大概念統攝下的“AI+小學科學”跨學科教學*——以“探尋四季更替的奧秘”為例

梁云真 蒲金瑩 袁書然

大概念統攝下的“AI+小學科學”跨學科教學*——以“探尋四季更替的奧秘”為例

梁云真1,2蒲金瑩2袁書然2

（1．智能教育河南省協同創新中心，河南新鄉 453007；2．河南師范大學 教育學部，河南新鄉 453007）

核心素養導向教學已成為深化課堂改革的重要課題，而將大概念作為學科錨點融入“AI+小學科學”的跨學科教學，為落實核心素養和教學改革創新注入了新動力。基于此，文章首先梳理了小學科學與大概念的相關研究成果，提出了大概念的層級結構。接著，文章以大概念為核心，以跨學科為載體，構建了大概念統攝下的“AI+小學科學”跨學科教學模式。該模式以解決真實情境下的復雜問題為重要旨歸，以KUDB教學目標、主題單元教學內容、活動鏈式教學活動、證據多元化教學評價為關鍵要素，包含創設情境、明確問題，理解探究、制定方案，實踐應用、優化完善，匯報交流、評價反思四個教學環節。隨后，文章以“探尋四季更替的奧秘”為例，闡釋了如何開展大概念統攝下的“AI+小學科學”跨學科教學，并進行了教學反思。最后，文章提出我國基于大概念開展小學科學跨學科教學的建議。文章旨在探索大概念與跨學科教學耦合的實踐途徑，為小學科學課程教學模式創新提供理論支撐與實踐指導。

大概念；跨學科教學；人工智能；小學科學；核心素養

當今世界正處于百年未有之大變局，我國實現高水平科技自立自強、建設世界科技強國的需求尤為迫切。對此，習近平總書記強調要在教育“雙減”中做好科學教育加法[1]；教育部部長懷進鵬提出要在基礎教育階段加強科學教育，以教育適應性變革融入科技創新，為建設科技強國賦能[2]；《義務教育科學課程標準（2022年版）》則強調要以培養學生核心素養為總目標，圍繞核心概念組織教學內容，以跨學科方式開展教學[3]。小學科學課程作為兒童探索自然、與現實世界建立聯系的重要渠道，具有跨學科、綜合性、實踐性。同樣，人工智能作為綜合性課程，也要注重跨學科學習[4]。但有研究發現，我國在開展人工智能和科學教育時存在學科知識離散分立、缺乏多學科知識融合的問題[5]，并且部分學校科學課程的教育內容與日常生活銜接不夠緊密，跨學科學習的連貫性、進階性、遷移性不足，這種淺層學習導致學生的遷移意識較為淡薄[6]。而大概念處于學科基本結構的中心位置，基于大概念的教學可以助力跨學科理念的落地，加大跨學科融合的深度，落實核心素養的要求[7]。基于此，本研究以大概念為統攝中心，將人工智能作為技術環境與學科知識多維度融入小學科學教學，探索融合人工智能與小學科學的跨學科教學模式，以期為實現素養導向的基礎教育教學改革與實踐提供新路徑。

一 小學科學與大概念的相關研究

1 小學科學的教學現狀

科學教育是學生了解自然、親近自然的有效途徑，而人工智能技術的迅猛發展為小學科學教學提供了新思路。目前，我國小學科學與人工智能相結合的研究成果較少，相關研究主要是基于STEM教育或創客教育理念，利用信息技術、Scratch、VR技術等開展小學科學教學。例如，李慧慧等[8]基于STEM，設計了發現問題、科學探究、工程設計、評價交流四個環節的小學科學教學活動；楊玉佩[9]將STEM教育理念融入小學科學教學，通過創設情境、設定方案、科學驗證、歸納提升四個環節開展探究實踐；武欣欣等[10]介紹了在信息技術支持下開展小學科學教學中項目學習的具體過程；孫立會等[11]將Scratch與小學科學相結合，開展了包含定義抽象、算法設計、迭代實施、拓展延伸四個階段的教學案例設計；熊維聰等[12]則將VR技術應用于小學科學課堂教學，取得了較好的學習效果。

上述研究成果豐富了小學科學的教學思路，但在實踐過程中還面臨諸多挑戰：①學科知識離散分立，缺乏整體性知識體系。學科之間的聯系只是簡單的知識疊加，缺乏多學科知識的橫向融合[13]。②教學活動實踐性不足，與現實生活聯系不夠密切。以科學論科學，以實驗論實驗，導致學生對所學理論遷移運用的意識淡薄。③教學活動較為單一，缺乏技術支持的創新。科學內容有較多的抽象性知識，教師一味地按照課本進行理論性講解，無法讓學生真正地理解掌握。④教學過程中缺乏必要的支架。學生的個性化學習需要提供適合學生“最近發展區”的學習支架，以使學生能夠獲得個性化發展。

2 大概念的內涵與層級結構

“大概念”（Big Ideas）也稱“大觀念”，起源于Bruner[14]倡導的學科結構運動。已有研究主要從認知發展、方法工具、結果價值等角度對大概念進行了解讀：①從認知發展的角度來看，大概念是一個認知框架或意義建構。例如，Clark[15]認為大概念理解并聯結小概念，提供構建自身理解的認知框架；Whiteley[16]認為大概念是有意義的模式，聯結零散的知識點。②從方法工具的角度來看，大概念是理解的基礎素材與有意義理解的概念工具。例如，Phenix[17]指出借助學科“代表性概念”，就可以理解獲取整個學科的知識；Wiggins等[18]認為大概念是學科的“核心”，幫助學生將分散的點狀知識連結起來；Chalmers等[19]指出大概念是指將眾多學科理解聯系起來，形成一個連貫的整體。③從結果價值的角度來看，大概念能促進學習者的持久記憶、深度理解和廣泛遷移。例如，Erickson[20]指出，大概念是在事實基礎上的抽象概括，是深層次的、可遷移的概念，是對概念之間關系的表述；Harlen[21]認為，這些核心概念可以幫助學生建立對生活相關事件和現象的完整理解。參考上述研究成果，本研究認為大概念是有機整合學科內和學科間知識內容的錨點概念，具有抽象概括、廣泛遷移、持久影響、深度理解等特點[22]，通過將零散、碎片化的知識組織成網絡狀結構，支撐課程架構，模糊學科邊界，從而促進學生形成整體觀念和專家思維，助力實現跨學科的深度融合和核心素養的提升[23]。

大概念與具體概念之間的銜接，是大概念教學關注的重點。為了更好地梳理課程知識體系，建立不同學科和學科內不同章節之間的聯系，研究者對大概念的層級結構進行了探索。例如，劉徽[24]采用二分法，將大概念的層級分為抽象概念（大概念）和具體概念（小概念），其中抽象概念包括跨學科大概念和學科大概念；許秋璇等[25]采用三分法，提出大概念包括跨學科概念、學科概念、學科子概念三層結構；李志河等[26]也采用三分法，劃分出大概念、核心概念和小概念三層，其中大概念屬于哲學視角和跨學科視角，而核心概念和小概念屬于學科視角；而Dami等[27]構建了一個包括大概念、跨學科概念、學科概念、具體問題四層的金字塔模型。綜合以上研究成果，本研究從哲學、跨學科、學科三大視角對大概念進行分層，提出了包含哲學概念、跨學科大概念、學科大概念、關鍵概念、具體概念五個層級的大概念層級結構，如圖1所示。其中，哲學概念位于最高層，五個層級從上至下反映的是概念從抽象到具體的變化過程。同時，在大概念的引領下，逐步確定核心概念和小概念，以將抽象的知識轉化為學生易于理解的基本問題，助力學生在學習過程中進行知識的學習理解與遷移應用。

圖1 大概念的層級結構

3 大概念教學應用的現狀

當前，有關大概念教學應用的研究主要有兩種思路[28]：①傳統教學的“目標-活動-評價”，是從學習起點出發設計教學活動。例如，詹澤慧等[29]以大概念為基礎構建了C-POTE模型，即以概念群、問題鏈、目標層、任務簇、證據集為核心組織教學，并設計、應用“探訪‘地球之腎’——濕地”跨學科主題學習案例；李松林[30]以小學數學“不規則平面圖形的面積”為例，提出以大概念為核心的整合性教學模式，包含確定大概念、外顯大概念、活化大概念、建構大概念、評價大概念五個關鍵步驟。②逆向教學的“目標-評價-活動”，是從學習結果出發，反向設計教學活動。例如，邵朝友等[31]以“美麗的秋天”為例，提出大概念教學的五個關鍵步驟，即選擇目標、確定大觀念、形成目標體系、設計評價方案、組織學習活動；李艷等[32]以初中“人工智能基礎”單元為例，開展了大概念視角下的單元設計，主要分為明確預期的學習目標、確定恰當的評估方法、規劃相關教學過程三個階段。總的來說，傳統教學思路聚焦于“輸入端”，從學情、教材分析出發，設計教學活動，檢測學習效果；逆向教學思路從“輸出端”統籌教學，從學習結果出發設計教學活動，充分發揮評價的診斷作用[33]。結合上述兩種思路，本研究進行教學設計時兼顧傳統教學和逆向教學的設計優勢，在分析學情的同時也考慮學生的學習結果，對目標、評價、活動進行統籌設計，探索基于大概念的跨學科教學新路徑。

二 大概念統攝下的“AI+小學科學”跨學科教學模式

大概念位于學科中心位置，在開展“AI+小學科學”跨學科教學時，教師依托大概念的層級結構整合教學內容、規劃教學過程。學生通過發現、理解和應用大概念，在真實情境中解決復雜問題。本研究整合相關研究成果，以大概念為中心，以跨學科為載體，以核心素養為導向，以教學目標、教學內容、教學活動、教學評價為關鍵要素，設計主要教學環節，構建了大概念統攝下的“AI+小學科學”跨學科教學模式，如圖2所示。該模式主要分為重要旨歸層、關鍵要素層、教學環節層，其中重要旨歸層處于內層，主要闡釋學科融合和目標指向，是另外兩層的核心導向；關鍵要素層處于中層，是教學設計與實施的具體路徑；而教學環節層處于外層，是對關鍵要素層的過程體現。三層相互作用，實現由內向外具體化表征、由外向內目標化達成。

圖2 大概念統攝下的“AI+小學科學”跨學科教學模式

1 重要旨歸層

結合人工智能和小學科學的學科特點，可將“AI+小學科學”的特征歸納為真實性、融合性和實踐性，且大概念、跨學科學習和核心素養最終都指向真實情境下的復雜問題解決[34]。因此，本研究將“真實情境下的復雜問題解決”確定為“AI+小學科學”的重要旨歸，而實現這一重要旨歸需經歷從學校教育遷移到現實世界的問題解決過程。基于此，本研究從學習的發生領域（分為學校教育、現實世界）和問題的復雜程度（分為簡單問題、復雜問題）兩個維度，將重要旨歸表征為四個象限（如圖3所示）：第一象限是大概念統攝下的“AI+小學科學”跨學科教學的最終目標，強調學生反思、總結學校教育中習得的內容，通過探究、創新發生高通路遷移，實現真實情境下的復雜問題解決——這也是大概念、跨學科和核心素養的最終指向；第二象限表示學生在課堂學習的知識、技能等，用于學校教育里的復雜問題解決；第三象限指學生將掌握的知識和技能綜合應用于學校教育里的簡單問題解決；第四象限則指從學校教育到現實世界有了遷移的發生，即學生利用在學校獲取的知識實現真實情境下的簡單問題解決。問題的復雜性及其相似度決定了遷移的程度[35]，即當新問題簡單且與原問題相似時，會發生低通路遷移；而當新問題復雜且與原問題不相似時，會發生高通路遷移。因此，教師要注重培養學生的高通路遷移能力，以幫助學生達成最終目標。科學課程的內容接近現實生活，人工智能在內容和工具維度為小學科學教學帶來了更多創新實踐的機遇。大概念作為教學邏輯框架串聯學科內容，有助于學生在研究自然現象和規律的過程中形成知識系統，并將所學的知識和方法遷移運用于生活實際問題的解決。因此，大概念統攝下的“AI+小學科學”跨學科教學將真正落實核心素養，培養學生的跨學科思維，幫助學生構建知識框架，從而有能力解決現實世界的真實問題。

圖3 重要旨歸的四個象限

圖4 教學目標與KUDB模式的對應關系

2 關鍵要素層

（1）教學目標：“KUDB”

不同于傳統教學的核心素養，大概念統攝下的“AI+小學科學”跨學科教學所指向的核心素養是一個上位概念，教師需要厘清科學核心素養轉化的內在機理，根據大概念的層級結構將其拆解為具體可見、清晰可評的教學目標。在KUD模式的基礎上，李松林[36]聚焦核心素養的培養要求，提出“知道-理解-行為-態度”（Know-Understand-Do-Be，KUDB）模式，主張將學科大概念滲透到目標設計中。“AI+小學科學”跨學科教學可以采用KUDB模式設計教學目標，兩者的對應關系如圖4所示。總的來說，“AI+小學科學”跨學科教學目標的制定，主要從學生想要知道什么知識、理解什么問題、能做什么事情、成為什么人四個維度著手。其中，“Know”表示的“知道什么”是指知識、概念和規律的習得，包含AI相關的編程和算法等知識、科學知識、其他學科知識；“Understand”表示的“理解什么”是指思維的形成，是對事物的本質屬性、內在結構及相互關系的理解方式，如計算思維、科學思維、創新思維等；“Do”表示的“能做什么”是在解決問題的實踐過程中所掌握的方法和能力的體現，如科學探究和信息獲取能力、模擬仿真、算法設計等；“Be”表示的“成為什么”是指科學態度和社會責任的形成，如信息意識、倫理道德、科學態度等。可見，“KUDB”是一個具有層次化、持續推進的目標結構，“知道”“理解”“行為”的發展支撐“態度”的形成，使學生不斷提升學科素養，并樹立良好的價值觀。

（2）教學內容：主題式、大單元

基于大概念的“AI+小學科學”跨學科教學以大單元為載體，圍繞一個主題組織教學內容，將學科知識聯結起來[37]。主題是對學習內容和范圍的概括，在大概念學習中起橋梁作用，其背后仍是大概念[38]。主題單元的內容組織一方面要緊密結合大概念及其子概念，注重與學科核心支點、學生的認知結構固著點建立聯系，培養學生的問題意識和目的意識，從而達成深度理解的學習目標；另一方面要考慮主題的開放性和跨學科性，使人工智能與小學科學在跨學科大概念的連接下進行內容的聚類、整合，模糊學科界限，形成具有內在聯系、螺旋上升的教學框架[39]，以更好地引導學生開展跨學科學習、發展遷移應用能力。對此，教師可從現實生活中選擇主題內容，創設真實情景，讓學生利用人工智能的相關知識和技術進行科學探究、解決問題，并在此過程中進一步與社會、自然和生活建立聯系[40]；同時，教師可根據單元主題，選定大概念，并在大概念的引領下，圍繞主題組織教學內容，整合小學科學與人工智能等相關學科知識建構大單元，將大概念充分融入教學，引導學生就某一主題所涉的重要概念、原理和問題進行深度討論，開展單元整體教學，使學生形成綜合且系統的跨學科知識、思維、能力和態度。

（3）教學活動：真實性、活動鏈

“真實性”是核心素養的重中之重[41]。小學科學注重真實性、實踐性，因此在設計“AI+小學科學”跨學科教學活動時，需依據課程標準創設真實情境、將教學內容融入具體情境，并貫穿于整個教學過程。真實情境作為粘合劑，能夠加強學習內容的內在聯系，讓學生在知識獲取的過程中感受到樂趣。利用人工智能技術創設情境，使學生在真實情境中與問題互動，并運用智能工具協助理解問題、完成學習任務，再通過內部加工和思考進行積極的意義建構，有助于學生深入剖析問題、解決問題，并促進實踐探究，從而更好地理解和掌握大概念。此外，開展“AI+小學科學”跨學科教學活動設計時，還應注重活動之間的聯系，以核心任務為首，將大概念作為學習路徑，依托真實情境，在主要問題的引領下，按照解決問題的邏輯將任務分解為明確問題、理解探究、實踐應用、提升創新四個階段[42]，依此開展活動鏈設計。教師要依據大概念的層次結構設計子活動，建立人工智能和科學學科知識之間的內在聯系，形成基于大概念鏈的活動鏈，通過設計具有連貫性、梯度性、拓展性的活動鏈，幫助學生在已有AI和科學知識結構的基礎上發展新的學科概念，并在運用大概念解決問題的過程中形成跨學科思維。

（4）教學評價：證據導向、多元化

大概念教學評價的核心，在于學生有沒有真正理解大概念。評價設計既要基于教學目標，又要注重聯結教學活動，開展證據導向的多元化評價，全面把握學生對大概念的學習效果，以有針對性地指導學生下一步的學習。評價是目標的具體化，“AI+小學科學”跨學科教學的評價設計應與大概念的目標保持一致，即告訴學生什么是值得學習的、如何理解問題、如何學習以及被期望有何表現。教師在開展教學評價時，應對學生參與活動中的表現采取多元化評價[43]，并在人工智能的助力下追蹤和評價活動實施的全過程，如借助AI智能監測系統、大數據行為分析系統等實時收集過程性的評價證據，同時結合智能系統的分析反饋，以持續改進教學。同時，教師要向學生提供作品展示的機會，并利用外部表征思維工具（如概念圖、表單等），引導學生將自己對大概念和學習活動的理解進行可視化表達[44]；使用觀察、訪談、測試、日志等反思工具判斷學生對大概念的理解，以幫助學生記錄和反思學習過程；收集學生的表現性證據，對學習過程進行整體評價，以多元化評估學生對大概念的理解程度。

3 教學環節層

為了將大概念充分融入“AI+小學科學”跨學科教學的具體實踐，本研究依據整體性教學的思路，在教學設計時不再過多地強調目標、活動、評價的先后順序，而是統籌考慮三者，設計了包含四個環節的“AI+小學科學”跨學科教學流程（如圖5所示）：①創設情境，明確問題。教師借助AI智能技術創設真實情境，讓學生與大概念相識，并將大概念轉化為便于學生理解、激發學生探究的問題；學生分析問題、獨立思考，調取人工智能和科學實踐相關的先驗知識，搜集整理資料。②理解探究，制定方案。教師根據主要問題和學習目標制定挑戰性任務，并拆解為一系列子活動，引導學生探究；同時，利用智能平臺提供支架，推送AI和小學科學的相關知識，幫助學生理解。學生組內合作交流，分解任務步驟，制定實施方案。③實踐應用，優化完善。教師觀察、指導學生的實踐過程，上傳評價量表，激勵學生完成表現性任務，并收集階段性成果，為多元化評價提供依據。學生根據任務單或設計方案，采用搭建、編程、3D打印等技術，協作完成科學模型制作，結合組內測試驗證能否解決問題，并優化完善作品，提升模型的功能和應用效果。④匯報交流，評價反思。教師提供展示平臺，組織學生匯報交流，引導學生通過語言表達、反思日志等進行評價總結，促進學生理解、掌握大概念。學生通過評價反思，創新作品設計，反思在完成任務的過程中運用了哪些跨學科知識，形成集AI、科學和其他學科為一體的概念網絡，提升其在現實生活中遷移運用大概念的能力。

圖5 “AI+小學科學”跨學科教學流程

在整個跨學科教學過程中，智能技術在情境創設、記錄監測、精準推送、智能評價等方面提供技術支撐：依托人工智能相關技術，創設高沉浸感、強交互性的學習情境；利用智能設備，記錄并監測學生在學習過程中的表現（包括互動次數、測試情況等）；基于大數據分析學情，向學生精準推送所需的學習資源，提供個性化服務；通過智能設備收集學習數據，結合智能分析結果，對學生的學習過程進行全面評價，最終實現教學評一體化，全方位培養學生的核心素養[45]。

三 大概念統攝下的“AI+小學科學”跨學科教學案例

依據現實世界的真實問題和學生的興趣，本研究選擇教科版教材《科學（五年級下冊）》中“為什么一年有四季”一節內容，以“探尋四季更替的奧秘”為主題，對如何開展大概念統攝下的“AI+小學科學”跨學科教學進行具體闡述，以幫助一線教師更好地開展跨學科教學。

1 選定單元主題，確定大概念群

根據大概念的層級結構，結合《義務教育科學課程標準（2022年版）》、美國《K-12人工智能教學指南》和教材的核心內容，本研究構建了“探尋四季更替的奧秘”大概念層級體系（如圖6所示）：首先，從哲學視角分析，哲學概念是對人與世界之間關系的根本看法、態度和主張，而四季更替的根本原因是物質運動，故確定哲學概念“世界是物質的，物質是運動的”。接著，從課程標準的跨學科大概念和學科大概念中提取與本主題緊密貼合的大概念，如四季的形成與地球公轉有關，故選取“宇宙中的地球”這一大概念；學生觀察地球公轉、制作模型是一個感知表達的過程，故引入人工智能領域的大概念“感知、表示和社會影響”。隨后，從5～6年級學科核心學習內容和學業要求中凝練大概念，如地球公轉是萬有引力的作用，故選取“物質的運動與相互作用”這一大概念；四季更替的主要原因是地球圍繞太陽公轉，故凝練“地球圍繞太陽公轉”這一核心概念；同時，圍繞核心概念組織各學科具體知識，如圍繞“力是改變物體運動狀態的原因”這一核心概念，考慮運動力學涉及概念，故選取“萬有引力、公轉速度、公轉周期、公轉方向”等小概念。最后，經專家多輪討論，確定該案例從大概念到核心概念再到小概念的層級體系。

圖6 “探尋四季更替的奧秘”大概念層級體系

2 編寫學習目標，整合教學內容

結合“為什么一年有四季”這一基本問題和核心素養培養的相關要求，本案例的“KUDB”目標制定如下：“知道”方面，能夠描述一年四季的典型特點與主要現象，知道地球圍繞太陽公轉的周期和方向，掌握AI編程知識；“理解”方面，理解四季的形成與地球公轉有關，理解AI程序之間的邏輯關系；“行為”方面，觀看地球公轉的視頻，掌握其運轉規律，利用編程軟件制作地球公轉的模型；“態度”方面，了解四季變化與我們的生活密切相關，通過觀察、交流與編程等活動，讓學生產生進一步探究四季更替成因的興趣，感受人工智能對生活的影響。教師在大概念的引領下統整教學內容，重組跨學科知識，厘清所涉大概念、核心概念、具體概念等包含的運動力學、四季更替、可視化編程、社會影響等學習內容，最終形成“探索四季更替的奧秘”主題單元，并通過設置系列情境任務，激發學生探究實踐的興趣。學生則圍繞這一主題開展學習探究，結合已有經驗，重組知識結構，形成深度且持續的理解。

3 設計學習活動，開展多元評價

設計教學活動時，要以現實生活為背景，圍繞主要問題和核心任務，將教學流程的四個環節按照問題解決邏輯分解為若干個子活動，各子活動環環相扣，構成前后關聯的課時“活動鏈”。圍繞本案例的核心任務“探索四季更替的奧秘”，四個教學環節可分解為8個子活動：①播放四季更替視頻，總結規律；②檢索搜集資料，思考四季更替原因；③通過智能交互設備，直觀感受四季更替成因和地球公轉的過程；④設計地球公轉模型制作項目表，梳理制作過程；⑤利用素材和可視化編程軟件，制作地球公轉模型；⑥測試運行代碼，發現并解決漏洞問題；⑦匯報展示作品，完成自評互評；⑧提交反思報告，梳理概念圖。8個子活動既相互獨立又相互依存，保證大概念教學的有效開展。此外，在教學活動實施過程中提供必要的支架，智能推送相關編程知識、參考案例、匯報提綱、概念圖的基本架構等，為學生完成相應活動提供幫助。教學評一體化要求教學活動設計與評價緊密聯系，以證據為導向，兼顧過程與結果，以便全面獲取學生的學習信息。教師根據收集的思維導圖、階段性成果、模型制作項目表、概念圖、反思報告等梳理學生的具體表現，并結合智能技術的數據分析結果對學生進行綜合評價。教師在學生互評環節上傳評價量表，內容包含作品效果、編程設計、創新程度、展示匯報、團隊協作五個評價指標和評價要求、指標權重等。最后，教師進行總結性評價，學生及時反思提升。

4 教學反思

本案例依托跨學科真實情境，以大概念為核心，采用教學評一體化的方式，強調培養學生真實情境下的復雜問題解決能力。從理論層面來講，大概念的層級結構提供了清晰的教學架構，教學目標在KUDB模式的指導下設定得更為貼合核心素養的培養要求，主題教學實現了對學科知識的全面覆蓋并能準確把握教學內容，活動鏈式設計環環相扣，智能技術支持的多元化評價能精準地反映學生對學習中重要內容的理解和掌握程度。而在具體的教學實施過程中，本次主題活動的學習目標不再停留于知識的掌握，而是要求學生將所學知識內化并遷移運用于真實問題解決。學生按照系列跨學科情境任務，在分析問題、合作探究、制作模型、測試優化的過程中調用先驗知識構建自己的知識體系，并經歷一個習得大概念、理解大概念、運用大概念的過程，將所學知識由一個點發展為一個網絡體系，從而遷移至多情境中應用。另外，案例主題與生活實際聯系密切，讓學生真正體會到了學有所用。

但是，大概念統攝下的“AI+小學科學”跨學科教學與傳統教學存在較大差異，在實施過程中給教師帶來了一定的挑戰，主要表現為：①學科融合處于淺層階段，學生的思維被局限，很難獲得更豐富的學習體驗；②教學情境固化，無法融會貫通，難以實現核心素養的提升；③內容選擇表淺，以傳授知識內容為主，學生被動地接受知識，而缺乏主動吸收和深度學習。

四 基于大概念開展小學科學跨學科教學的建議

基于大概念開展跨學科教學，能夠將不同學科的知識概念融合統整，使教學內容結構化，幫助學生深度理解和遷移應用，但其如何有效實施是小學科學教學普遍面臨的實際問題。本研究針對教育教學中存在的學科融合、情景固化、內容表淺等問題，為我國基于大概念開展小學科學跨學科教學提出以下建議：

1 把握大概念內涵結構，助力跨學科深度融合

跨學科教學并不是簡單地將不同學科知識堆砌在一起，而是要找到學科之間的關聯點，有效建立知識之間的縱橫聯系。大概念作為學科的中心概念，可使零散知識結構化、互通化、網絡化，實現學科之間的深度聯結。因此，有必要深刻理解大概念的內涵，建立學科之間的關聯點，圍繞一個核心問題組織課堂內容，整合跨學科知識，打破學科邊界；同時，要厘清大概念的層次結構，分析層級概念涉及的學習重點，融合多學科領域知識，實現學科之間的深度融合。另外，在開展大概念統攝下的教學時，應引導學生運用多學科知識探究學習、分析問題，培養學生用跨學科的新思維、新方法解決現實生活中復雜問題的實踐能力。

2 創設真實情境任務，促進遷移能力提升

學校教育應關注學生的長遠發展，不能僅限于讓學生掌握知識或應付考試，而要注重學習背后的持久影響——學生接受學校教育后會獲得一定的遷移能力，能將一個問題從課堂遷移到課外、從校內走到現實生活，發生高通路遷移。因此，教師基于大概念開展教學時，應注重真實情境的創設，圍繞真實問題設計教學，讓學生能將在學校所學的知識遷移運用于真實問題的解決，較好地連接學校教育與現實世界。另外，學生在完成情境任務的過程中會拓展思維，形成復雜的認知體系并在解決問題時會迅速調取相關知識，實現知識遷移。因此，教師要通過創設驅動性問題和實踐探究活動，建立起與學生之間的互動聯結，縱向上加深學生對科學的理解，橫向上延伸學生的知識寬度，從而不斷完善學生的科學觀念，提升其遷移能力。

3 轉變課堂教學方式，推動核心素養落地

科學課程的總目標是培養學生的核心素養，而核心素養的落地在于課堂轉型。大概念發揮學科中心作用，通過將單一線性學科教學轉變為網狀多學科整合教學，使核心素養不再停留于理論研究層面。基于此，教師可以從大概念視角搭建學科基本框架，基于大單元或大主題開展系列教學，并將教學作為一個整體，引導學生形成整體性知識體系。同時，教師還需注重教學設計的整合性和深刻性，引導學生實現對所學內容的整體把握和深度學習，注重學生能力和思維的培養，促使學生從被動學習轉為主動學習。可以說，將大概念作為目標引領，引導學生發現問題、提出問題并解決問題，有助于學生深入理解大概念，推動核心素養的真正落地。

[1]新華社.習近平主持中共中央政治局第三次集體學習并發表重要講話[OL].

[2]人民日報.懷進鵬:以教育之強夯實國家富強之基[OL].

[3]中華人民共和國教育部.義務教育科學課程標準(2022年版)[S].北京:北京師范大學出版社,2022:3.

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Interdisciplinary Teaching of “AI + Primary School Science” under the Control of Big Concept——Taking “Exploring the Mystery of the Change of Four Seasons” as an Example

LIANG Yun-zhen1,2PU Jin-ying2YUAN Shu-ran2

The core literacy-oriented teaching has become an important topic for deepening classroom reform, and the integration of big concept as a subject anchor into the interdisciplinary teaching of “AI + primary school science” injects new impetus into the implementation of core literacy and teaching reform and innovation. Based on this, the paper firstly combed the relevant research results of primary school science and big concept, and put forward the hierarchical structure of big concept. Then, with the big concept as the core and the interdisciplinary as the carrier, this paper constructed the interdisciplinary teaching model of “AI + primary school science” under the control of big concept. This model aimed to solve complex problems in real situations, took KUDB teaching objectives, thematic unit teaching content, activity chain teaching activities, and evidence diversified teaching evaluation as the key elements and included four teaching links of creating situations, clarifying problems, understanding and exploring, formulating plans, practical application, optimization and improvement, reporting and communication, and evaluation and reflection. Then, taking “exploring the mystery of the change of four seasons” as an example, this paper explained how to carry out the interdisciplinary teaching of “AI + primary school science” under the control of big concept and carried out teaching reflection. Finally, some suggestions on the interdisciplinary teaching of primary school science based on big concept in China were proposed.The purpose of this paper was to explore the practical way of coupling big concept and interdisciplinary teaching, and provide theoretical support and practical guidance for the innovation of primary school science curriculum teaching model.

big concept; interdisciplinary teaching; artificial intelligence; primary school science; core literacy

G40-057

A

1009—8097（2023）11—0057—13

10.3969/j.issn.1009-8097.2023.11.006

本文為2020年國家自然科學青年基金項目“STEAM教育中跨學科協同學習的內在機理與優化策略研究”（項目編號：72004055）、2021年河南省高等學校青年骨干教師培養計劃“跨學科協同學習的知識互動機制與優化策略研究”（項目編號：2021GGJS040）、2023年河南省教師教育課程改革研究重點項目“職前教師智能教育素養培養模式構建與實踐應用”（項目編號：2023-JSJYZD-008）的階段性研究成果。

梁云真，副教授，博士，研究方向為跨學科學習、信息化教學創新、網絡學習行為分析，郵箱為liangyunzhen@aliyun.com。

2023年5月19日

編輯：小米