基于大概念的實驗項目設計實踐探索

摘 要：在落實核心素養以及當前教學改革的大背景下，基于大概念理念設計實驗項目成為當今實驗教學的新路徑。通過對當前高校實驗教學出現的實驗教學碎片化、缺乏統整性等問題的梳理分析，提出基于大概念的實驗項目設計實踐路徑，主要包括五個步驟，分別是設置真實問題情境；提煉學科大概念，確定核心實驗項目；進行分層結構設計，設計分層實驗項目；重視培育學生思維能力；大概念理念下的多元評價。探索實驗項目設計的實踐路徑，得出大概念統領下實驗項目設計的相關啟示，為一線教學提供一定的助力。

關鍵詞：大概念；實驗項目；設計路徑

中圖分類號：G642" 文獻標識碼：A" 文章編號：1673-260X（2024）03-0086-05

9月16日出版的第18期《求是》雜志發表了國家主席習近平的重要文章《扎實推動教育強國建設》。文章指出，黨的二十大報告把教育科技人才單獨成章進行布局，吹響了加快建設教育強國的號角[1]。可見國家賦予了教育科技人才重要地位，培育科技人才，高等教育是主力軍。近年來，高校重在培育學生核心素養與創新能力。促進發展學生核心素養與創新能力的要求已經受到各門學科的重視，但在實驗教學方面還有待提升。當今實驗項目設計與理想化的教學還有一定的差距，如實驗項目設計的碎片化、學科融合綜合能力的培養不足等。學生接收的知識較為碎片化，實驗設計缺乏統整性，不利于學生形成整體化的能力。教師大多著眼于細小具體的知識點設計實驗項目，學生很難從實驗項目的完成過程中獲得思維的提升以及核心素養的發展。另外雖然大部分學生能夠滿足畢業要求的能力與素養，但在真實情境的社會實踐中仍有部分學生難以滿足社會需要，這也顯示出了教學過程中實驗項目設計的一些問題。近年來，大概念作為一個新的研究熱點出現，大概念具有統整性和少而重要的特點，強調知識之間的遷移性。有效利用大概念可以解決上述問題，實現實驗項目設計的統整性、創新性等。因此如何有效運用大概念理念進行實驗教學，培育學生實驗教學核心素養是當下值得我們思考的問題。為解決這一問題，本研究提出基于大概念的實驗項目設計路徑，突出體現實驗教學的特點，追蹤整個教學流程，真正有效實現提升學生的核心素養。

1 文獻綜述

1.1 大概念的相關研究

對大概念的研究最早要追溯到心理學領域。奧蘇貝爾（Ausubel，D. P.）的意義學習理論提到學習的重點在于學生對概念的學習和有意義的接受，并將概念分為要領概念和附屬概念。其中要領概念位于整個概念體系的上層，具有整體性。這里的要領概念與大概念在意義上已經有很多相似之處。布魯納（Bruner，J. S.）提出結構教學理論并提到掌握學科知識結構是學生學習的核心，而學科知識結構的學習離不開“一般概念”，“一般概念”是指基本的核心的，具有強適應性的概念[2]。這里的“一般概念”與大概念也有很多相同的含義。大概念發展至教育領域是以懷特海（Whitehead，A. N.）為起始點，他認為“惰性觀念”對學生有害，我們應該教授學生少而重要的觀念，使這些觀念形成新的組合。隨后，1998年威金斯（Wiggins，G.）與麥克泰格（McTighe，J.）在其《追求理解的教學設計》一書中正式地對大概念的相關論述進行闡述，激發了諸多教育研究者的研究興趣。自此各個學科教學也都開始關注大概念的研究，起初對大概念的研究還主要集中在科學教育方面，現階段各個學科均有對大概念的相關研究。

在研究的主要內容上，分為理論與實踐兩個部分且以實踐為主，主要集中在概念界定、大概念單元教學、大概念教學模式幾個方面。作為一個舶來詞，大概念的英文是big ideas，一部分人將其翻譯為“大概念”，如崔允漷、賴麗珍等人。也可翻譯為“大觀念”，如呂立杰、韋鈺等人。對于大概念的內涵，不同的人有不同的見解，威金斯和麥克泰格指出“大概念是重要的、持久的，是構建理解的支撐材料，也是能夠連接碎片化知識的有意義的模式[3]”。在《以大概念理念進行科學教育》一書中，哈倫（Harlen.W.）指出大概念是有組織有結構的科學知識和模型。雖然觀點眾多，但這些觀點都能體現出大概念的特點，即少而重要，具有統整性及生活價值。結合大概念的特點研究學者多將視角放在大概念進行單元整體教學上，劉徽在其論文中梳理了單元整體教學的邏輯理路，闡釋了大概念的內涵、分類、生成以及以大概念為核心的教學目標，最后提出了大概念視角下單元整體教學設計的關鍵步驟[4]。大概念的教學模式方面，國際上常見的教學模式有三種，分別是“金字塔模式”“系統網模式”和“線性鏈模式”。國內學者對大概念教學模式的研究則分為兩個部分。一方面與學科教學結合，提出常見的三種教學模式的應用案例。另一方面結合大概念的特點，從培育學生核心素養或幫助教師重組教學內容提升教學效率的角度出發建構新的教學模式，如李剛和呂立杰設計建構了基于大概念的七步框架課程模式（SFCBI），主要步驟包括選擇“單元主題—篩選大概念群—確定關鍵概念—識別主要問題—編寫單元目標——開發學習活動—設計評價工具”[5]。邵朝友、崔允漷提出了意在培育學生核心素養的五項關鍵行動，即選擇核心素養等既有目標、從既有目標中確定大觀念、依托大觀念形成一致性的目標體系、基于大觀念的學習要求設計評價方案、圍繞主要問題創設與組織學習活動[6]。

1.2 大概念與實驗教學相融合的相關研究

實驗教學領域，基于大概念理念進行研究的主要內容分為四個方面，基于大概念理念的實驗教學設計創新、教學模式的創新、培育學生核心素養以及基于大概念進行復習課型設計。

在大概念實驗教學設計創新方面，周共暢在其文章中通過設計4個創新實驗活動，將新人教版教材“乙烯與高分子材料”知識所包含的大概念核心顯性化的呈現給學生，并對比分析了教學效果，最后給出了教學建議[7]。韓曉、王朝暉二人則是選擇了大概念的下位概念“學科大概念”，以“肥皂的制備”為例，設計“控制變量法探究肥皂制備條件”“乙醇和食鹽在肥皂制備中的作用”“棕櫚油和花生油在肥皂制備中的差異”等3個任務，將肥皂制備的實驗內容與“化學實驗體系三要素”“物質組成結構決定物質性質”等化學學科大概念建立聯系，為認識和研究相關有機制備實驗問題，提供認識角度和思維路徑[8]。

基于大概念培育學生核心素養方面，劉品格根據建構主義學習理論，把解決實際問題看作學習者在原有知識經驗的基礎上產生意義、建構理解的學習過程，則大概念理念下的實驗設計教學能更好地將“原有知識經驗”與學生在解決問題中生成的“新知識”加以聯系形成系統的知識理論體系，反之有益于科學思維、科學探究素養的提升進程[9]。

大概念教學模式與實驗教學的結合。如鄧彰超、郭巍丹基于大概念視角下STEM教學模式，設計和實施了STEM“溫室栽培”項目，項目旨在培養學生理解和應用“溫室栽培”的相關學科概念知識，提出“溫室栽培”建造系統方案和動手搭建實體模型，并在其他情境中拓展“溫室栽培”的原理知識[10]。

基于大概念進行復習課型設計。柏品良、邵春雷二人將大概念的理念與化學實驗復習相結合，結構化化學實驗復習的內容。實驗復習要從學生學習需要出發，以學科大概念為中心，打破教科書原有順序的限制，對實驗內容進行整合優化，促進學生學習內容的結構化、系統性構建，實現從化學實驗知識向學科核心素養的轉化[11]。

整體來看，對大概念的相關研究多集中在進行課程設計上，大概念相關教學模式不能夠體現學科大概念間的差異性，教學模式不能夠結合課程特點或學科大概念的不同類型進行創新。為解決這一問題并真正做到提升學生核心素養，本研究提出基于大概念的實驗項目設計路徑，突出體現實驗教學的特點，追蹤整個教學流程，真正有效實現提升學生的核心素養。

2 基于大概念理念的實驗項目設計路徑

基于大概念理念的實驗教學，依然要以學生為主體。教師發揮統攝作用，需要將大概念與實驗項目設計相融合，結合教師個人的學科教學知識在教學中將此理念落到實處。因此本研究將大概念理念下的實驗項目設計路徑分為五個步驟，設置真實問題情境；提煉學科大概念，確定核心實驗項目；進行分層結構設計，設計分層實驗項目；重視培育學生思維能力；大概念理念下的多元評價。下面分別對各個步驟進行細化分析。

2.1 設置真實問題情境

2016年6月3日，世界教育創新峰會（WISE）與北師大中國教育創新研究院在北京共同發布了研究報告《面向未來：21世紀核心素養教育的全球經驗》。該報告以世界24個經濟體和5個國際組織公布的21世紀核心素養框架作為分析對象，可見核心素養已經被全球各國所提倡。核心素養也就是必備品格、關鍵能力和正確價值觀。而素養是在人的活動中形成、發展和顯現的，檢驗學生的核心素養就要在與素養相關的活動中實現，也就是解決問題[12]。這里的問題指向的是現實世界中的問題，區別于書本中缺乏情境的問題，因此要培養學生的核心素養更應強調解決現實世界問題的能力。與應試教育相比，培養學生核心素養更突出的特點也就是真實性。這一點大概念理念中也有強調。基于大概念的教學看似指向的是對核心概念的掌握，其實不然，實際上我們是想通過學生對核心概念的掌握，能夠在真正理解的基礎上，實現遷移，真正能夠運用核心概念在真實情境中形成實踐運用的能力，這種能力才是我們迫切需要的。也有研究學者把遷移作為教育的最終目標，珀金斯等人將遷移按照任務的相似性分為了兩種遷移，一種是低通路遷移，新任務與原任務差異性較小；一種是高通路遷移，新任務與原任務差異性較大，且與現實世界聯系，通過高通路遷移實現創新。我們追求的正是高通路遷移的實現，因為遷移的最終目的是解決現實情境中的問題，而高通路遷移的實現也就意味著現實情境下問題的解決。

素養的內核是真實性，也就是解決現實世界的真實問題，大概念的特點之一是強調遷移性，也是強調真實情境。那么基于大概念理念培養學生核心素養，切入點也就是真實問題情境，在此基礎之上實現情境問題的解決與遷移。因此實驗項目的設置要從真實情境出發，滿足社會或現實情境的需要。

2.2 提煉學科大概念，確定核心實驗項目

分析總結不同專家學者的觀點，從兩種視角出發，一是自上而下提取，二是自下而上提取，總結得出提煉大概念的四種途徑，即人才培養方案或課程標準、專家思維、生活價值以及學生個人發展的需要。

2.2.1 人才培養方案或課程標準

不論是人才培養方案還是課程標準，都是某一學科課程的綱領性文件和要求。因此從人才培養方案和課程標準中是最適合也最容易提煉大概念的。

2.2.2 專家思維

大概念反應專家思維，大概念也是專家思維的來源之一。專家思維是與專家結論相對立而談的，專家結論指向要求學生必備的知識和技能。然而若只掌握結論性的知識與技能，在面對問題時，學生難以很好將所學遷移運用。專家思維則相反，專家思維運用同類事物中的核心概念串聯問題，學生掌握專家思維即可在真實情境中運用其思維方式解決問題，展現其核心素養，實現素養的提升。

2.2.3 生活價值

生活價值要聯系學校教育與現實情境。以教育信息技術為例，在實際課堂教學中，教育信息技術以輔助課堂教學的地位出現，這要考慮到實施課堂教學的主體對教育信息技術中大概念的理解與在現實情境中的運用，并與真實世界相通。如，教育信息技術課程中對相關信息技術軟件的使用獨立于課堂環境，而在真實教學情境下，信息技術軟件要與教學設計、課堂實際情況等相結合發揮其輔助課堂教學的作用。

2.2.4 學生個人發展的需要

教育信息技術多面向師范生授課，面對工作及就業時，師范生要具備基本的教學技能，在教育信息技術的課程上，一是掌握教學設計的基本方法，二是熟練使用軟件完成配套教學資源的制作。因此，從學生個人發展需要方面也可提煉大概念為基本的教學技能。

明確提煉學科大概念的途徑后，也要明確大概念的基本形式。劉徽在其論文中指出，大概念有三種表現形式，可以是抽象概括出的概念、表示看法的觀念，也可以是沒有確定答案的論題。以教育信息技術課程為例，闡釋三種形式的具體表現如下。

概念是對具體事物的性質、特點等的抽象概括，可以理解為“大概念”的狹義理解。教育技術就是教育技術學學科當中的重要概念之一。它的含義可以概括為教育技術是通過創造、使用和管理適當的技術性過程和資源，是促進學習和提高績效的研究和符合倫理道德的實踐。大概念是整個認知結構網絡的中心點，它聯系學科概念和其他小概念。在教育技術這一概念之下，就還包括一些小概念，如信息媒體技術等。

觀念表示的是觀點看法，一般多為短句并且能夠闡釋概念與觀念之間的關系。如現代教育技術可以有效地促進學生科學思維能力的培養。相較于概念，觀念更容易理解。因此可以考慮在教學時先從觀念入手，在學生認知結構中建構觀念之間的聯系。這樣有助于學生理解更具抽象性的概念。

當一些概念沒有確定且唯一的答案時，就定義為論題。如熟練使用信息技術軟件完成配套教學資源的制作，其中對熟練的程度定義不同，則形成論題。

總的來說，融合多種提取路徑，轉化為多種具體形式，明確核心實驗項目，據此設計分層實驗項目，逐層細化，實現實驗項目的分層設計。

2.3 進行分層結構設計，設計分層實驗項目

設計分層實驗項目從兩個維度出發，一是縱向上分層細化實驗項目，二是橫向上跨課程設計實驗項目。

從縱向上來說，確定了核心大概念后需要將大概念細化為小概念，需要確保將小概念真正落實在課堂中。細化知識結構，形成知識結構網絡。以教育信息技術課程為例，運用知識圖譜構建知識結構框架，并根據教學進程逐步構建學生認知結構的知識圖譜，實現個性化評價。

依據課標或課程大綱明確教學目標，分析教學重難點，并根據奧蘇貝爾逐層細化融會貫通的原則來列舉知識結構。這一步驟主要分為兩個部分，一是知識點的重組，二是知識節點的建立。將知識點由內容層的具體知識轉換到認知結構層的抽象概念，再將概念根據學情及學生認知結構特點等進行打亂重組，最后結合應用層實現遷移運用。

知識節點的建立過程包括知識的獲取、知識的保持與知識的應用。將內容層的具體知識轉換為知識結構層的抽象概念后，教師對原概念進行講授，而學生思維層面對概念的掌握則是知識節點的建立過程，正遷移的發生形成正確概念，負遷移的發生形成錯誤概念，在對錯誤概念糾正后逐步形成正確概念。最后則要將對概念的理解放到應用層面，運用情景化問題加以實踐，實現學生知識圖譜中知識節點的建立。

從橫向上來說，跨課程實驗設計要明確兩門及以上課程的課程大概念，逐層細化進行知識點的重組與建構，選擇相關概念組合設計實驗項目。一方面加深學生對原有知識的理解與掌握，提升學生對知識的遷移掌握能力，從縱向上保證認知結構網的厚度與立體性。另一方面也能夠拓寬學生的認知結構網，增加認知結構網絡中知識節點的數量，從橫向上增強學生認知結構網的緊密程度。如對漢語言專業的師范生，可以將教育信息技術與語文教學設計與實施兩門課聯系起來，設計跨課程實驗項目，檢驗學生對兩門課程的理解與掌握能力的同時，也能考驗學生對兩門課程核心知識的遷移與綜合運用能力，培育學生的綜合性素養。

2.4 重視培育學生思維能力

林崇德教授曾提出，落實核心素養最關鍵的是培育學生思維能力。一般的實驗項目設計意在檢驗學生對抽象知識的理解，培育學生的實際操作即動手能力。但從學生視角來看，學生的思維受到限制。學生只注重單一實驗項目的創新，追求單一實驗項目的要點與結論，很難從專家思維上思考多個實驗項目之間的聯系與區別。因此，教學過程中，除了基本的實驗教學以外，教師還要有意識地培養學生專家思維，引導學生思考實驗項目設計的意圖，既能從宏觀上得到實驗項目設計的意圖、了解各個實驗項目之間的轉化與融合，又能從微觀上追求實驗項目的結論與創新點。引導學生在面對真實的實驗問題情境時，自覺地運用宏觀和微觀兩種視角、運用科學的思維方式審辯式的思考問題，解決問題。引導學生像實驗專家一樣思考，體驗大概念統領下實驗設計中所蘊含的反映學科核心內容的核心思維。思維能力的培養既要關注邏輯思維、創造思維等，也不能忽略批判性思維，即反思性思維，能從實驗項目的設計完成中，不斷的歸納總結并反思，才能在思維能力的各個維度產生變化和提示。由此，從培育學生思維能力的角度出發，才能更好地實現實驗教學效果最優化。

2.5 大概念理念下的多元評價

多元評價體現在多元評價方式與多元評價主體兩個方面。評價方式上采用總結性評價、表現性評價、個性化評價等；多元評價主體指教師評價、學生評價、生生互評等。

對與知識結構相鏈接的測驗進行分析，得出學生端個性化知識結構建構圖。評價主體為學生，學生自評，對知識結構建構圖理性分析，找到節點連接薄弱處，運用元認知策略及時復盤，同時教師引導學生對個人薄弱的知識節點及時進行反思，從而指導后續教學。

與總結性評價相結合，課程最終成績由課堂表現、平時測驗以及期末考試構成。UbD（Understanding by Design）理論倡導以表現性任務為主要形式，替代傳統的紙筆測試。表現性任務的特征之一是教師創設情境，設置情境化學習任務，檢測學生在新情境下的學習表現。表現性評價主要采用學習量表的方式來評價學習任務。量表的特點是既體現對學生的指導作用又有對學生的激勵作用，評價指標也意在讓學習目標具有針對性。表現性評價一般貫穿在實驗教學過程中，考驗學生對大概念的理解及對遷移運用的能力。具體情境學習任務的設計，如特定情境下教學設計的制作、多媒體課件的制作等。

運用多元評價方式，多種評價方式與評價主體相結合，建構多維度評價體系網絡，真正展現大概念教學的真實效果以及每個學生的理解、掌握和遷移的情況，對學生的知識、技能及情感態度價值觀進行全方位評價和反饋。

3 結語

核心素養時代下，需要我們培養全面發展的人來適應當今快速發展、變化多樣的世界，教學方式和教學內容都需要改變以往碎片化、零散式的學習。大概念理念下的實驗項目設計路徑的探索能夠聚焦當下教學改革和落實核心素養的“質量”等問題，實現高效的實驗教學，實現立德樹人的根本目標。通過“設置真實問題情境；提煉學科大概念，確定核心實驗項目；進行分層結構設計，設計分層實驗項目；重視培育學生思維能力；大概念理念下的多元評價”的整體路徑的設置，幫助學生對實驗項目形成整體的認知，獲得認識事物、解決問題的思路和方法，從而促進學生的全面發展。

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