指向素養提升的科學課程大概念：價值意蘊、設計理念與教學步驟

*本文系2023年北京師范大學教育學部學生工作科研基金資助項目“課程領導力：撬動教師引領教學變革的阿基米德點”（2311307）的階段性研究成果。

收稿時間：2024-02-05

作者簡介：孫友鵬，北京師范大學教育學部碩士研究生，主要研究方向為課程與教學論。

摘要：核心素養時代呼喚對科學課程標準中大概念的精準闡釋。科學課程的學科大概念是科學課程目標的核心要義，也是課程內容的基礎抓手，更是課程質量的評價依據。基于學科大概念的價值意蘊，科學教師在確立大概念的站位高度后，應通過逆向教學設計、單元教學設計和深度教學設計發揮科學課程教學的理解性、整體性和學生主體性，并從統整錨定大概念教學的目標與內容、重視情景探究的大概念深度學習過程、樹立評價導向監測思維與素養提升出發，實現大概念教學在新時代中小學科學教育改革中的落實。

關鍵詞：大概念教學；核心素養；科學課程標準；教學設計

中圖分類號：G42 文獻標志碼：A 文章編號：1673-9094（2024）06-0022-06

《義務教育科學課程標準（2022年版）》（以下簡稱“2022年版科學課標”）明確提出了“聚焦核心概念，精選課程內容”的課程理念，旨在通過對學科核心概念的學習，“理解跨學科概念，培養起科學觀念、科學思維、探究實踐和態度責任等科學課程的核心素養”[1]。科學課程的大概念和核心概念都指向科學學科的核心素養，深刻反映科學學科的本質屬性，但在抽象層次和教學功能上略有差異。核心概念本質上屬于大概念的理論范疇，是科學學科視角下最為核心、最為重要、最為根源的基本觀念，用以統領科學課程內容；而大概念則是哲學視角和跨學科視角下更為宏觀、抽象的普適性概念[2]，用以搭建科學課程框架。盡管2022年版科學課標中采用了“核心概念”的表達，事實上仍是“大概念”的思想內涵。究其原因是目前對大概念的認知眾說紛紜，沒有形成共識，對學科專家來說仍然是一個難題[3]。因此，基于2022年版科學課標的分析，找尋其價值意蘊，開展教學設計，制定評價策略，能夠為理解大概念從課標到教學的轉化路徑、探索做好新時代科學教育的加法提供可行依據。

一、科學課程大概念的價值意蘊

大概念是聚焦學科本質、凸顯學科特征、具備遷移價值的學科理念與思想，是核心素養形成的重要抓手和有力依托。作為“舶來品”的大概念，雖并非由新課標首次提出，但在課程與教學論領域已成為學者研究的重點以及教學改革與課程實施的突破口。目前針對大概念的研究多如牛毛，但并未形成統一的實踐邏輯和教學規范[4]，需要結合課程標準的要求對其發揮的作用和價值進行闡釋。

聚焦科學學科，義務教育階段的科學課程具有啟蒙性、奠基性和發展性等學科特征，是學生培養科學素養、樹立科學精神和掌握科學規律的育人依托，能夠引導青少年建立起從事科學研究的職業理想和探索科學事業的濃厚熱情。科學課程設置的13個大概念，是科學課程目標要求的核心內容，也是促進理解跨學科概念的基礎支撐。2022年版科學課標從13個大概念出發，指向跨學科概念的形成，兼顧綜合課程和分科課程的優點，實現深度學習學科知識和廣泛關注學科聯系的目的，從而助推學生核心素養的發展與提升。

（一）大概念是科學課程目標的核心要義

科學課程的終極目標是培養學生的核心素養，為學生的終身發展奠定基礎。圍繞學科大概念來推動科學課程目標的實現，是一種經濟有效的科學課程組織模式和教學活動開展方式[5]。科學課程目標建立在認識科學本質的基礎之上，而科學課程的學科大概念是解答“科學是什么”“科學本質觀”等問題的關鍵。科學課程目標的制定和表述包含著對科學本質的認識，如作為科學成果的科學理論、“可證實”的知識系統、“可證偽”的知識體系等[6]。從社會文化因素考慮，科學本質其實是一種特殊的社會實踐探究活動，理論知識與技能只是其附屬品和結果。基于核心素養發展，2022年版科學課程標準中提出了科學觀念、科學思維、探究實踐和態度責任四個方面的科學課程目標。

首先，科學觀念目標包蘊著對客觀事物的總體認識，是核心概念和具體概念在頭腦中的組織和呈現。科學觀念的目標實現依托于大概念的理解和進階，并非各種概念和理論的無序呈現和混亂堆砌。其次，科學思維是人腦對科學現象、科學過程、科學結論的本質屬性與相互關系的客觀反映，是學科大概念與科學現象結合的產物。無論抽象概括、歸納演繹、類比推理還是發散聯想，都需要大概念作為基礎來建構科學模型，強化其推理論證，形成系統性思維。再次，探究實踐是對科學觀念和科學思維的落地和發展，彰顯了科學教育的實踐性和活動性。作為一種核心素養能力的探究實踐，旨在通過獲取和運用科學大概念開展技術與科學實踐，從而實現學生實踐創新能力和思維發展能力的精進。最后，態度責任是立足科學本質基礎的情感因素，用以實現科學價值的轉向與個體社會化進程。學科大概念中包蘊的科學、技術、社會和環境等因素是科學態度和社會責任培養的基石，也是科學家精神培育的根源。

（二）大概念是科學課程內容的基礎抓手

科學課程內容圍繞大概念組織展開，以促進學生對學科核心知識、跨學科內容和核心素養的理解與培育。義務教育科學課程是具有實踐性質的綜合課程，依托13個大概念組織課程內容，構建科學課程內容的系統結構與邏輯整體。大概念連同與其相關的實踐活動與科學探究，共同構成了科學課程內容展開的基礎抓手。科學課程內容中的大概念展現了當代科學發展的思維結構，并且能提供大量案例，在教學開展、思維培養和技能鍛煉中與其他概念建立聯系。

首先，為突出科學課程內容的整體性，學科大概念滿足了對科學、工程學等多學科領域的發展需求，能夠成為科學類學科的重要支柱與組織性概念。其次，為滿足科學思維的培養目標，大概念在課程內容組織中承擔起作為理解復雜性概念的基礎性工具和解決現實性問題的重要理念。再次，為實現科學課程內容的生活化與個體性，學科大概念兼顧學生的生活經驗、學習興趣和社會議題的現實動向，與社會和個體的發展建立緊密聯結。最后，為優化科學課程內容的層次性和階段性，學科大概念具有多學段教學實施的可能性和一致性，在學習深度上層層遞進，在復雜程度上逐級增加，實現課程內容的循序漸進。

2022年版科學課標規定的課程內容組織建立在2011年版初中課程標準的“主題”“專題”和2017年版小學科學課程標準的“主要概念”的基礎上。科學課程內容由13個大概念橫向排列組成，大概念之間彼此獨立而又互相聯系。一個學科大概念包含若干個次位的概念，這些次位概念連同核心概念一起構成了科學課程的學習內容。通過大概念整合科學課程內容，能夠加強知識的內在聯系，促進學生對科學的深度理解，并設計出進階的學習內容，滿足學生多樣化、個性化和情景化的學習需求，實現課程內容與大概念的深度融合、有效聯系和靈活融通。

（三）大概念是科學課程質量的評價依據

科學課程的學業質量是對科學內容設計、教學實施和考試選拔測評的重要手段，能夠確保科學課程體系的系統優化。學業質量標準規定了學生學習課程內容后的學業表現，既是對學生學習的評價，反映學生對知識內容的掌握程度，也是對教師教學的評價，映照教師對課程標準的落實程度，更是對課程內容的評價，呈現了課程目標的實現程度。大概念體現了科學學科要求的核心素養，通過對學生正確科學觀、必備科學觀念、核心科學思維的發展助推，構建起核心素養融入課程的重要一環。學業質量標準的制訂和評價需要根據學科大概念的要求和內容，結合結構化的課程目標，從學習結果的角度給出對課程關鍵內容的觀測點位和指標框架。課程目標和學業質量標準共同作為核心素養導向下的綜合評價體系，采用過程性評價、學業水平測試的方式，探索學科大概念在科學課程中的學習深化與實踐落實。

針對學生學習成果的科學課程質量檢測與評價需要有所側重，做到重點突出、目標明確、把握核心。大概念在科學課程學業質量的評價中發揮著舉足輕重的作用，能夠通過最核心的內容、最精華的部分，在有限的教學時間里提高評價效率、優化評價手段、明確評價思路、確保評價實施。基于大概念的科學課程質量評價提供了監測的觀測點和知識的附著點，能夠使原本分散的評價手段整合統一，建立起能夠有機聯系的結構與思路，最終推進基礎科學教育課程教學評價改革與發展走向新的路徑和圖景。課程評價作為學科學習質量監測的指示器與指揮棒，在明確學科大概念的過程中能夠有效凸顯科學學科的本質內涵與內在邏輯，有助于減輕學生學業壓力，把握科學學習主線。

二、科學課程大概念的設計理念

（一）為理解而教：逆向教學設計內化科學核心素養

基于學科大概念的科學課程教學設計是培養學生核心素養與實現科技育人目標的重要支撐，而傳統的科學課堂教學設計缺乏對課標、教材及單元的整體把握和系統整合，存在為知識而教、為教學而教的傾向。這樣的教學方式容易造成學生的理解片面和知識的簡單堆砌，給核心素養的培育帶來巨大挑戰。因此，“為理解而教”應當成為學科大概念的教學設計理念與路徑，轉變教學方式，整體開展教學。美國課程與教學論專家格蘭特·威金斯和杰伊·麥克泰格提出了教學設計的UBD（understanding by design）思維方式，致力于為學生提供理解框架，并揭示與教學內容相關的大概念[7]。基于這一理論，科學教師應當采取高效、優質的手段設計課程活動，從關注預計結果展開教學設計的邏輯，從期待學生學會的內容出發，逆向設計“如何促使學生學會”的教學過程[8]，即所謂的“逆向設計法”，專注設計最有可能實現結果的內容和活動。

從發展的角度來看，科學課程的大概念在從“雙基”到“三維目標”再到核心素養的理念變化的過程中，始終處于教學環節的重要地位，而科學核心素養則是在前者基礎上體現科學學科的核心本質。科學課程的基礎知識和基本技能當中的“基”，實際上就是科學課程的核心思想。基礎知識和基本技能歸根結底就是指向科學學科本身的大概念，同時也是學習核心內容與大概念必需的基礎儲備和發展橋梁。“三維目標”中的知識技能、過程方法、情感態度價值觀，是從知識層面、過程層面和情感層面提出的對學科基本的認識與掌握，其中暗含了基礎與核心的說法，因此也包含著大概念的范疇。換言之，以大概念為核心的素養目標就是升級版的三維目標，從認知、技能和情感維度引領核心素養的發展方向。

（二）為整體而教：單元教學設計融合科學核心素養

科學課程具有整體實施的特征與需求，科學教師應當樹立整體意識，從大概念出發進行大單元教學設計。處于中心地位的大概念能夠向外整合實踐經驗、向上整合下位概念、向下整合外圍概念，成為書本知識與核心素養的關鍵橋梁和重要中介，也能和單元教學配套，構建“課程－單元－課時”的下沉通道[9]，將核心素養落實到每一節課。首先，大單元教學設計對整個科學單元的內容進行全面概覽與綜合理解，使學生對整體的學習內容有初步感知和總體把握。其次，從提出問題、分析問題和解決問題的流程展開科學思維的訓練，引導學生自主學習、合作學習、探索學習。最后，通過單元達標檢測和個人總結評價及時查漏補缺，通過單元學習的總結和反思實現大概念的融入和理解。

事實上，大單元教學設計效果最優化的關鍵在于“整”。從大概念的整體導向出發，掌握單元內部的內容層次和教學梯度，制定精準明確的單元內部小目標，落實好大概念與大單元教學的配套實施。需要注意的是，大單元教學主張通過“少而精”的學習模式，整合跨學科內容和跨單元學習的內容，避免惰性知識影響單元之間的知識遷移。具體而言，科學課程的大單元教學設計要從單元課時、目標、實施、評價和過程五個方面著力，運用大概念的落實引向知行合一的學習。此外，大單元教學設計也是一種認知傾向，要求落實到每一位科學教師的日常教學中去，推動教師重新思考角色定位，從割裂化、碎片化的教學主體轉到整體性、全盤性的教學主導，實現專業精進與發展。

（三）為學習而教：深度教學設計深化科學核心素養

教師只是學生科學核心素養培育的引導者，學生才是參與科學活動與課程學習的主角，這是深度學習的理念共識。深度學習的本質不在于高深的題目、廣闊的知識，而是強調對學科本質的掌握，能夠在現實世界中創造和運用新知識。相對于淺層學習，深度學習重視知識理解的遷移和教學手段的運用，是一種具有探尋意義的學習。深度教學是實現學生深度學習的助推，是一條通往以學生為中心的、卓有成效的、引人入勝的課堂的道路。正如美國國家年度教師獲得者莎娜·皮普斯的經驗，將科學教育課程的課堂開展與深度教學的設計相結合，用蘇格拉底式提問法組織深度教學設計[10]，可以實現學生的深度思考和科學發問。

在深度學習與教學變革的聯結方面，翻轉課堂先驅喬納森·伯格曼通過探索深度學習的挑戰、可能性和教師的教學應對，分析了翻轉課堂模式在優化教師教學設計，實現學生深度學習的價值和策略[11]，為科學教師的深度教學設計提供了可能的途徑與模式的轉向。以學生為中心的教學設計體現了深度學習與大概念教學之間的高度適切，這樣的設計帶來的是觸及科學課程本質、概念核心內容和學生情感深處的教學，彰顯出科學課程深度教學的層次性、深刻性和交融性，最終體現在學生的深度能力發展和知識體系建構上。

三、科學課程大概念的教學步驟

大概念對科學課程的目標、內容和評價都具有深刻意蘊，是深度學習和優化教學的重要憑借和基礎支撐。科學教師應在設計理念的邏輯建構中明確清晰和具體的大概念教學步驟，在動態教學實施和深化教學改革中發揮大概念的引領作用和助推力量。

（一）內容統整：錨定概念化的科學課程目標達成

科學教師要基于課程標準的理念設定和目標追求，對教材的內容要求和體系建構進行深度的分析和資源的協調，統整好面向素養提升的教學內容，不要做游走于文字之上的分析師，而要做教學內容文本的知音[12]，在每一課時開始前的備課和練課中提煉出核心概念、尋找出核心問題、歸納出核心邏輯、梳理出核心流程，概括出與學科大概念相聯系的科學實驗與科學探究等內容。

為達成這一目標，教學要將單元目標的設計融入其中，避免應試化傾向以及目標與手段的混淆。教師可以運用診斷性評價，如談話、提問、概念圖、思維導圖、導學案等方式，精準捕捉學生理解中的薄弱點，并思考如何解決學生在前概念中的疏忽和不足等問題。以教科版小學科學二年級上冊第一章第六課《不同的季節》為例，這一課的大概念是“宇宙中的地球”，重要概念是“地球圍繞太陽公轉”“一年四季對動植物和人類生活的影響”。在教學中，如果老師過多強調有關太陽和地球的科學知識，往往會導致學生對科學內容的孤立理解和片面看待，所以教師應該以大概念為統領，從上到下建立起概念在單元、課時中的聯系與連接，通過具體內容的有機組織培養科學思維。

（二）探究驅動：助推情景式的科學教學主體參與

大概念統領下的科學課程教學需要以科學探究和科學實驗為第一驅動力，助推生活情境和學習情境中學生深度學習和全面理解的實現。首先，在教學實施過程中，教師應當充分利用科學教育資源，在教材規定學習內容的范圍內豐富教學空間，引領大概念在多樣化、情景式的教學活動中得以體現。其次，教師開展教學時要把握好整體性和科學性，不能將大概念通過講授或者討論的方式告訴學生，而是通過問題驅動、情景模擬、理解為先的模式指導學生感知、思考、掌握和運用大概念。最后，無論科學知識講授，還是科學實驗開展，教師始終要努力給學生創造真實的生活場景，打通課本和生活之間的通道，突破學習與運用之間的壁壘，做到“用以致學”，真正培養學生的科學核心素養和問題解決能力。

同樣以《不同的季節》為例，為實現大概念指引下的深度學習，通過探究歸納季節特點和生活情境動手制作，為學生呈現春夏秋冬的季節場景。通過引導學生動手制作四季物品禮盒，實現學生的深度思考和“做中學”的理念，在核心素養的導向中實現對大概念的學習和理解。由此可知，大概念具有的統領性、遷移性和應用性是教師開展科學課程活動和教學設計的著力點和抓手，從指向大概念理解的素養提升出發，落實課程內容的開發與學習活動的驅動。

（三）評價導向：統整多主體的科學活動過程監測

“教-學-評”一體化是科學教育發展的新倡導和新需求，是基于大概念學習的成效監測和結果評估，也是對學生學習效果的檢驗和教師教學成果的評價。科學課程教學的評價應當包括診斷性評價、過程性評價和終結性評價，在各個評價階段都應該融合大概念的引領、教師的教和學生的學。同時，學生應當對學習進行評價，包括“學習性評價”和“學習的評價”，前者屬于過程性評價，后者屬于總結性評價[13]。

以教科版小學科學六年級上冊第二章第一課《我們的地球模型》為例，可通過小組科學研究和模型制作的方式完成科學大概念和思維的提升與掌握，最終在評價設計上采取師生評價、小組評價和個人自我評價相結合的方式，充分滿足學生的科學學習需求，促進評價主體向學生的轉變，引發學習者對前概念和已有認知經驗的批判與反思。在教學實踐中，需要對大概念與其他概念和知識的融合進行評價。在評價類型和方式中都應充分關注真實情境，做到“評價即教學”“評價助教學”，催生學生的高階科學思維與學科核心素養，助推“教-學-評”一體化發展的科學課堂學習走向新樣態。

當下中國的課程與教學面臨著新的改革趨向，要從教知識和技能轉向培育素養和發展質量，而學科大概念則是指向核心素養培養的關鍵手段與重要路徑。教育部等十八部門頒布的《關于加強新時代中小學科學教育工作的意見》，是中小學科學教育的發展春天與嶄新機遇[14]。必須通過新的教學理論與實踐提升學校科學教學質量，為科技后備人才培養形成“大科學教育”的發展格局。

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責任編輯：趙赟