基于大概念的小學科學大單元項目式學習探索

摘 要：將項目式學習引入小學科學教學實踐，可以為小學科學教學注入新鮮的活力。教師運用大概念思維，從聚焦學科大概念、設定項目主題及學習目標、開展項目式學習活動、制作并完善項目學習成果、進行項目評價等方面，探討基于大概念的小學科學大單元項目式學習的實施策略，可以有效培養學生的自主學習能力和合作學習能力，進而提高學生的問題解決能力和實踐創新能力。

關鍵詞：小學科學；大概念；項目式學習；能量；電磁起重機

中圖分類號：G62 文獻標識碼：A 文章編號：0450-9889（2024）31-0061-05

小學是培養學生科學素養、創新思維和實踐能力的啟蒙階段，小學科學教育旨在為學生未來學習和生活奠定堅實的科學基礎。隨著新課程改革的深入推進，傳統的填鴨式教學已經無法滿足學生多元化、個性化的學習需求［1］。將項目式學習引入小學科學教學實踐，通過引導學生參與具有現實意義和趣味性的科學項目，可以讓學生在解決實際問題的過程中深入理解科學原理，掌握科學方法，培養科學思維。在小學科學教學中，大概念具有高度的概括性和遷移性，能夠幫助學生構建系統的科學知識體系。大單元項目式學習以學生為主體，讓學生在真實情境中通過實踐活動探究某一科學主題或問題。基于大概念的小學科學大單元項目式學習能夠促進學生深入探究科學現象，培養自主學習和合作學習能力，提高問題解決能力和創新能力。然而，在小學科學教學中實施大單元項目式學習面臨諸多挑戰：如何設計具有趣味性和挑戰性的科學項目，如何確保學生在項目中的有效參與和深度學習，如何評估學生的學習成果和項目的實施效果，這些都是值得深入探討的問題。下面，筆者以“制作并改良電磁起重機”為例，探討基于大概念的小學科學大單元項目式學習的實施策略。

一、研讀課標與教材，聚焦學科大概念

《追求理解的教學設計（第二版）》提到，所謂的“大概念”并非指尺寸龐大或者范圍廣泛，也不是指它的基礎性，而是指突破了某一學科領域內核心、重要的理念。大概念的核心是指反映學科本身的特質，具有抽象性、概括性、統攝性和廣泛遷移價值的學科觀念、思想和方法等［2］，有助于學生形成對學科的整體理解和深入探究。無論大概念的意義如何深遠，其價值都需要在具體的課程之中落地［3］。小學科學中的大概念通常涉及物質科學、生命科學、地球與空間科學等領域，這些大概念是科學教學活動的基礎與核心，能夠聚焦學科知識，更能衍生學科知識。教師應對《義務教育科學課程標準（2022年版）》（以下簡稱《2022年版科學課標》）所確定的目標和要求、教材單元導讀和單元學習任務進行深入的解讀與分析，聚焦大概念組織教學內容，采用多樣化的教學方式幫助學生掌握可遷移的學科核心素養。因此，研讀課標與教材是實施小學科學大單元項目式學習的重要前提。

冀教版科學六年級上冊第二單元圍繞“無處不在的能量”主題編排了電、磁、光、動能和機械能等與能量有關的內容，旨在幫助學生全面認識和理解能量的基本概念、形式、轉化和控制以及能量在日常生活中的應用。教材單元導讀要求通過探究有關能量的問題，培養學生發現問題、提出問題、作出假設、設計實驗、實驗觀察、得出結論、溝通交流、反思評價等科學探究能力；激發學生利用新思路、新方法、新材料探究能量的興趣；幫助學生樹立尊重證據、做出判斷的科學態度，形成愿意與他人合作學習、溝通交流的團隊協作意識；引導學生關注科學技術的發展和應用。

本單元以能量為主線，設計了以下重點內容：一是認識什么是能量；二是認識能量之間的相互轉化，探究磁力的大小；三是認識能量轉化過程中的控制方法和原理。依照教材所提出的要點，本單元的大概念是以能量為核心要素，聚焦“能量是驅動世界運轉的關鍵力量”，引導學生結合實際生活案例，辨認何為能量，解析能量的多樣表現形式，研究能量轉化及其控制的方法。明確學科大概念后，教師可以圍繞大概念設計大單元項目式學習活動，引導學生在真實情境中探究科學問題，運用所學知識解決實際問題，提升科學素養和綜合能力。

二、依據大概念和學情，設定項目主題及學習目標

（一）選擇合適的項目主題

大單元項目以大概念為統領，能夠幫助學生在項目式學習活動中構建系統的知識體系。教師應依據大概念和學生的實際情況，設定符合其認知水平和興趣愛好的項目主題和學習目標，確保項目主題既符合課程標準，又能激發學生的探究欲望和學習動力。冀教版科學六年級上冊第二單元的大概念以能量為核心，引導學生系統了解什么是能量，幫助學生認識生活中的能量及其轉化和控制。六年級學生對周邊世界的好奇與求知欲望日益增強，對科學領域表現出濃厚興趣，具備動手實踐和執行實驗活動的基本能力。基于教情和學情，教師設定了由學生擔任小小工程師制作并改良電磁起重機的項目，培養學生的實驗探究精神和動手實踐能力。

（二）科學整合學習目標

在小學科學項目式學習中，教師應將知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀等多個維度的學習目標緊密結合，確保這些目標緊密圍繞大概念和項目主題展開，從而實現概念到目標的轉化。教師以“制作并改良電磁起重機”項目為核心，緊密聯系單元大概念來設定以下學習目標：目標1，培養學生樹立科學的思維方式，鍛煉解決問題的能力，讓學生理解電磁鐵的工作原理，掌握電磁鐵的制作方法，以及電磁起重機的基本構造和操作方法；目標2，讓學生身臨其境地體驗科學探究過程，吸收科學常識，設計并制作電磁起重機模型，享受科學探究帶來的樂趣，逐步理解能量的內涵，學會從能量轉化角度考慮和思考問題；目標3，持續對學生進行學習指導，引導學生分析事物間的因果聯系，測試和改良電磁起重機，學會運用科學探究的方法解決實際問題；目標4，通過制作并改良電磁起重機，培養學生的團隊協作精神與溝通交流能力，以及勇于嘗試、不怕失敗的精神。通過明確的學習目標，學生可以清晰地知道自己在項目式學習中需要達到的標準和要求，從而有針對性地開展學習和探究活動。

（三）合理設計項目框架

為了更好地實施大單元項目，將主項目拆分成一系列子項目，能夠幫助學生更好地理解項目的整體框架和各個任務之間的聯系，降低學習難度，使項目實施具備可操作性。每個子項目都聚焦特定的科學問題或技能點，讓學生在逐個攻克的過程中逐步積累知識和經驗。教師將“制作并改良電磁起重機”項目分成制作簡易的電磁起重機和改良電磁起重機兩個主線項目，其中圍繞改良電磁起重機的主線任務中有改進磁力大小、增加工作時間、增強工作性能三個問題（如圖1）。通過各個項目學習任務的完成，學生能夠深入理解和掌握電磁學的知識，還能在實踐中鍛煉問題解決能力、團隊協作能力和創新思維，為未來的學習奠定堅實基礎。

大概念作為科學知識的核心要素，能夠促進學生對科學現象和規律的宏觀理解，構建系統的科學認知體系。教師緊扣大概念設計項目框架，設計富有挑戰性、趣味性和實踐性的項目任務，形成一個既具邏輯性又具連貫性的學習路徑。通過循序漸進、層層深入的學習流程，學生能夠逐步深入探究科學問題，鍛煉思維能力，培養問題解決能力，從而在項目式學習中獲得成長和發展。

三、開展項目式學習活動，制作項目學習成果

（一）聯系現實生活，創設任務情境

《2022年版科學課標》提出，教師應重視創設學習任務情境，以現實生活中的實際案例引導學生廣泛、深入地參與學習。在項目實施的過程中，教師始終堅持情境化問題解決的教學方式，設計有層次的驅動性問題，引導學生帶著問題進行深度學習［4］。

學生學習了冀教版科學六年級上冊第二單元后，教師播放視頻《淘氣卡車》，吸引學生的注意力。學生發現淘氣卡車的“手掌”就是一個簡易的電磁起重機。此時，教師提出情境化問題“假如你是一個工程師，你能制作并改良一個簡易的電磁起重機，為我們的生活服務嗎？電磁起重機是如何實現能量的轉化和控制的？”，激發學生動手做一做的興趣。教師創設任務情境，將學習活動與生活實際聯系起來，把學生置于熟悉的生活情境當中。學生在任務驅動下，嘗試從不同的情境中內化解決問題的規則和方法，促進知識之間的遷移運用，進而層層深入完成項目學習活動。

（二）網絡搜集資料，設計實施方案

在問題驅動下，學生思考制作一個簡易的電磁起重機需要解決的問題：一是電磁起重機的工作原理和基本構造；二是制作簡易的電磁起重機需要用到的材料。學生在教師和家長的幫助下，通過網絡調查搜集資料，獲取電磁鐵的工作原理、電磁起重機的電路和機械結構等關鍵信息，為設計實施方案提供理論支撐。

設計實施方案是一個系統的學習過程，涉及將學習目標、實施策略、材料資源等要素進行整合，以確保項目或任務能夠順利執行并達成預期成果。在資料搜集的基礎上，教師指導學生設計實施方案：首先，明確制作目標和所需材料，列出詳細的制作步驟；其次，根據電磁鐵的工作原理，設計電磁起重機的電路和機械結構，確保電磁起重機能夠正常工作。經過設計方案、前期研究、材料收集（樂高）等方面的準備，項目學習小組合作完成簡易的電磁起重機的工藝流程（如圖2）。

（三）初步制作簡易的電磁起重機

學生根據制作簡易電磁起重機的工藝流程，以平衡性、承重性、牢固性這三點作為評判電磁起重機制作的標準，用合適的材料制作出一個簡易的電磁起重機模型（如圖3）。在制作過程中，學生親手操作，學會了如何將理論知識轉化為實踐成果，培養了創新思維和動手能力。各小組制作完成后，教師讓學生嘗試操作簡易的電磁起重機，討論發現的問題。

師：同學們，經過操作簡易的電磁起重機，你們發現了哪些問題呢？

生1：我發現電磁起重機靈活性不足。

生2：我發現電磁起重機的磁力不夠，能吸附的鐵制物品不多。

生3：我發現電磁起重機的工作時間不長，很快就沒電了。

生4：我還有發現，由于電磁起重機功率過大，線路出現短路，不能及時檢測故障。

最后，教師引導學生梳理發現的問題，圍繞改進磁力大小、增加工作時間、增強機器的移動能力、精確拾取能力等問題展開探究。從明確項目到設計方案，再到制作簡易的電磁起重機，學生在教師的問題引導下，科學觀念得以樹立，科學思維得到培養。

四、解決實際問題，完善項目學習成果

在小學科學項目式學習中，解決實際問題并完善項目學習成果是提升學生學習能力和創新思維的關鍵環節。面對實際問題，教師應充分發揮主導作用，引導學生尋找解決方案，以完善項目學習成果。學生操作簡易的電磁起重機后，會發現一些實際問題和不足。針對這些問題，學生需要重新審視設計方案，運用所學知識，結合實際操作經驗，進行深入的探究和思考，對簡易電磁起重機進行改良（如表1）。例如，可以通過增加銅線纏繞圈數、優化電路結構、加固起重機支架等方式，改進電磁起重機的性能。

（一）增強電磁起重機的磁力

針對需要解決的問題，項目學習小組提出猜想：可通過增強電磁鐵磁力去改良電磁起重機。于是學生在教師的引導下，分兩種情況選取材料去驗證猜想。第一種情況是改變電磁鐵線圈匝數，選取30匝線圈、50匝線圈、一節電池、鐵釘、若干大頭針等材料進行實驗探究。學生將電磁鐵通電后，發現電磁鐵能吸附起大頭針，電能可以轉化為磁能。學生將30匝線圈更換為50匝線圈，通電后電磁鐵能吸附起的大頭針數量較多，于是得出如下結論：在其他條件不變的情況之下，增加線圈匝數，匝數越多，電磁鐵的磁力越強。第二種情況是改變電池的節數，選取一節電池、兩節電池、30匝線圈等材料進行實驗探究。學生經過實驗后得出如下結論：在其他條件不變的情況下，電池節數越多，電磁鐵吸附起的大頭針越多，磁力越強。學生由此得出啟發，電磁鐵的磁力強弱與線圈匝數、電流大小有關。那么，就可以利用增加線圈匝數或者增加電池節數，來增強電磁起重機的磁力。

（二）增加電磁起重機的工作時間

要想改良電磁起重機，需要增加起重機的工作時間，學生就此問題進行激烈的討論。學生在教師的引導下，回顧科學四年級上冊“讓小燈泡亮起來”的知識，提出：“我們可以給電磁起重機加上一個小燈泡，讓電磁起重機在夜間也可以工作，增加電磁起重機的工作時間。”小組交流討論后，學生進行以下操作：給起重機加上一個小燈泡，用二極管串聯電磁鐵來完成電路檢測的功能，這樣既可以檢測電路又可以節約用電；另外設置一條新的線路，作為夜間照明的功能。如此，增加了電磁起重機的工作時間。

（三）增強電磁起重機工作時的靈活性和準確性

學生是課堂的主體，教師起到引導的作用。針對增強電磁起重機工作時的靈活性和準確性這一問題，教師依舊讓學生進行深入探討。學生討論后得出下面的結論：必須增強電磁起重機的移動能力和精確拾取能力。此前，學生已經通過實驗探究液壓與氣壓的工作原理，以及輪盤傳動和起重機搭建設計。因此，學生利用所學知識，繪制出起重機靈活性改良方案的思維導圖。在思維導圖中展示了電磁起重機的工作效能、機器靈活性的改良流程。根據思維導圖，學生再次進行組裝，制作完成改良版電磁起重機（如圖4），繼而進行項目學習成果展示。

通過不斷的嘗試和調整，學生成功地解決了實際問題，改良了電磁起重機的性能，最終完善了自己的項目學習成果，實現了從理論到實踐的轉化。學生深刻體會到，項目式學習不僅是一個獲取、鞏固知識的過程，而且是一個鍛煉實踐能力、團隊協作能力和解決問題能力的過程。

五、建立科學的評價機制和量表，保障教學質量及學習效果

建立科學的評價機制和量表是小學科學項目式學習活動的重要環節。評價機制應涵蓋知識掌握、技能運用、思維創新、團隊合作等多個維度，以全面評價學生在項目式學習活動中的表現，激勵學生不斷進步，提升學習效果。自評與他評相結合的評價機制以及具體的評價標準和方法，可以幫助學生反思自己的學習過程，明晰自身在項目中的表現、進步和存在的問題，及時調整策略完善自身的學習，提升自我學習品質。同時，科學的評價機制和量表也有助于教師全面、客觀地了解學生在項目式學習活動中的表現，從而有針對性地給予指導和反饋，為后續的教學提供有力的支持。教師根據評價結果調整教學策略，優化教學流程，確保項目式學習活動更加符合學生的學習需求和發展特點。

經過多年的教學實踐和經驗積累，教師應以具體的項目內容建立自評與他評相結合的評價機制，設計相關的評價量表（如表2），從多個維度綜合評價學生在項目式學習活動中的表現。

正面的評價能夠激發學生的學習興趣，使學生更加主動地參與項目式學習活動。當學生看到自己的努力和成果得到認可時，會產生強烈的成就感和自信心，從而增強學習動機。同時，評價有助于培養學生的自主學習能力，促進學生反思學習過程中的不足之處，不斷優化學習策略，提高學習效率。因此，在項目式學習活動中，教師應科學合理地設計評價方案和實施評價，充分發揮評價在促進學生全面發展中的積極作用。

總之，大概念視域下的大單元項目式學習對小學科學教師而言是一項頗具挑戰性的任務。教師需要深刻闡釋課程標準和教材內容，篩選出核心概念，圍繞大概念設計出與學生生活緊密結合的項目式學習活動，確保這些活動既能體現課程單元的共性也能彰顯學生的學習個性。學生在完成項目任務的過程中，學會了如何分析問題、解決問題，以及如何將所學知識運用于實際情境，提升自主學習能力和團隊合作能力，促進科學核心素養的發展。

參考文獻

［1］王振興.讓兒童在游戲中學習：小學語文游戲化教學的思考與實踐［J］.家長，2024（17）：120-122.

［2］馬興偉，馬麗娟，王春，等.大概念統領下跨學科實踐活動設計研究：以“調查家用燃料的變遷與合理使用”為例［J］.中學化學教學參考，2024（17）：24-27.

［3］徐晨來，高翔.大概念統攝的小學科學課程設計與實施探新［J］.課程·教材·教法，2024，44（6）：122-128.

［4］鄧海英，張智.核心素養視域下的初中化學跨學科項目式學習的設計與實施：以“模擬自來水廠凈水器的制作”為例［J］.廣西教育，2023（1）：51-54.

注：本文系廣西教育科學“十四五”規劃2023年度課題“中美兩國小學科學教科書比較研究”（2023ZJY746）的階段研究成果。

（責編 韋榕峰）

作者簡介：陸燦新，1999年生，廣西玉林人，本科，二級教師，主要研究方向為小學科學教學；陳明斌，1974年生，廣西玉林人，本科，高級教師，主要研究方向為小學教育管理。