大概念理念滲透下小學科學教學探究論文
大概念理念滲透下小學科學教學探究論文
摘要：2017年修訂的《義務教育小學科學課程標準》對大概念理念下的小學科學教學進行了強調。在小學科學教學中滲透科學大概念， 應在橫向拓展中建構知識體系， 在縱向深入中建構科學方法， 在螺旋遞進中建構層級概念， 以幫助學生廣泛、系統地吸納知識， 快速有效地運用知識， 建立一個完整的世界理解與認知， 初步形成科學態度、掌握科學方法、理解科學精神， 構建出一個健康、協調發展的基礎。
關鍵詞：小學科學； 大概念； 教學策略；
2017年伊始， 新修訂的《義務教育小學科學課程標準》正式出臺， 相較於舊版課標， 主要在6個方面進行了重點修訂。除卻廣受關注的低年級的課程確定恢復以外， 還涉及到學科素養、課程目標、教學內容、理念變革等方面的修訂。在重點修訂內容中， 所涉及的科學教學要基於大概念基礎實施的理念也是頗受關注。
《義務教育小學科學課程標準 （2017年版） 》中具體詳細地列出了18項科學大概念， 其中物質科學領域6項， 生命科學領域9項， 技術與工程領域3項， 並這樣寫道：“教材的整體設計要呈現出不同科學知識之間的關聯， 一些科學知識之間存在邏輯順序要利於學生感悟這種順序。某些知識之間存在著非本質的內在聯絡， 這種聯絡體現在相同的內容領域， 也體現在不同的內容領域。幫助學生理解類似的實質性聯絡， 並根據學生年齡特徵與知識積累， 在遵循科學性的前提下， 採用逐級遞進、螺旋上升的原則進行進階性的教學， 展示科學知識的整體性和科學方法的一般性， 這是科學教學的重要任務。”[1]
《義務教育小學科學課程標準 （2017年版） 》對大概念滲透科學教育的強調痕跡非常明顯， 那究竟什麼是大概念呢？為何要強調大概念？而大概念理念又將如何滲透到我們日常科學教學中呢？就相關問題筆者嘗試進行研究， 希望能為一線小學科學教育工作提供一些教學參考。
一、科學大概念及其內容
科學大概念和日常教學中提及的“概念”和“科學概念”均有所不同， 它是可以適用於解釋和預測較大範圍內的物體和現象的概念， 它是能夠整合眾多科學知識的科學學習的核心。與其相對應的概念稱之為小概念， 小概念是隻能運用於特定觀察和實驗的概念。在科學學習過程中， 礙於科學知識的綜合性特徵， 我們無法學習完所有的科學知識。因此， 我們試圖透過趨向於核心概念的進展過程來解決這一困難， 把這些概念稱為科學上的大概念。科學大概念是在具體科學概念的基礎上形成的， 對科學事實和科學事業更為宏觀而具概括性的認識和觀念[2]。
大概念主要包含兩個內容——核心概念與共通概念。核心概念是在物質科學領域、生命科學領域、技術與工程領域具有統領作用的概念， 它是側重於統一學科內部的重要概念[3]。它是科學教學活動中的基軸與核心， 是能把零散的科學知識串珠成鏈的金絲線， 能幫助學生理解和研究更復雜、更難解決的問題的關鍵知識， 能在多個年級中進行主題式的持續教學， 從而實現教學的螺旋式上升和層級性攀爬。因此， 核心概念既是基礎也是核心， 能聚焦學科知識， 更能衍生學科知識。共通概念則是側重於不同學科之間共同涉及的概念， 它是多門學科內部概念的同一體現， 可以幫助學生將不同學科領域中相互關聯的知識組織成科學、連貫、條理清晰的對客觀世界的認知[4]。
二、大概念滲透教學的意義
早在4年前美國頒佈的《新一代科學教育標準》中就已提出：“科學教育內容要圍繞科學大概念來組織與實施。”將大概念理念滲透教學中究竟意欲何在呢？筆者認為大概念理念指導教學至少有以下兩項優勢：
1、 廣泛、系統地吸納知識
科學是一門集物理、化學、生物、天文、地理等多學科於一身的綜合性學科， 學科知識範圍廣， 密度大。事實上科學知識本身就是成幾何級數增加的， 所以無論是教師還是學生， 在有限的學習時間內所能教或學的知識是非常有限的。而大概念理念滲透下的教學方式可以引領學生實現一個趨於核心概念的進展過程， 有助於學生建構一個蛛網式的， 具有關聯性、發散性的知識領域。在這個系統中， 學生能夠接觸與思考以核心概念為核心的、更為寬泛的學科知識體系， 從而幫助學生舉一反三、觸類旁通。讓學生身處完整與全面的體系中學習， 能促進學生整體思維能力的形成， 這樣的教學方式可以促進學生更廣泛、更高效地吸納知識。
2、 快速有效地運用知識
在《人是如何學習的》一書中提到了專家與新手的差異， 當他們完成相同的任務時， 專家與新手所反映出的水平差異很大。專家之所以能夠高效地完成任務， 原因就在於相較於新手， 專家在特定的領域中具有系統而完整的專業知識體系[5]。可見， 寬泛的知識體系有助於增加學生對有意義的資訊模式的敏感度， 決定了其所關注的事物能否在特定的環境中進行快速有效的理解、記憶、組織、推理、再現及運用。
三、基於大概念的教學策略
有研究表明， 學生在接受正式的科學教育之前， 其腦海已經存在“相對原始卻又並不準確”的初始概念， 我們稱之為前概念。前概念在學生的腦海中以一定的“結構”形式所存在， 但這種結構更多的是以表象的形式存在， 而對內在學科本質的理解還是需要透過全面、多元、深層的學習去獲取。如今， 由於學習環境的改變， 學生的成長經歷與以往相比發生了很大的變化， 沿用傳統的教學方式難以滿足學生的成長需求。因此， 需要我們在教學過程中根據學生的特點及需求去建構以大概念為基礎的教學結構， 以此來促進學生對科學本質的理解和科學素養的培養。日常所進行的學習活動如何依託大概念理念進行實施？其實是取決於我們的教學法——如何幫助學生進行內容擴充套件與關聯， 在此筆者提出三個策略：
1、 在橫向拓展中建構知識體系
教學中如何避免科學知識的碎片化與零散化？教師有意識地依託大概念， 為學生建構完整的學科知識體系是一項有效的措施。只有這樣， 才能確保學生獲得關於科學及生活的影象， 並由互為關聯的物體組合而成。正如一棟高樓並非是簡單的用磚頭堆起， 科學也是如此， 它並非由一些相互孤立的事實堆砌[6]。所以教師在教學過程中， 要有意識地幫助學生去進行橫向的知識關聯， 而非就內容論內容， 就現象論現象， 更不能就知識論知識， 而是要統籌教材、關聯內容、勾連內涵， 追尋本質。以《尋找土壤中的小動物》對比教學的片段為例：
小概念教學：
師：同學們， 翻開土壤， 大家都發現土壤中生活著哪些小動物？
生：蚯蚓、螞蟻、屎殼郎、蝸牛……
師：同學們很仔細， 下面讓我們來觀察觀察這些小動物都有什麼特點？
大概念教學：
師：同學們， 翻開土壤， 大家都發現土壤中生活著哪些小動物？
生：蚯蚓、螞蟻、屎殼郎、蝸牛……
師：同學們很仔細， 那我們先來看看蚯蚓， 大家覺得它能夠長時間離開土壤生活嗎？為什麼？
生：不能， 它需要溼潤的環境， 還要充足的氧氣、舒適的溫度和足夠的食物……
師：那你們找到的其他動物是不是也和蚯蚓一樣需要這樣的環境才能生活？
生：蝸牛也是這樣。
師：那蚯蚓、蝸牛等為什麼需要這樣的生存環境呢？ （引導學生髮現生物體需要長時間進化以形成特定的功能）
案例中的'小概念教學方式僅僅是圍繞現象談現象， 而大概念教學方式是引導學生透過某一現象去關聯其他相關內容， 尋找事物的共通點， 理解一些涉及物體、現象以及它們在自然界中的相互關係， 從生物的現象到特點， 再到生物的進化， 實現現象背後的本質挖掘。
2、 在縱向深入中建構科學方法
除卻橫向的知識整合與勾連， 科學教育還應該在促進學生理解有關科學方法、科學探究及推理上面滲透大概念理念。科學方法、科學探究的縱向建構意味著教師要給學生提供方法建構的深度空間， 引領學生透過自身挖掘探究方法來深化自己的理解。在這個過程中， 他們收集和運用資料來驗證想法。學生是以發展理解、尋求突破點的方法參與活動， 教師有意識地、縱向深入地培養學生在科學方法上的認知與發展， 將幫助學生形成對科學本身的大概念。以《觀察植物細胞》教學片段為例：
師：剛才我們發現往蘿蔔杯裡倒入30ml鹽水， 過了一會水量變多了， 這是什麼原因呢？
生：應該是鹽水起的作用。
師：如何證明呢？
生：往蘿蔔杯裡倒入同樣多的清水試試。
（實驗嘗試）
師：我們發現倒入清水的蘿蔔杯液體量沒有發生變化。那鹽水杯液體量為什麼會增加呢？有什麼辦法能證明為什麼會發生這種現象？
生：可能是蘿蔔裡面的水分被鹽水吸出來了， 可以用顯微鏡看看鹽水杯蘿蔔細胞結構， 再看看清水杯蘿蔔細胞結構， 進行對比觀察。
（學生實驗）
師：有什麼發現？
生：鹽水中的細胞結構比較緊密， 細胞膜與細胞壁分離。
師：把鹽水倒掉， 再倒入30ml清水， 再觀察水量？
生：水量變少。
師：繼續想辦法證明現象， 尋找原因。
（學生再次觀察切片）
這個案例中學生透過多次對比、深入挖掘科學探究方法來進行相關概念的自主建構。方法的縱向深入， 讓學生了解到細胞結構的特性， 物質的存在方式和相互作用。這樣的教學方式為學生帶來的是科學大概念的自主建構。
3、 在螺旋遞進中建構層級概念
將大概念的理念滲透科學課堂絕非是一兩節課可以完成的， 而應是一個具有連續性、週期性的過程。在小學六年的每個年段， 甚至是每個年級中， 任何關於學科內容的理解都應該是建立在已有的概念、技能和意願基礎之上的攀爬， 然後在回望中收集有關的想法、資訊， 作為下一步教學的基礎， 隨後繼續向上攀爬……所以大概念的滲透應該是在一種螺旋遞進的過程中的滲透， 由此幫助學生建構具有層級的概念體系。以大概念在《物體具有一定特性， 材料具有一定效能》教學中的層級建構為例：
二年級結束時：物質以不同的型別存在， 有分為固體、液體、氣體。
四年級結束時：物質可以以不同的形態存在， 某種物質既可以是固體也可以是液體或氣體， 這取決於溫度。可以按照材料的可觀察性質、用途、天然還是人造的， 對材料進行描述和分類。各種物質都是由一系列小碎片組成。
六年級結束時：任何物質都可以被切分成小到用肉眼看不見的微粒， 但它仍然存在， 且可以藉助其他方法探測出來。當物質的形態發生變化， 甚至是在一些看似物質消失的變化中 （如溶解、蒸發） ， 物質的量是守恆的。
由此可見， 每一個層級的攀爬都是在前一個層級的基礎上進行的。相較於前一個層級， 相互之間既有重疊也有獨立， 所以大概念是在一種螺旋遞進的過程中逐步實現層級的建構的。
總而言之， 基於大概念理念下的科學教學， 學生經歷了科學探究過程， 可以更全面地瞭解概念背後的學科本質， 獲得更多的體驗感悟。這將有助於學生建立一個完整的對世界的理解與認知， 初步形成科學態度、掌握科學方法、理解科學精神， 構建出一個健康、協調發展的基礎。
參考文獻
[1]中華人民共和國教育部、義務教育小學科學課程標準[M]、北京：北京師範大學出版社， 2017：59—72
[2][3]秦敏、基於大概念的小學科學教育知識橫向整合研究[D]、陝西師範大學， 2015
[4]萬嵩海、例說基於大概念的小學科學教學[J]、中國教師， 2015 （6）
[5] （美） 約翰、D、布蘭思福特、人是如何學習的：大腦、心理、經驗及學校[M]、程可拉， 等， 譯， 上海：華東師範大學出版社， 2013：27
[6] （英） 溫·哈倫、科學教育的原則和大概念[M]、韋鈺， 譯、北京：科學普及出版社， 2011：7