大概念理念渗透下小学科学教学探究论文
摘要：2017年修订的《义务教育小学科学课程标准》对大概念理念下的小学科学教学进行了强调。在小学科学教学中渗透科学大概念， 应在横向拓展中建构知识体系， 在纵向深入中建构科学方法， 在螺旋递进中建构层级概念， 以帮助学生广泛、系统地吸纳知识， 快速有效地运用知识， 建立一个完整的世界理解与认知， 初步形成科学态度、掌握科学方法、理解科学精神， 构建出一个健康、协调发展的基础。
关键词：小学科学； 大概念； 教学策略；
2017年伊始， 新修订的《义务教育小学科学课程标准》正式出台， 相较于旧版课标， 主要在6个方面进行了重点修订。除却广受关注的低年级的课程确定恢复以外， 还涉及到学科素养、课程目标、教学内容、理念变革等方面的修订。在重点修订内容中， 所涉及的科学教学要基于大概念基础实施的理念也是颇受关注。
《义务教育小学科学课程标准 （2017年版） 》中具体详细地列出了18项科学大概念， 其中物质科学领域6项， 生命科学领域9项， 技术与工程领域3项， 并这样写道：“教材的整体设计要呈现出不同科学知识之间的关联， 一些科学知识之间存在逻辑顺序要利于学生感悟这种顺序。某些知识之间存在着非本质的内在联系， 这种联系体现在相同的内容领域， 也体现在不同的内容领域。帮助学生理解类似的实质性联系， 并根据学生年龄特征与知识积累， 在遵循科学性的前提下， 采用逐级递进、螺旋上升的原则进行进阶性的教学， 展示科学知识的整体性和科学方法的一般性， 这是科学教学的重要任务。”[1]
《义务教育小学科学课程标准 （2017年版） 》对大概念渗透科学教育的强调痕迹非常明显， 那究竟什么是大概念呢？为何要强调大概念？而大概念理念又将如何渗透到我们日常科学教学中呢？就相关问题笔者尝试进行研究， 希望能为一线小学科学教育工作提供一些教学参考。
一、科学大概念及其内容
科学大概念和日常教学中提及的“概念”和“科学概念”均有所不同， 它是可以适用于解释和预测较大范围内的物体和现象的概念， 它是能够整合众多科学知识的科学学习的核心。与其相对应的概念称之为小概念， 小概念是只能运用于特定观察和实验的概念。在科学学习过程中， 碍于科学知识的综合性特征， 我们无法学习完所有的科学知识。因此， 我们试图通过趋向于核心概念的进展过程来解决这一困难， 把这些概念称为科学上的大概念。科学大概念是在具体科学概念的基础上形成的， 对科学事实和科学事业更为宏观而具概括性的认识和观念[2]。
大概念主要包含两个内容——核心概念与共通概念。核心概念是在物质科学领域、生命科学领域、技术与工程领域具有统领作用的概念， 它是侧重于统一学科内部的重要概念[3]。它是科学教学活动中的基轴与核心， 是能把零散的科学知识串珠成链的金丝线， 能帮助学生理解和研究更复杂、更难解决的问题的关键知识， 能在多个年级中进行主题式的持续教学， 从而实现教学的螺旋式上升和层级性攀爬。因此， 核心概念既是基础也是内核， 能聚焦学科知识， 更能衍生学科知识。共通概念则是侧重于不同学科之间共同涉及的概念， 它是多门学科内部概念的同一体现， 可以帮助学生将不同学科领域中相互关联的知识组织成科学、连贯、条理清晰的对客观世界的认知[4]。
二、大概念渗透教学的意义
早在4年前美国颁布的《新一代科学教育标准》中就已提出：“科学教育内容要围绕科学大概念来组织与实施。”将大概念理念渗透教学中究竟意欲何在呢？笔者认为大概念理念指导教学至少有以下两项优势：
1、 广泛、系统地吸纳知识
科学是一门集物理、化学、生物、天文、地理等多学科于一身的综合性学科， 学科知识范围广， 密度大。事实上科学知识本身就是成几何级数增加的， 所以无论是教师还是学生， 在有限的学习时间内所能教或学的知识是非常有限的。而大概念理念渗透下的教学方式可以引领学生实现一个趋于核心概念的进展过程， 有助于学生建构一个蛛网式的， 具有关联性、发散性的知识领域。在这个系统中， 学生能够接触与思考以核心概念为内核的、更为宽泛的学科知识体系， 从而帮助学生举一反三、触类旁通。让学生身处完整与全面的体系中学习， 能促进学生整体思维能力的形成， 这样的教学方式可以促进学生更广泛、更高效地吸纳知识。
2、 快速有效地运用知识
在《人是如何学习的》一书中提到了专家与新手的差异， 当他们完成相同的任务时， 专家与新手所反映出的水平差异很大。专家之所以能够高效地完成任务， 原因就在于相较于新手， 专家在特定的领域中具有系统而完整的专业知识体系[5]。可见， 宽泛的知识体系有助于增加学生对有意义的信息模式的敏感度， 决定了其所关注的事物能否在特定的环境中进行快速有效的理解、记忆、组织、推理、再现及运用。
三、基于大概念的教学策略
有研究表明， 学生在接受正式的科学教育之前， 其脑海已经存在“相对原始却又并不准确”的初始概念， 我们称之为前概念。前概念在学生的脑海中以一定的“结构”形式所存在， 但这种结构更多的是以表象的形式存在， 而对内在学科本质的理解还是需要通过全面、多元、深层的学习去获取。如今， 由于学习环境的改变， 学生的成长经历与以往相比发生了很大的变化， 沿用传统的教学方式难以满足学生的成长需求。因此， 需要我们在教学过程中根据学生的特点及需求去建构以大概念为基础的教学结构， 以此来促进学生对科学本质的理解和科学素养的培养。日常所进行的学习活动如何依托大概念理念进行实施？其实是取决于我们的教学法——如何帮助学生进行内容扩展与关联， 在此笔者提出三个策略：
1、 在横向拓展中建构知识体系
教学中如何避免科学知识的碎片化与零散化？教师有意识地依托大概念， 为学生建构完整的学科知识体系是一项有效的措施。只有这样， 才能确保学生获得关于科学及生活的图像， 并由互为关联的物体组合而成。正如一栋高楼并非是简单的用砖头堆起， 科学也是如此， 它并非由一些相互孤立的事实堆砌[6]。所以教师在教学过程中， 要有意识地帮助学生去进行横向的知识关联， 而非就内容论内容， 就现象论现象， 更不能就知识论知识， 而是要统筹教材、关联内容、勾连内涵， 追寻本质。以《寻找土壤中的小动物》对比教学的片段为例：
小概念教学：
师：同学们， 翻开土壤， 大家都发现土壤中生活着哪些小动物？
生：蚯蚓、蚂蚁、屎壳郎、蜗牛……
师：同学们很仔细， 下面让我们来观察观察这些小动物都有什么特点？
大概念教学：
师：同学们， 翻开土壤， 大家都发现土壤中生活着哪些小动物？
生：蚯蚓、蚂蚁、屎壳郎、蜗牛……
师：同学们很仔细， 那我们先来看看蚯蚓， 大家觉得它能够长时间离开土壤生活吗？为什么？
生：不能， 它需要湿润的环境， 还要充足的氧气、舒适的温度和足够的食物……
师：那你们找到的其他动物是不是也和蚯蚓一样需要这样的环境才能生活？
生：蜗牛也是这样。
师：那蚯蚓、蜗牛等为什么需要这样的生存环境呢？ （引导学生发现生物体需要长时间进化以形成特定的功能）
案例中的'小概念教学方式仅仅是围绕现象谈现象， 而大概念教学方式是引导学生通过某一现象去关联其他相关内容， 寻找事物的共通点， 理解一些涉及物体、现象以及它们在自然界中的相互关系， 从生物的现象到特点， 再到生物的进化， 实现现象背后的本质挖掘。
2、 在纵向深入中建构科学方法
除却横向的知识整合与勾连， 科学教育还应该在促进学生理解有关科学方法、科学探究及推理上面渗透大概念理念。科学方法、科学探究的纵向建构意味着教师要给学生提供方法建构的深度空间， 引领学生通过自身挖掘探究方法来深化自己的理解。在这个过程中， 他们收集和运用数据来验证想法。学生是以发展理解、寻求突破点的方法参与活动， 教师有意识地、纵向深入地培养学生在科学方法上的认知与发展， 将帮助学生形成对科学本身的大概念。以《观察植物细胞》教学片段为例：
师：刚才我们发现往萝卜杯里倒入30ml盐水， 过了一会水量变多了， 这是什么原因呢？
生：应该是盐水起的作用。
师：如何证明呢？
生：往萝卜杯里倒入同样多的清水试试。
（实验尝试）
师：我们发现倒入清水的萝卜杯液体量没有发生变化。那盐水杯液体量为什么会增加呢？有什么办法能证明为什么会发生这种现象？
生：可能是萝卜里面的水分被盐水吸出来了， 可以用显微镜看看盐水杯萝卜细胞结构， 再看看清水杯萝卜细胞结构， 进行对比观察。
（学生实验）
师：有什么发现？
生：盐水中的细胞结构比较紧密， 细胞膜与细胞壁分离。
师：把盐水倒掉， 再倒入30ml清水， 再观察水量？
生：水量变少。
师：继续想办法证明现象， 寻找原因。
（学生再次观察切片）
这个案例中学生通过多次对比、深入挖掘科学探究方法来进行相关概念的自主建构。方法的纵向深入， 让学生了解到细胞结构的特性， 物质的存在方式和相互作用。这样的教学方式为学生带来的是科学大概念的自主建构。
3、 在螺旋递进中建构层级概念
将大概念的理念渗透科学课堂绝非是一两节课可以完成的， 而应是一个具有连续性、周期性的过程。在小学六年的每个年段， 甚至是每个年级中， 任何关于学科内容的理解都应该是建立在已有的概念、技能和意愿基础之上的攀爬， 然后在回望中收集有关的想法、信息， 作为下一步教学的基础， 随后继续向上攀爬……所以大概念的渗透应该是在一种螺旋递进的过程中的渗透， 由此帮助学生建构具有层级的概念体系。以大概念在《物体具有一定特性， 材料具有一定性能》教学中的层级建构为例：
二年级结束时：物质以不同的类型存在， 有分为固体、液体、气体。
四年级结束时：物质可以以不同的形态存在， 某种物质既可以是固体也可以是液体或气体， 这取决于温度。可以按照材料的可观察性质、用途、天然还是人造的， 对材料进行描述和分类。各种物质都是由一系列小碎片组成。
六年级结束时：任何物质都可以被切分成小到用肉眼看不见的微粒， 但它仍然存在， 且可以借助其他方法探测出来。当物质的形态发生变化， 甚至是在一些看似物质消失的变化中 （如溶解、蒸发） ， 物质的量是守恒的。
由此可见， 每一个层级的攀爬都是在前一个层级的基础上进行的。相较于前一个层级， 相互之间既有重叠也有独立， 所以大概念是在一种螺旋递进的过程中逐步实现层级的建构的。
总而言之， 基于大概念理念下的科学教学， 学生经历了科学探究过程， 可以更全面地了解概念背后的学科本质， 获得更多的体验感悟。这将有助于学生建立一个完整的对世界的理解与认知， 初步形成科学态度、掌握科学方法、理解科学精神， 构建出一个健康、协调发展的基础。
参考文献
[1]中华人民共和国教育部、义务教育小学科学课程标准[M]、北京：北京师范大学出版社， 2017：59—72
[2][3]秦敏、基于大概念的小学科学教育知识横向整合研究[D]、陕西师范大学， 2015
[4]万嵩海、例说基于大概念的小学科学教学[J]、中国教师， 2015 （6）
[5] （美） 约翰、D、布兰思福特、人是如何学习的：大脑、心理、经验及学校[M]、程可拉， 等， 译， 上海：华东师范大学出版社， 2013：27
[6] （英） 温·哈伦、科学教育的原则和大概念[M]、韦钰， 译、北京：科学普及出版社， 2011：7
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