大概念單元教學：讓學生思維可視化

張佳艷　胡曉敏

［摘 要］大概念視角下的單元可視化教學是對一線教師的新挑戰。雖然有關大概念的界定正在逐漸明確，但如何將大概念真正落實到實際教學中，以及如何與思維可視化工具一起共同促進學生思維發展，尚不明確。教師要在明確科學大概念內涵，以及大概念對單元可視化教學的價值的基礎上，結合小學科學教材的具體內容，建構大概念視角下單元可視化教學的框架，以促進學生深度學習，實現提升學生學科核心素養的目標。

［關鍵詞］小學科學；單元教學;大概念;思維可視化

［中圖分類號］ G623.6［文獻標識碼］ A［文章編號］ 1007-9068（2024）06-0084-05

隨著《義務教育科學課程標準（2022年版）》（以下簡稱“2022版課標”）的頒布，聚焦學科核心概念，即大概念的單元教學越來越受到廣大教師的重視。但學生的思維具有內隱性，看不見也摸不著，教師難以感知大概念單元教學中學生思維發展的情況，無法根據學生的反饋及時調控教學進程。思維可視化工具有讓隱性思維顯性化的作用，能為推動大概念單元教學提供有力抓手。因此，筆者以思維可視化工具為載體，探討大概念視角下的單元教學如何讓學生思維可視化。

一、大概念及其對思維可視化的價值

（一）大概念內涵

2022版課標共設置了13個學科核心概念和4個跨學科概念（見圖1）。學科核心概念（大概念）是所有學生在義務教育階段應該掌握的科學課程核心內容。教材聚焦學科核心概念，精選與學科核心概念相關的學習內容，基于學生的認知水平和知識經驗，由淺入深、由表及里、由易到難地安排學習內容，加強不同學段間的銜接，引導學生進一步遷移應用所學知識，以解決生活中的實際問題。

由此可知，科學學科大概念既具有統攝性，自上而下統領不同學習內容，高度概括看似零散分布的科學概念、科學方法、原理應用等，形成有組織、有結構的學習框架，又具有本質性，是在理解科學概念、規律、原理的基礎上對客觀事物形成的高度概括的總體認識，揭示了科學的本質，同時為學生的遷移應用提供了思維認識方式。

（二）大概念對思維可視化的價值

1.統領單元教學形成結構化

2022版課標以主題單元形式將13個學科核心概念分解成若干學習內容，但科學學習不是零散的。大概念統領下的單元教學在一開始就確定以一個或多個核心概念統領整個單元，在頂層設計中將單元學習內容進行“解構—重構”，形成結構化學習內容。如教科版科學教材四年級上冊《呼吸與消化》單元的大概念為“人體由多個系統組成，各系統分工配合，共同維持生命活動，并依賴于周圍環境”。圍繞單元大概念，筆者重新組織單元內容，使其呈現結構化特征（見圖2），并設計健康計劃表（見表1），以可視化的表現性任務統整單元學習內容。

2.促進思維發展呈現進階性

學生科學思維的發展具有一定的內隱性，是衡量科學教學實效性的標準之一。利用可視化工具可以實現思維的外顯，而大概念則可以勾連小學科學三個學段的學習內容，幫助學生逐步建構完整的科學概念。如筆者對教科版科學教材三年級上冊《空氣》一課中的相關內容進行縱向整理時，發現“空氣是一種常見的重要物質”的概念建構，小學三個學段都有涉及。學習了一年級下冊《我們周圍的物體》單元后，學生了解到空氣是一種無色、無味、透明、會流動、形狀不固定的氣體，積累了感性認識。隨著探究方法的豐富和探究能力的發展，學習了三年級上冊《空氣》單元后，學生對空氣的質量、占據空間等特點有了進一步的理解（見圖3）。這樣，大概念建構的學習內容在編排上呈螺旋式上升，大大促進了學生的思維向深層次發展。

3.關聯生活應用反映真實性

大概念能夠高度概括科學知識、規律和方法等，體現科學本質，有利于學生綜合解決生活實際問題。如教科版科學教材四年級下冊《巖石與土壤》單元的學科核心概念為“地球系統”，大概念為“巖石和土壤是我們地球的重要資源，利用科學的觀察方法可以讓我們對巖石和土壤有更多的認識”。為了構建這樣的科學概念，在執教《巖石的組成》一課時，筆者將知識關聯生活，創設“小小礦物鑒定師”這一真實情境，引導學生開展微項目學習（見圖4），以大概念驅動學生解決生活中的實際問題，提高學生的核心素養。

二、基于大概念實施可視化單元教學

（一）實施框架

筆者依據教科版科學教材及2022版課標中與大概念建構有關的內容，提煉出指向思維可視化的三個要點：圖解大概念，把握思維可視化的起點；關聯大概念，夯實思維可視化的基點；運用大概念，指向思維可視化的落點。

（二）實施方案

如何在單元教學中實現學生思維可視化？如何將學生的學習內容進行結構化組織和可視化呈現？如何在單元教學中避免課程內容的零散、龐雜？帶著這些問題，筆者以教科版科學教材三年級上冊《空氣能占據空間嗎》一課的實施方案為例，初步驗證指向思維可視化的三個要點。

1.圖解大概念：把握思維可視化的起點

思維的內隱性讓學習過程的發生無法被及時追蹤和有效反饋，且學生在課堂上人云亦云，難以表達真實想法，這在一定程度上阻礙了學生科學思維的發展。作為核心素養的核心，科學思維的重要性不言而喻。筆者以圖解大概念為手段，直觀呈現中年段學生課堂思維發展過程，捕捉學生的學習起點，通過將學生思維外顯化及時調整課堂教學，實現因材施教。

（1）個性化圖解，暴露前概念

學生在進入課堂前并不是一張白紙。教師要把握好學生的已有經驗，在學生已有經驗的基礎上開展教學，提高課堂教學的有效性。但在實際教學中普遍存在學生前概念難獲取的現象，主要有以下三個原因：中年段學生缺乏抽象思維，無法使用具體的語言或文字表述自己的想法；課堂時間有限，提問、談話等形式無法實現對每一個學生前概念的獲取，易造成人云亦云的現象，使不同的聲音被掩蓋；前概念調查難反饋，導致調查流于形式，沒有真正起到幫助教師了解學情的作用。

因此，對“空氣能占據空間嗎”這一前概念的調查，筆者利用石塊、水等可見物品為學生建立“占據空間會導致瓶內水位上升”的直觀聯結，通過畫“剪去底的瓶子豎直壓入水后”水位線的位置圖，呈現學生對空氣是否占據空間的前概念（見圖5）。利用圖示的手段呈現前概念，實現了思維呈現的化繁為簡，使每個學生都能在課堂上大膽地表達自己的想法，同時為后面圖解呈現大概念建構的過程做好鋪墊。

（2）理解為先，明確學習目標

《理解為先模式——單元教學設計指南》一書，強調了理解是教學和評估的中心，即為理解而教，為理解而評。從理解的六個維度（見圖6）可知，明確學習目標可以激發學生的學習動機，為后面的深度學習提供方向指引，避免無效觀察，同時使學生的思維變化有跡可循。

從2022版課標可知，《空氣能占據空間嗎》一課涉及的學科核心概念是“物質的結構性質”，內容要求是“說明空氣有質量并占有一定的空間，空氣會充滿各處”。結合單元大概念及學生學情，教師利用理解為先理念逆向設計，從大概念視角出發，重新明確本單元的學習目標：能利用證據說明空氣占據空間、充滿各處等性質（見表2）。引導學生在學習活動正式開始前明確學習目標，是大概念視角下單元教學的第一步。目標作為課堂教學的一條內線，引導深度學習的發生和學習成果的評價反饋，以此實現“教—學—評”一體化。

由表2可知，本單元教學圍繞“空氣是一種常見而重要的混合物質”這一大概念展開，而《空氣能占據空間嗎》一課是在學生對空氣有了一定認知后，圍繞“能夠通過一定的工具或方法探究發現‘空氣像石塊、水等物質一樣能夠占據空間，并充滿各處的性質，并能聯系生活，解釋、應用生活的一些現象”的目標展開教學。

2.關聯大概念：夯實思維可視化的基點

著名教育家維果斯基將兒童現有的獨立解決問題的水平和通過成人或更有經驗的同伴的幫助而能達到的潛在的發展水平之間的區域界定為“最近發展區”。可見，在大概念的建構過程中，學生的思維發展需要幾個關鍵性的思維節點來支撐他們跨越“最近發展區”，實現知識理解與實際應用，即真實、有意義的學習。

基于這樣的前概念認知和學習目標，筆者利用學生生活中的常見物品——剪底的礦泉水瓶和水槽等，讓學生親身經歷、體驗瓶子豎直壓入水中的過程。在觀察中，學生用圖示的方式對自己的猜測進行修正，直觀呈現思維變化過程。

經過探究，大部分學生都觀察到水進了一點之后就進不去了，而瓶子外的水位卻上升了（見圖7）。這與前面學生的猜測形成了鮮明對比，產生這個現象的原因是什么呢？教師及時抓住契機，進一步引導學生觀察打開瓶蓋后出現的現象，并思考出現這個現象的原因。

通過有組織、有結構的探究活動，學生結合思維可視化工具，呈現自己的思維發展成果，一共得出四種不同結果。筆者板貼這四種結果的圖式（見圖8），以此組織學生開展研討，幫助學生進行意義建構。學生在研討中進一步完善和修正自己的想法，共同建立“空氣能夠占據空間”的概念。

在這個過程中，筆者利用生活化的探究材料關聯大概念建構過程，通過提取學生原有的生活經驗，使結果與猜測形成強烈對比，從而深化學生的思維發展，促使學生利用思維可視化工具開展研討，為跨越“最近發展區”提供支架。

3.運用大概念：指向思維可視化的落點

面對真實世界，解決實際問題需要的不僅是單一的知識，更是綜合運用知識的能力。而深度學習強調的就是對知識的理解和運用所學知識解決實際問題的能力，即正向的高階思維遷移。

筆者以問題為導向，引導學生思考、解釋生活中的不同現象或應用，并以此為依據進行評價反饋。這樣既可以檢驗學生對課堂所學知識的掌握情況，又能反映課堂教學成效，有助于調整教學方向。

以下是探究“如何用塑料瓶裝一瓶外面的新鮮空氣？”的教學片段。

師：你能用這個塑料瓶幫老師裝一瓶會場外的新鮮空氣嗎？

生1：可以。（拿著塑料瓶直接跑到外面后回來）裝好了。

師：同學們覺得他裝成功了嗎？

生2：我覺得他沒裝成功，瓶子里還是原來的空氣。

師：為什么？能不能說得更具體一些？

生3：我們知道空氣是占據空間的，而這個瓶子里已經有空氣了，所以外面的空氣裝不進去了。

生4：是的。空氣已經把這個塑料瓶內的空間占滿了，新鮮空氣就進不去了。

師：那你們有辦法裝一瓶外面的新鮮空氣回來嗎？

生5：先用水裝滿這個瓶子，再跑出去把水倒掉，這樣瓶內裝的就是外面的新鮮空氣了。

（全體學生鼓掌）

師：看來，要想把外面的新鮮空氣裝進來，就要把原來瓶內的空氣“趕”出去。這個辦法不錯，除了水，還可以用什么？

生6：沙子也可以。

……

運用大概念解決生活實際問題是提升學生核心素養的真正落腳點。筆者利用問題鏈的形式，將問題轉化為思維可視化的過程。在問題引導的過程中，學生思維實現了向高階思維的正向遷移。

（1）問題導向，解決生活實際問題

“你能用這個塑料瓶幫老師裝一瓶會場外的新鮮空氣嗎？”，這問題看似簡單，其實背后折射出學生概念建構及應用的真實反饋，也是學生思維可視化的落點——建立知識與生活的聯系，運用大概念解決生活實際問題。對于筆者提出的問題，如果學生已經建立“空氣能夠占據空間”的認知，就會想到要用這個塑料瓶裝一瓶外面的空氣，就要先將瓶里原有的空氣排出，再讓外面的空氣重新占據這個瓶子，而不是直接把瓶子帶到外面再帶回來就可以的。

（2）正向遷移，實現“教—學—評”一體化

學生對所學知識遷移應用的過程，即思維進階的過程。為了更好地運用大概念，幫助學生進一步鞏固所學“空氣能像水、沙子一樣占據空間”，還可以通過制作“噴泉”來檢測學生大概念建構的情況，以及反饋評價教師本堂課的目標達成情況，實現“教—學—評”的一體化。制作“噴泉”這種經典的生活應用既富含科學樂趣，又與空氣占據空間的知識應用緊密相連。

無論是設置問題鏈，在不斷追問的過程中解釋、應用生活實際問題，還是利用實際操作，促進學生實現正向遷移，都是為了幫助學生真正形成大概念，提高學生解決生活實際問題的能力。這也是運用可視化工具，促進學生深度學習的出發點和落腳點。通過課堂教學實踐，筆者發現優化后的課堂，學生的思維參與度更高，每個學生在原有前概念的基礎上，都要經歷“質疑—修訂—實踐探究—再修訂—建立新概念—應用解釋”的過程，而質疑和批判精神是學生科學思維的關鍵。在黑板上呈現每個學生的思維圖像，不僅方便課堂交流研討，而且可以直觀呈現不同學生的思維過程，推動后續的實踐探究。

三、走向基于大概念的單元可視化教學

基于大概念的單元可視化教學是對教師如何教、學生如何學的一次變革。它反映了新課改背景下教師教學理念的轉變，對促進學生思維可視化活動的設計與改進提出了全新挑戰。

首先，教師缺乏思維可視化工具教學應用能力。在大概念單元教學背景下，如何選擇有效的思維可視化工具，以及如何更精準地使用這些工具，對一線教師提出了更高的要求。其次，教師如何快速轉變角色，成為學生學習過程中的引導者、參與者和合作者， 這成為教師需要重點考慮的問題。一方面，運用思維可視化工具開展單元教學體現了教師教學理念的轉變，即從“教什么”到“怎么教”的變革；另一方面，大概念、思維可視化工具教學缺乏完善的教師研修活動，不利于新教育理念在實際教學中的應用。可見，基于大概念的單元可視化教學的探討與實踐任重道遠，需要繼續研究，并在實踐中逐步完善。

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