小學科學主要概念進階設計研究

楊新瑞

《義務教育科學課程標準（2022年版）》（以下簡稱《課標》）提出，科學素養的形成是長期的，只有通過連貫、進階的科學學習與躬行實踐才能達成。因此，精準把握科學概念學習進階，能使教師明確教學順序和強度，減輕學生負擔。在基于學習進階的教學調查中，筆者發現，小學科學教師已經知曉許多關于進階起點及學情研究策略，但因學習進階終點在《課標》中有明確規定，所以教師刻畫學習進階中間水平難度較大，即刻畫某個科學概念發展路徑中的關鍵層級的難度較大。本文重點研究刻畫科學概念在某個學段內或年級內學生學習的進階中間水平，設計基于學生認知發展水平的科學概念進階層級。

借助圖示，定位科學概念在知識體系中的位置和作用

科學概念結構圖可以幫助學生進行單元梳理，建構知識體系、技能鏈條，形成獨特的思維模式。教師設計學習進階方案前要考慮不同學段、不同領域科學概念間的相互關系，明晰不同學段的科學概念結構，使學生的學習進程更趨向核心素養提升。在確定不同學段科學概念結構時，通常采用逐級法和全景圖法，或者將兩種方法融合使用。以小學《科學》二年級上冊第三單元“磁針與南北”單元為例，《課標》要求學生本單元掌握的科學概念包括：指南針中的小磁針是磁鐵，可以用來指示南北;磁鐵總是同時存在兩個不同磁極;相同的磁極相斥，不同的磁極相吸等。

首先，筆者從應達成的學習目標中提煉本單元科學概念關鍵詞，尋找概念間的關系，完成單元知識結構圖的構建。其次，筆者以陳述的方式，分課撰寫課時主要科學概念教案。如第一課“磁鐵有兩極”隸屬物質科學領域，學生在教師的指導下設計對比實驗并觀察磁鐵不同位置的磁性強弱。再次，筆者引導學生探索摔斷的磁鐵、不同形狀的磁鐵是否也同時存在兩個磁極，進一步充實“磁極”這一概念。最后，結合《課標》、學生實際理解程度及后續學習需要，筆者總結本課科學概念，即“磁鐵總是同時存在兩個不同磁極——南極和北極”。

分析科學概念發展進程，尋找關聯概念

定位科學概念在知識體系中的位置和作用是設計學習進階方案的前提。分析科學概念發展進程，尋找關聯科學概念則是設計學習進階的基礎。筆者站在認知心理學的角度，從目標科學概念著手，分析目標科學概念的內涵、發展進程，尋找支撐建構目標科學概念的關聯概念，并在連貫、進階的科學概念建構中，精準引導學生科學思維、探究實踐，提升其科學核心素養。需要注意的是，教師要盡可能多地找到關聯概念。以“磁針與南北”單元為例，本單元的主要科學概念是“磁鐵有磁性，可對某些物體產生作用”。其關聯概念的分析如表1所示。

依據學情，把握關聯概念邏輯關系

學生對科學概念的建構，是從簡單到復雜、從淺顯到深入的漸進過程。因此，在刻畫學習進階的中間水平時，教師要依據學情及教學經驗，把握關聯概念間的邏輯關系，厘清概念發展順序，將關聯概念按從易到難或從低到高的順序進行排序，依據刻畫學習進階關鍵節點的五個層級，對關聯概念進行補充解釋和完善，確定進階途徑，如表2所示。

通過對二年級學生前測試卷和訪談反饋數據進行分析，筆者發現，學生在進行“磁針與南北”單元學習之前，已能識別多種形狀的磁鐵，對磁鐵性質有初步了解，但往往停留在用顏色來發現規律的淺層思維上（相同顏色相互排斥，不同顏色相互吸引）。因此，筆者依據學習進階終點不低于《課標》相關學段要求的原則，將學習進階終點確定為：磁鐵總是同時存在兩個不同的磁極，相同的磁極相斥，不同的磁極相吸。

預期課時學習表現，及時評價修正

在明晰學段內、年級內、單元內學生對目標科學概念的理解水平之后，筆者結合發展該概念所需的能力發展路徑，預期學生在課時學習過程中的行為表現或思維水平，設計課時學習進階方案，及時調整教學。依據修正完善后的學習進階方案，本課時的學習按以下流程進行：游戲體驗，條形磁鐵兩端磁性最強—懸掛回形針，比較磁鐵不同位置磁性強弱，搜集證據—利用不同方法，驗證條形磁鐵兩端磁性最強—利用不同形狀磁鐵，持續探索磁鐵不同位置磁性強弱—理解磁鐵總是同時存在兩個不同磁極。

需要說明的是，在刻畫某一科學概念在某一年級段內學生所能達成的學習進階時，需注意這只是教師依據個人教學經驗，遵循一定的素養形成邏輯而預先設計的，不是必須依照五個層級進行設計。我們應認可學生在科學概念發展過程中采用的其他思維路徑，只要能獲取對目標科學概念的科學理解即可。

合理的學習進階設計是個性的，過程是復雜的，往往是多個因素交互作用的結果。本文提出的刻畫科學概念學習進階中間水平的策略和建議僅是一個探索性的嘗試，還需要進一步豐富和發展，以及科學的實證研究支撐，這些都是后續研究中亟待解決的問題。

（本文系2020年度河南省基礎教育教學研究室重點課題“基于學習進階的小學科學重要概念教學實踐研究”的成果。課題編號：JCJYB20220020）

（責編 桑 濤）