圍繞核心概念組織教學有助于學生深入理解“宇宙中的地球”

楊曉娟

〔摘? ? 要〕? 2022年版《義務教育科學課程標準》提出13個學科核心概念，形成科學課程的主要內容。圍繞學科核心概念組織教學，有助于學生對知識深入理解和遷移應用，為他們未來學習和工作打下良好的基礎。本文以“宇宙中的地球”這一核心概念為例，從核心概念的內涵與外延、學習內容與內容進階、核心概念的跨學科理解這四個方面，深度分析該核心概念，并結合本人課堂實踐經驗提出策略和建議。

〔關鍵詞〕? 小學科學；核心概念；宇宙；地球

〔中圖分類號〕? G424? ? ? ? ? ? ? ? 〔文獻標識碼〕? A? ? ? ? ?〔文章編號〕? 1674-6317? ? （2024）? 01? ? 031-033

一、核心概念的內涵與外延

“地球與宇宙科學”是通過宇宙中的地球、地球系統、人類活動與環境三個學科核心概念，讓學生從地球在宇宙中的位置、地球本身、人與自然的關系三個不同的視角，整體構建對地球和宇宙的認識。并從宇宙系統的結構與層次、地球系統的結構與要素間相互作用、人與環境系統的相互影響等方面逐步建構系統觀念。

宇宙系統是由空間、時間、物質和能量所構成的統一體，既有巨大的空間尺度，也有著漫長的時間尺度，是一切空間和時間的綜合。

二、學習內容與內容進階

（一）學習內容結構分析

“宇宙中的地球”主要包括6個學習內容，都是圍繞地球展開的。它們既有各自的內涵，又相互聯系，了解地球的過程，也是了解宇宙的過程。隨著航天時代的來臨，我們不能再坐地觀天，既要從地球的視角認識宇宙（傳統視角），更應當從宇宙的視角認識地球（新課標視角）。

從地球視角認識宇宙，重點強調學生通過身邊可以感知的自然現象來認識地球的運動，有助于學生時空觀的建立，即認識到空間、時間與具體實物運動存在一定的聯系。從宇宙視角認識地球，選擇離地球最近的月球拓展到整個太陽系，再到銀河系和整個宇宙，樹立對宇宙結構和層次的認識，拓展學生對地球所處環境的認知格局，有助于學生系統觀念的建構與培養。

（二）內容進階設計

逐一分析這6個學習內容。地球是一顆行星，這一內容是“宇宙中的地球”核心概念學習的起始。知道地球是一個球體，是太陽系中的一顆行星，太陽系有八顆行星。對比學段內容要求和現行教科版教材會發現一個問題：依據課標，小學階段只在3～4年級設置了該內容，而教材中對行星概念以及八大行星的認識安排則在6年級下冊。因此我的思考是：在三下“太陽、地球和月球”單元的起始課《仰望星空》一課中，除了收集和了解太陽和月球的特征信息，還能借助分享會和圖片資料，初步了解八顆行星的概況，幫助學生打通認知遷移的通道，建立以不同天體為運動單位的學習視角，為6年級進一步建構太陽系的完整概念做好鋪墊。

地球作為太陽系的一顆行星，它自轉的周期性運動形成地球上人們肉眼可見的有規律的自然現象。小學階段對于地球繞地軸自轉的學習主要聚焦于太陽東升西落的現象及其引起的變化的學習，學生經歷觀現象、探規律、辨因果的過程，從不同深度與廣度掌握地球自轉的概念，形成對太陽系運動的正確認知，并逐步建立時空觀。本學習內容對應教材中三個不同年級的單元分別是二上“我們的地球家園”、三下“太陽、地球和月球”、六上“地球的運動”。

地球作為太陽系的行星，每年自西向東圍繞太陽公轉，形成四季有規律的自然現象。對此學習內容，1～2年級要求利用感官觀察形成感覺經驗，描述由于公轉引起的季節變化現象，同時列舉生活中常見的事例來說明季節變化對動植物的影響。對應教材中二上“我們的地球家園”。5～6年級在積累了大量感性材料的基礎上，由對自然現象（影長變化）的規律認識，發展到對公轉規律的認識，并建立現象與規律之間的聯系，對應教材六上“地球的運動”。

“月球是地球的衛星”這一學習內容要求學生了解月球圍繞地球運動，月相每月都在有規律地變化著；能夠描述月球、地球和太陽的相對大小及它們的運動方式。對于2017年版課標中3～4年級“描述月相的變化規律”這一內容，由于教學中實施難度比較大，2022年版課標將其修訂為“知道新月、上弦月、滿月、下弦月四種月相，說明月相的變化情況”，降低了難度，并從3～4年級提到5～6年級。對月球的研究從1～2年級不借助任何工具進行初步觀察，進階為3～4年級借助望遠鏡或圖片資料深入觀察，5～6年級借助模型演示等手段進階為對規律的認識和研究，7～9年級繼續借助模型演示等手段進一步認識日、地、月的相對位置，知道日食和月食等自然現象形成的原因，通過進階式學習形成對地月系的清晰認識。本學習內容對應教材中的單元有二上“我們的地球家園”、?三下“太陽、地球和月球”、六下“宇宙”。

“地球所處的宇宙環境”這一內容要求學生建立如下宏觀認識：在無限的宇宙中，地球是很渺小的。太陽系有八顆行星，地球是其中之一，它們在太陽系中都有相應的位置，太陽系又是銀河系中很小的一部分。宇宙中有無數星系，銀河系又只是其中的一個。依據新課標，小學階段只在5～6年級設置該內容。相較于2017年版課標的相關內容，本學習內容有3個變化。第一，增加了借助軟件來觀察星空；第二，增加了“識別織女星、牛郎星等亮星”；第三，增加了“了解劃分星座的意義”。一方面，通過星座劃分的由來，掌握、識別星座的特征；另一方面，也結合十二星座運勢、星座性格等說法，引導學生對星座相關的衍生含義形成科學、正確的認識。通過這部分內容的學習，學生的研究視野由近及遠，視域由小到大，從太陽系到銀河系再到總星系，逐步建構起對宇宙系統宏觀的認識。

學習內容“太空探索拓展了人類對宇宙的認知”在小學階段設置于5～6年級。人類對太空的探索包括天文學和航天技術兩個主要方面。在天文學方面，5～6年級重點讓學生了解天文事業的發展史，知道天文學的發展離不開望遠鏡。望遠鏡不僅能讓人們認識宇宙，還能讓人們認識地球的渺小，形成更廣闊的視野。

（三）學習進階實踐

本核心概念的學習貫穿基礎教育的各個階段，同時在每個維度中都體現了進階的理念。

科學觀念維度要求學生從小學到初中，能逐漸從感知地球運動到認識地球所處的宇宙環境，再到形成基本的宇宙空間觀念。1～2年級，要求學生能觀察和感知地球運動及其意義；3～4年級，要求學生能通過文本和圖片資料，理解太陽系概況；5～6年級，要求學生進一步認識地球所處的宇宙環境，較完整地認識太陽系基本結構，理解一些自然現象的形成與地球的運動有關；7～9年級，要求學生構建宇宙間模型，包括地球所處的宇宙環境、天體系統的結構層次，以及人類為認識宇宙開展的太空探索及其意義等。

科學思維維度要求學生從小學到初中，能逐漸從利用感官辨認方向，到借助工具探索自然現象，到利用模型理解天體運動與自然現象的關系，再到運用經緯度等地圖數據構建清晰的地球在宇宙中的地位。1～2年級培養學生的直覺思維，要求學生利用感官直觀地觀察現象并描述，建立初步的方向感；3～4年級拓展學生的直覺思維，要求學生通過工具拓展感官認知，能對觀察到的現象提出疑問并設計簡單的探究過程；5～6年級注重學生抽象思維能力的培養，要求學生借助模型理解天體運動規律，并對天體運動與自然現象的關系做出合理關聯；7～9年級發展學生的空間思維能力，要求學生借助經緯度等地圖數據實現思維從平面向三維立體空間的轉變，構建較為完整的太陽系并清晰認知地球在宇宙中的地位。

探究實踐維度要求學生從小學到初中，能逐漸從有指導地觀察、記錄到借助工具和模型獨立探究、解釋自然現象與天體運動的關系。1～2年級，要求學生能在家長的幫助下用眼睛觀察，用畫畫的方式或借助相機等記錄月亮的形狀變化；3～4年級，要求學生能在教師引導下觀察、測量和記錄一天中物體影長的變化；5～6年級，要求學生能動手制作簡單模型，解釋相關自然現象的成因。

態度責任維度要求學生從小學到初中，能逐漸從好奇心到持續的興趣養成再到敢于質疑和追求真理，樹立科學態度。1～2年級，要求學生對季節變化等自然現象具有好奇心和探究、?分享的興趣；3～4年級，進一步激發學生的探究興趣，具有根據事實提出觀點的意識；5～6年級，要求學生關注重要天文現象和太空探測典型事例，具有探索太空的好奇心和民族自豪感。

三、核心概念的跨學科理解

對“宇宙中的地球”這一核心概念的跨學科理解，可以從物質與能量、系統與模型、穩定與變化這三個視角展開。

（一）物質與能量

首先，核心概念讓學生認識到地球、太陽都是物質的，地球磁場也是物質的，現代宇宙觀測發現了星際分子。重要的是，到目前為止，所有隕石、月巖、火星土壤、彗核及星際物質中的元素都可以在地球上找到。因此，宇宙也是物質的。

天體在引力場的作用下產生了天體運動的公轉和自轉，能量是一切運動物質的共同特性，運動著的天體也具有能量。當衛星圍繞地球做橢圓軌道運動時，只有萬有引力做功。引力做功的過程，就是把引力勢能變為動能的過程，機械能守恒。因此，物質不滅和能量守恒在不同尺度都成立。有助于學生從宇宙的角度形成“物質與能量”這一跨學科概念。

（二）系統與模型

本核心概念有大量系統與模型的案例。宇宙模型、太陽系模型、地球模型。地月系模型讓學生理解地球、月球和太陽等天體的運動規律，解釋相關自然現象的成因；太陽系模型是太陽系的簡化表示，反映了太陽系中太陽和各主要行星的位置排列這一主要特征；研究宇宙時，宇宙就是系統；人們通過觀察，建立了地心說、日心說等簡化的宇宙模型。這些學習內容有利于學生從天體運行的角度形成“系統與模型”的跨學科概念。

（三）穩定與變化

在地球與宇宙科學領域，有很多現象反映了穩定與變化的特點。例如，地球的自轉和公轉是時刻發生的，這是一種變化，但是這變化又是周期性循環往復的，從而體現了穩定的特點。在地球的運動中，地球的轉軸在短時期內可以認為方向不變，但是從長期看，則有明顯變化。地球的運動類似陀螺，地球繞地軸自轉的同時，地軸也在太空中緩慢地轉動。

課堂教學策略的有效應用能幫助學生更好地理解“宇宙中的地球”這一核心概念。首先可以引導學生通過觀察生活中的現象，了解地球、月球和太陽等天體的運行規律，通過長期觀察認識晝夜、季節、節氣等自然現象的周期變化；其次，引導學生通過模擬實驗、模型制作等方式，把天體運動具象化，幫助學生建立空間觀念，激發對地球和宇宙的探究興趣。1～3年級可以嘗試用模擬實驗驗證假說，解釋原因；4～6年級可注重通過模型的應用來建立天體之間的相對運動關系。最后，借助信息技術手段，讓學生通過觀看動畫演示或紀錄片，加深對天體系統的大小、相對位置、層次等概念的認識。這里給老師提供一些可利用的網站和教學軟件。例如，NASA這個網站可以實時動畫，多維度了解太陽系家族；天文常用的教學軟件“虛擬天文館”，能夠讓學生感受晝夜變化，回顧日月食現象，還能追擊河外星系；微信小程序“超級月亮”，虛實結合，能讓學生身臨其境地經歷一次完整的月相觀測。老師也可以自己制作小動畫，幫助學生更好地理解天體之間的相對運動關系，從而對天文現象的成因有更直觀的體驗和思考。

參考文獻

[1]高云峰.科學教育中的跨學科概念：物質與能量[J].湖北教育（科學課），2022（9）：5-9.

[2]高云峰.科學教育中的跨學科概念：系統與模型[J].湖北教育（科學課），2022（8）.

[3]喻伯軍.《義務教育科學課程標準》課例式解讀[M].北京：教育科學出版社，2022