指向學科核心概念的小學科學課程實施
——以“宇宙中的地球”核心概念為例

文｜屈蒙琦

小學科學課程內容涉及物理學、化學、生物學、天文學、地球科學等領域知識，其中，天文學領域中時間上的“無限”在小學階段難以探索，空間上的“無限”便構成了小學階段認識宇宙的基礎，需要學生具有較強的空間想象能力。這就要求教師教學中要注重學生“空間宇宙觀”的初步構建。在此基礎上，小學科學教學需整體布局，圍繞“宇宙中的地球”這一核心概念，將具體科學事實與抽象學科概念建立聯結，以形成體系，體現小學科學課程學習目標的連續性和進階性。

一、建構學科核心概念，構建空間宇宙觀

（一）分析目標人群，提煉問題本質

為優化學校教育生態，促進學校教育健康發展，2020 年起，我校開展了“義務教育學業質量監測”項目活動，每年5 月中旬，采用“年級全覆蓋、學生全參與、學科等比例抽樣、相關因素全測”的組織方式，對我校畢業生進行學科內容、能力水平和相關因素三方面的監測。從報告數據中發現，我校2022 屆畢業生在“地球在宇宙中的運動”內容方面的得分降低（如表1 所示），評價和設計科學探究能力較2021 屆學生有所降低（如表2 所示）。另外，從相關因素看出，學生學習堅持性得分逐年降低（如表3 所示）。

表1 學科內容維度

表2 能力水平維度

表3 相關因素維度

基于數據監測，對學生“宇宙中的地球”這一概念的掌握進行了進一步的調查研究，總結如下：（1）學生方面。學生很少關注天文類相關的短視頻、科普內容和新聞時事，沒有儲備大量相關天文知識，大部分天文類知識來源于學校科學課程教材，知識構建較為機械固化、平面化，對教師教學中提供的天文學知識被動接受，缺乏對常見天體現象的觀察，缺乏自主思考習慣和探索精神。學生對天文類知識缺少真實體驗，缺乏一定的空間想象力，導致對常見天體的形狀、大小、位置和運動變化無法精準描述。（2）教師方面。教師對課標解讀不到位，過于依賴教材，未及時關注和更新相關教學內容，導致所授知識呈靜態化，加上宇宙類課程內容抽象，較其他教學內容來說難度增加，在教學過程中只注重基礎知識講解，缺乏有效的建模指導和實踐反饋，任務布置缺乏延伸性和持續性；一系列遷移、延伸問題并未出現在教學環節中，課后布置的拓展任務超出學生能力。（3）學校方面。本校班級課外閱讀讀本由學校征訂、學生征訂和學生捐獻三部分組成，統計發現，涉及宇宙類知識的讀本較少且陳舊。很多天文現象需要互動體驗來彌補教材內容上的抽象，僅靠學生空間想象力難以掌握核心概念，而學校多媒體設備老化，未及時更新，無法提供體驗性環境。

（二）拆解核心概念，聚合學習內容

《義務教育科學課程標準（2022 年版）》中指出：通過對學科核心概念的學習，理解物質與能量、結構與功能、系統與模型、穩定與變化4 個跨學科概念（如圖1 所示）。

圖1 科學課程的內容結構

其中，“宇宙中的地球”屬于天文學領域，這一核心概念可以分解成地球是一顆行星、地球繞地軸自轉、地球圍繞太陽公轉、月球是地球的衛星、地球所處的宇宙環境、太空探索拓展了人類對宇宙的認知等學習內容，又根據學生不同學段設置了不同的學習要求，旨在幫助學生在學習該學科核心概念時形成物質與能量、系統與模型、穩定與變化等跨學科概念。基于《義務教育科學課程標準（2022 年版）》要求，對該學科核心概念內容要求整合成空間宇宙觀、長期觀察實踐活動和自主探究能力三個方面，意在促進學生對“宇宙中的地球”這一核心概念的掌握。

1.空間宇宙觀

結合生活經驗，先讓學生從描述太陽的位置變化和月球形狀變化開始，利用太陽及周圍熟悉建筑物位置辨認方向，通過圖片、視頻等讓學生知道地球的形狀及大小，地球所處的位置，地球與月球、太陽之間的空間關系，初步了解太陽系結構，利用軟件了解各個星座方位，知道星座的意義，意識到地球是太陽系的一顆行星，太陽是銀河系中的一顆普通恒星，銀河系是宇宙中的一個普通星系，激發學生對宇宙結構、起源和演化的好奇和探索，引導學生在認識宇宙過程中形成科學精神、科學思想和科學方法，最終使學生嘗試從無限空間的角度審視宇宙，構建空間宇宙觀。

2.長期觀察實踐活動

空間宇宙觀的形成是個緩慢且持續的過程，天體的運動變化規律需要長期觀察活動支撐，這也是培養學生良好學習堅持性的重要手段。低學段學生的學習，需要教師做好正確示范。教師可以跟學生一起通過圖畫或者貼圖方式觀察一年中月亮形狀變化情況，為其中段認識地球、月球和太陽的運動關系打下扎實基礎。學生通過觀察一天中太陽位置的變化，而后觀察一個星期、一個月甚至一年中太陽位置的變化，再利用星座活動圖觀察一年中星座形狀及位置的變化，了解星座劃分意義和常見的天文現象，歸納總結天體在天空中的運動及地球的真實運動。學生通過觀察一年中物體影長的變化，聯系太陽運動與四季變化兩者之間的關系，用天體運動知識來解釋自然現象。

3.自主探究能力

在長期觀察實踐中，在求知欲和好奇心的驅動下，學生主動探索學習，激發內在學習動機，在掌握觀察、實驗、測量、推理、解釋等科學方法后，能針對自然現象提出問題、做出假設、制訂計劃、搜集證據、處理信息、得出結論、表達交流和反思評價，利用學校、家庭、社區的各種資源自主設計探究模擬實驗，解決實際問題。

二、圍繞學科核心概念，制訂課程實施目標

（一）培養空間宇宙興趣

培養學生對地球與宇宙領域知識的興趣，通過各種方式了解宇宙，如閱讀宇宙科普類書籍、觀看宇宙類科普短視頻或者紀錄片、收聽宇宙類時事節目，掌握一定的地球與宇宙領域的知識，可以解釋身邊一些天體現象，體驗知識帶來的樂趣，產生進一步探索宇宙的動機。

（二）加強教學內容整合

“宇宙中的地球”學習內容涵蓋一至六年級，比較零散，教師要對教材內容進行調整、取舍、修改、補充和整合。除此之外，還要加強知識學習其與其他學科、現實生活、社會實踐之間的聯系，實現學生對核心概念的深度理解、有效構建和靈活運用。例如，在上“月相變化”這節課時，教師可以利用中秋節主題設置情境問題“為什么十五的月亮十六圓”，引導學生回憶低學段所記錄的月亮變化情況，觀察和思考月相，進而自主設計模擬實驗探究月相背后的真相，在探究中了解月球本身不發光這一科學概念，地球、月球、太陽三者大小、形狀和位置關系，地球與月球的運動方向和周期。

（三）注重教學方法改革

教師教學中應創設與學生年齡、心理、生活經驗相符合的教學情境，引發其認知沖突。例如，上“北極星不動的秘密”這一課時，學生已有的認知是天體都在作東升西落運動，教師可以通過展示太陽運動變化和四季夜空變化視頻，提問“所有的天體都是在做東升西落運動嗎”，引發學生獨立思考，激發學生自主探究，小組合作完成模擬實驗。

（四）精心設計教學活動

探究和實踐是科學學習的主要方式，教師教學中應積極開展啟發式、探究式、互動式、體驗式和項目式的教學活動。例如，上“浩瀚的宇宙”這一課時，教師可以出示銀河系動圖，引導學生關注宇宙背景與銀河系視覺上的對比、銀河系旋臂的運動情況，自主探究模擬銀河系的盤面和旋臂，即選用什么材料模擬盤面，怎樣模擬旋臂運動；引導學生思考模擬銀河系與實際銀河系的區別，用游戲體驗銀河系旋臂運動，觀看太陽系在銀河系中的運動視頻。課后布置用圖畫方式猜測銀河系其他星系運動情況、銀河系運動情況、河外星系運動情況，幫助學生形成初步的宇宙觀。

（五）充分利用、開發資源

《義務教育科學課程標準（2022 年版）》要求，教師應有意識、有目的地開發和利用各種地球與宇宙領域教學資源。例如，在上“晝夜交替”這一課時，可利用網絡實時通訊展示處于東西方位距離較遠的兩個地區，讓學生真切感受每個地區晝夜時間的不同，體會時差這個概念，課后可開展記錄當地一年日出日落時間的觀察活動。這樣學生會意識到同樣的上下學時間日出日落時間不同，從而產生對此現象的探究興趣。

三、聚焦學科核心概念，推進課程實施

（一）宣傳文化，營造良好氛圍

“宇宙中的地球”核心概念涉及地球、月球、太陽運動及其影響等內容，但學生對此缺少實際體驗感知。因此，學校層面要大力宣傳空間科學文化，布置校園走廊和文化墻，設立科技展覽角，定期開展含宇宙主題的科技節活動；班級層面要選擇符合學生年齡、心理及知識建構特征的圖片和文字素材布置班級文化角和班級走廊，定期出一次宇宙主題的黑板報，每周組織一次宇宙主題的晨會課。

（二）巧用情境，注重生活聯系

科學課程來源于生活，服務于生活。如可設置“為學校植物掛銘牌”活動，學生通過實地考察校園植物分布，活動過程中通過告知方位及利用熟悉建筑物和生活經驗記住方位，通過此活動初步感知空間方位，較好地完成校園分布圖的繪制。

（三）科學建模，自主探究實踐

模型是掌握“宇宙中的地球”這一核心概念的重要工具。學生通過親身經歷選擇模型材料、制作模型、對模型進行模擬實驗探究等過程，構建空間科學概念和培養探究能力。模型亦可作為串聯整合各個碎片化學習內容的重要手段，如制作的地球結構模型除了用于研究地球結構，還可以用于研究地球運動，日、地、月三者運動及宇宙中地球位置等實踐探究活動，這有助于學生構建系統與模型、物質與能量等跨學科概念。

（四）融合學科，強化實踐運用

科學課程是一門體現科學性質的綜合性基礎課程，因此更加注重與其他學科之間的融合和應用。如將勞動教育中的農業生產勞動融入地球運動與四季變化內容的學習，及種植過程中植物生長的變化，讓學生切實感受到地球在運動及其帶來的影響，驅動學生進一步探索、實踐。

（五）利用資源，延長實踐周期

學生在實踐活動中會反復經歷發現問題—解決問題—發現新問題的過程。教師要充分利用現有教學資源，保證實踐活動的連續性和持續性。如觀察月相活動和星座活動，遇到下雨天時可借助當地天文館繼續進行觀察活動，引導學生在長期觀察實踐中掌握核心概念，產生探索太空的欲望。

科學課程是育人課程，學生通過形成物質與能量、系統與模型、穩定與變化等跨學科概念，對宇宙、自然、自我進行更深層次的思考，樹立正確的宇宙觀，進而樹立正確的人生觀和價值觀，最終實現“立德樹人”的終極目標。