fā)展的進(jìn)程，通過(guò)邏輯分析找出較為復(fù)雜的科學(xué)大概念是由哪些較為簡(jiǎn)單的子概念開(kāi)始建構(gòu)的，逐步擴(kuò)展為科學(xué)大概念的基本概況和圖景[3]。

以蘇教版科學(xué)教材三年級(jí)上冊(cè)“把鹽放到水里”一課為例，教師有必要站在科學(xué)大概念的高度，對(duì)本節(jié)課所涉及的眾多內(nèi)容進(jìn)行梳理，繪制圖1所示的與本課教學(xué)活動(dòng)相關(guān)的概念全景圖，其中加粗字體顯示內(nèi)容與本課中的教學(xué)活動(dòng)直接相關(guān)。

根據(jù)這張概念全景圖不難發(fā)現(xiàn)，課堂中學(xué)生通過(guò)探究活動(dòng)所觀察到的眾多科學(xué)事實(shí)是形成一般科學(xué)概念的起點(diǎn)，一般科學(xué)概念是形成科學(xué)大概念的中介，而科學(xué)大概念是教師進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)的應(yīng)有站位（見(jiàn)表1）。概念全景圖的建立就像一部導(dǎo)航儀，它讓教師有更高的教學(xué)站位，有效提升教學(xué)設(shè)計(jì)的大局觀，從容不迫地幫助學(xué)生找到通向科學(xué)大概念的學(xué)習(xí)路徑。

2.關(guān)注學(xué)生的概念轉(zhuǎn)變過(guò)程

一些心理學(xué)研究成果揭示兒童對(duì)某些科學(xué)理論的認(rèn)知是與生俱來(lái)的，如物體不可能無(wú)緣無(wú)故消失，一個(gè)有固定形狀的物體在不造成破壞的前提下不可能穿過(guò)另一個(gè)類似的物體等等。隨著學(xué)生生活經(jīng)驗(yàn)的積累和思維能力的增強(qiáng)，他們會(huì)對(duì)這些理論雛形不斷進(jìn)行改造。

以蘇教版科學(xué)教材五年級(jí)下冊(cè)“地球的運(yùn)動(dòng)”單元為例，學(xué)生頭腦中就有很多種不同的前科學(xué)概念（見(jiàn)表2），從中不難發(fā)現(xiàn)，學(xué)生的前科學(xué)概念和目標(biāo)概念之間大體呈現(xiàn)三種樣態(tài)：一是隔離，即兩種概念之間存在差距甚至互相沖突；二是相交，即兩種概念在某些方面存在共通之處，但在某些方面又是相隔離的，因此不夠全面；三是包含，即前科學(xué)概念基本正確，但適用范圍比較狹小，尚未抽象到科學(xué)概念的高度。在正式的科學(xué)學(xué)習(xí)發(fā)生時(shí)，這些不同樣態(tài)的前科學(xué)概念往往會(huì)和教師所教學(xué)的科學(xué)知識(shí)產(chǎn)生對(duì)接和碰撞，教師需要通過(guò)畫(huà)圖法、談話法、問(wèn)卷法等方式了解學(xué)生是如何看待太陽(yáng)東升西落、晝夜交替等自然現(xiàn)象的，以便有針對(duì)性地把學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)和背景納入教學(xué)設(shè)計(jì)視野，在調(diào)動(dòng)學(xué)生科學(xué)學(xué)習(xí)積極性和好奇感的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)定位和活動(dòng)內(nèi)容指向的精準(zhǔn)化，為學(xué)生科學(xué)大概念的形成掃除認(rèn)知障礙。

3.創(chuàng)設(shè)高水平遷移的發(fā)生情境

能否將所學(xué)的知識(shí)和技能運(yùn)用到學(xué)習(xí)案例之外的情境之中，是判斷學(xué)生是否真正學(xué)會(huì)的一個(gè)重要評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。低水平遷移發(fā)生在新情境與原始學(xué)習(xí)情境極為相似的情況下，表現(xiàn)為從“具體—具體”的遷移特征。高水平遷移則發(fā)生在新事物和所學(xué)案例相異的情境之中，表現(xiàn)為“具體—抽象—具體”的遷移特征。教師在進(jìn)行科學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，要巧妙創(chuàng)設(shè)一些原理相同、表現(xiàn)不同的學(xué)習(xí)情境，引導(dǎo)學(xué)生找到不同現(xiàn)象背后所隱藏的共同原理，讓所學(xué)的新概念具有更大的適用范圍，以利于新概念更牢固地融入到原有的概念體系中。

以蘇教版科學(xué)教材五年級(jí)下冊(cè)“撬重物的竅門”一課為例。在利用平衡尺和鉤碼探究杠桿省力的秘密之后，教師讓學(xué)生繼續(xù)猜測(cè)如何讓體重不同的同學(xué)玩蹺蹺板游戲并作出相應(yīng)的解釋，這是一種低水平遷移。稍高水平的遷移則是讓學(xué)生研究傳統(tǒng)的桿秤上為什么具有兩個(gè)提繩和兩套不同的刻度。如果要實(shí)現(xiàn)更高水平的遷移，教師可以讓學(xué)生建立（或回憶）起生活中扳手、剪刀、鉗子等常見(jiàn)工具的使用體驗(yàn)，從這些具體鮮活的體驗(yàn)中找到共同的力學(xué)原理，或者讓學(xué)生思考做俯臥撐時(shí)，應(yīng)該將書(shū)包放在人體的肩部還是臀部才能獲得更好的鍛煉效果，從而理解不同形態(tài)的杠桿類物體在生活中的實(shí)際應(yīng)用。再高一級(jí)水平的遷移則可以讓學(xué)生設(shè)計(jì)和建造一部投石車，在這個(gè)過(guò)程中學(xué)生除了要運(yùn)用所學(xué)的杠桿原理之外，還必須借助已有的知識(shí)選擇材料和設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，比如怎樣才能夠產(chǎn)生更大的投射力以獲得足夠的射程，如何實(shí)現(xiàn)射程的可控性變化等。這種類似項(xiàng)目化學(xué)習(xí)任務(wù)的教學(xué)設(shè)計(jì)讓學(xué)生有機(jī)會(huì)從跨學(xué)科視角去分析和解決實(shí)際問(wèn)題，同時(shí)促使科學(xué)大概念在真實(shí)情境中得以深度應(yīng)用。

4.滲透層級(jí)化的知識(shí)內(nèi)容

一個(gè)層次較高、范圍較大的學(xué)科大概念往往需要通過(guò)構(gòu)建由其統(tǒng)攝的一個(gè)或多個(gè)知識(shí)層級(jí)結(jié)構(gòu)來(lái)支撐其學(xué)習(xí)與理解[４]。從教材的直觀結(jié)構(gòu)上看，一個(gè)學(xué)科大概念往往分布于若干個(gè)單元之內(nèi)，而每個(gè)單元又需要通過(guò)若干節(jié)課中更小的科學(xué)概念作為支撐，由此形成了知識(shí)的層級(jí)結(jié)構(gòu)。問(wèn)題在于，教師習(xí)慣于在課堂中重點(diǎn)圍繞某個(gè)具體的科學(xué)事實(shí)、現(xiàn)象和知識(shí)展開(kāi)教學(xué)活動(dòng)的設(shè)計(jì)，這種扁平化的學(xué)習(xí)形態(tài)清晰地指向教學(xué)目標(biāo)，卻缺失了對(duì)科學(xué)大概念的關(guān)注。教師在教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)依據(jù)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，結(jié)合學(xué)生實(shí)際的學(xué)習(xí)能力和需求，通過(guò)上探和下展的方式確定一堂課的具體教學(xué)內(nèi)容。

上探是指引入與本課相平行的知識(shí)內(nèi)容，以便為學(xué)生以拼圖或螺旋方式形成更高層級(jí)的概念提供鋪墊和基礎(chǔ)。以蘇版科學(xué)教材五年級(jí)下冊(cè)“海豚和聲吶”一課為例。學(xué)生通過(guò)模擬海豚捕魚(yú)的活動(dòng)，知道并理解海豚是如何利用超聲波對(duì)周圍環(huán)境和物體進(jìn)行定位的這一科學(xué)原理。在達(dá)成這一教學(xué)目標(biāo)之外，教師可以引入除超聲波之外的聲波、電磁波、水波、地震波等生活中比較常見(jiàn)的“波”，通過(guò)觀看圖片、視頻和回憶等方式知道各種“波”都可以被用來(lái)探測(cè)周圍環(huán)境和物體，從而建構(gòu)起從特指的“超聲波”到更為普遍的“波”這一抽象和上層的科學(xué)概念。

下展是指將低一層級(jí)的知識(shí)內(nèi)容重現(xiàn)于課堂之中，以便于學(xué)生順暢、靈活地理解本課的目標(biāo)概念。任何一個(gè)科學(xué)概念的形成都是在抽象程度相對(duì)較低、適用范圍相對(duì)較小的概念支撐下逐步完成的。比如在研究光的色散現(xiàn)象時(shí)，教師讓學(xué)生描述太陽(yáng)光穿過(guò)三棱鏡后形成的彩色光帶，從而得知太陽(yáng)光中包含不同顏色的光。這一科學(xué)概念的獲得就需要更低層級(jí)的科學(xué)概念作為支撐，包括光進(jìn)入眼睛能使人們看到光源或該物體；知道光在空氣中沿直線傳播；知道光遇到物體會(huì)發(fā)生反射或折射現(xiàn)象，光的傳播方向會(huì)發(fā)生改變等等。需要指出的是，基本教學(xué)目標(biāo)之外的知識(shí)層級(jí)并不是越多越好，這取決于教師的知識(shí)儲(chǔ)備、學(xué)生的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)以及教學(xué)的實(shí)際需要。

科學(xué)大概念的形成不是一蹴而就的，學(xué)生需要通過(guò)不間斷地學(xué)習(xí)積累和持續(xù)反思才能達(dá)成理解和內(nèi)化。這意味著教師要約束好自己的勃勃雄心，警惕科學(xué)大概念教學(xué)的顯性化和灌輸化現(xiàn)象，尤其是要把握好學(xué)習(xí)任務(wù)的難度，以免把教學(xué)引向貼標(biāo)簽式的不良狀態(tài)。

參考文獻(xiàn)

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[４] 鄧靖武.大概念統(tǒng)攝下的物理單元知識(shí)結(jié)構(gòu)構(gòu)建及教學(xué)探討[J].課程·教材·教法，2021，41（01）：118-124.

［責(zé)任編輯：陳國(guó)慶］