◇叶水明 高 翔（福建：南平实验小学厦门市思明区教师进修学校）

全球科学教育的理念和实践正发生着深刻的变革，从2022年颁布的《义务教育科学课程标准》（下称“新课标”）以及现有各版本的科学教材，直至一线教师的教学设计，均体现了围绕大概念理念展开科学教学的趋势。大概念教学通过具体的学习内容和相关要求，梳理概念的进程结构，明确概念的递进目标，贯彻大概念科学观，让学生在头脑中逐步建构大概念的框架和理念。

一、厘清系统架构——概念进阶架构的基础

新课标在课程内容设计上，倡导以大概念为导向，以大单元为区块，将各种科学事实和科学方法置于概念框架内，进行合理编排，将科学13个学科核心概念和4个跨学科概念分布在4个学习领域的54 项学习内容中，明确提出354 个内容要求。科学大概念是教材编写的逻辑基础，科学教材是科学教育理念的载体，是教师教学和学生学习的工具。因此，根据进阶学习理论，在教学实施中，厘清大概念的系统架构，才能明确课堂学习内容与科学概念之间的有机联系，通过有层次进阶、有连贯联系的概念学习及相应模型建构，促进学生科学素养的螺旋上升。

图1 是核心概念“生物体的稳态与调节”中关于人和动物开放系统的课程进阶架构。初步认识到人和动物主要通过眼、耳、鼻等外在感官进行信息交流、感知环境，这是建构生物系统的第一进阶；了解人和动物由外到内的物质循环，形成生物体的第二进阶，可以理解为一种过渡进阶水平；第三进阶通过人和动物的能量流动及相关的系统构成，初步掌握比较抽象、不容易感知的生物体调节机制。通过三个层次的进阶学习，由外到内，从简单到复杂，了解生物系统器官及其功能和其需要被保护的意义，从而构建生物体的稳态与调节这个大概念框架，为七至九年级的学习打好基础。

图1 人和动物系统的课程进阶架构

二、尊重教学规律——逻辑推进概念建构

科学概念教学强调自主性建构科学概念，在教学中必须不断渗透概念特征、内涵、外延等，形成教学逻辑。让学生在指向科学大概念的学习过程中，经历从认识基本科学概念到组合概念的归并，深度理解科学概念，从而建构起良好的知识结构，进而形成核心概念乃至概念拓展，推动学生有梯度地理解科学概念。

（一）概念建构：迷失概念转变为科学概念

在学习概念之前，学生往往带着各种关于自然事物或现象的见解，这就是学生的科学前概念或称为迷失概念。学生的前概念常常是模糊的，甚至是错误的。例如，在学习“呼吸”这个概念时，通过调查发现，大多数学生认为，吸气时胸部和腹部都会扩张，而呼气时胸部和腹部都会收缩。这个观点似乎符合吸进气体和呼出气体时人体变化的自然认知。在课堂上，教师引导全班学生进行多次呼气和吸气的现场体验，感受胸部和腹部的变化。学生惊讶地发现：实际情况是，吸气时胸部扩张、腹部收缩；呼气时胸部收缩、腹部放松。这个案例提示我们注意：迷失概念是小学科学概念教学的出发点，教师教学时要先通过学习前的诊断性评价，了解学生的前概念水平；再遵循小学生的年龄和认知特点，采用认知冲突教学策略，创设能引发认知冲突的问题环境或情境，进而通过科学体验，建构正确概念认知，促进学生从迷失概念转变为科学概念，努力将学生的思维可视化，从而了解学生是否实现了从非科学概念到科学概念的转变。

（二）概念关联：基础概念归并为组合概念

学生在教学中通过对事实性知识的归纳和总结获得一些具体的基础概念，而将两个或多个已知概念组合成一个新概念的认知加工过程，是新概念形成的途径之一。其中所形成的新概念被称为组合概念，组合概念主要分为关系解释和属性解释两类：通过某种关系，如事物间相互作用相互联系的状态，把基础概念联合起来形成关系型组合概念；通过厘清基础概念间的性质、关系或属性结构的异同来形成属性型组合概念。例如，心跳是人体的主要生命特征之一，心脏跳动、血液流动和脉搏律动之间有什么关系呢? 利用模拟实验，让学生观察“心脏”跳动时“血液”的流向和“血管”的变化。结合课件演示，引导学生体会心脏是维持血液持续流动的动力源，通过不停收缩和舒张压出血液到全身血管或抽进血液到心脏中，不断循环反复。这一过程中，血管也跟着收缩和舒张，形成人体的脉搏，由此厘清三者之间的关系，形成血液循环的组合概念，突破难点，完成教学目标。在本教学案例中，教师创设了协调稳定的情景模拟，为概念组合提供某种互动的可能，实现概念的同化或顺应，从而重新建构新的认知结构，形成认知的整体性。

（三）概念递进：组合概念提升为核心概念

科学核心概念包含了学科中的各种概念、理论、原理和解释体系，展现学科的逻辑结构和当代学科图景，是学科结构的主干部分。通过这些核心概念能够有效地组织大量的事实和其他概念，具有超越课堂的持久价值和迁移价值的关键性概念。目前的概念教学方式，通常是将上位的核心概念拆分为一系列较为具体的概念，经由学习进阶形成核心概念。课程和教材的设计以及教学等因素，都有可能导致核心概念与原有概念之间的联系不够紧密、核心概念与其他相关概念之间的联系不成系统。因此，概念教学首先要重视事实的学习，让学生感知丰富的有代表性的事实和细节，为形成正确概念起到支撑作用。其次，需要教师精心选择和设计指向核心概念的主题和内容，提供高质量的探究式科学教育活动，引导学生进行思维加工，组织、保持并应用对于理解核心概念至关重要的那些事实，进而创设解决实际问题的情境，帮助学生从记忆事实转移到理解可迁移的核心概念，理解根本的知识结构，增强概念的应用和关联能力。最终，引导学生把不同层级的概念联系到一起，建构合理的概念框架，使它们彼此丰富，进而组合成为一个整体，形成核心概念。

三、深度融合概念——系统推进项目链接

人们在运用科学概念解决生活问题时，除了从具体且有针对性的概念中获得支持，更多时候需要跨越不同概念进行运用。实践证明，通过大单元教学能够促进并列概念的横向整合；通过项目式学习，能够促进不同层级概念的纵向整合；通过STEAM 课程教学，能够促进各类概念的系统整合。

（一）横向整合——基于核心概念的大单元教学

小学科学大单元教学的总体思路，要求教师站在大概念系统性的高度，对学科教学单元内容进行整体设计。以单元中的核心概念为基础，将本单元出现的重要概念重新整体编排，特别关注概念之间的相互关系和概念之间的连接，使之组成一个意义整体。识别眼、耳、鼻等感觉器官是生物体的稳态与调节这一核心概念在低年级的单元学习主题，我们对周围的事物是如何通过各种感官不断深入认识其特征呢？教师选择有典型特征的胖大海进行系列观察活动。通过摸、看、闻等各种方法，对胖大海的形状、颜色、表面光滑程度和软硬等进行观察和判断；接着，在透明玻璃杯中继续观察胖大海倒入热水后的神奇变化；最后品尝胖大海的味道，满足学生的好奇心理。这样的设计充分调动了学生的各种感官来观察事物的不同特征，对单元的知识进行了巧妙的横向整合，实现了再学习，再理解。因此，实施基于核心概念的科学大单元教学，应该注意统筹规划和科学设计，结构化地处理概念教学目标、任务、情境、评价等要素，尽可能凸显概念教学过程的整体性、关联性等，从而更好地引领学生在联系中理解概念、运用概念、掌握概念。

（二）纵向整合——以核心概念为目标的项目式学习

以建构主义理论为指导的项目式学习，是通过设计一组学生感兴趣的学习项目，以问题为驱动，让学生在真实问题情境中通过探究完成项目任务，从而提升学生多元能力的教学模式。项目式学习从思维水平要求上看，适用于建构更高层级的概念。例如，人体各系统之间怎样实现联结与协调？可以通过设计让各系统完成有层次、有结构的项目任务，在科学实践中，不断理解人体各系统之间的分工合作，实现概念的明晰化、立体化，达到对核心知识再建构与思维迁移的目的。学生以“做中学”的方式经历项目学习过程，解决真实而有挑战性的一系列问题，一方面获得所需的知识和技能，另一方面加强了理论知识和实际问题的结合，促进了概念应用意识，有效促进不同概念的整理和融合，实现概念的迁移和综合运用，使学生在交流和反思中掌握核心概念。基于新课标中大概念开展的项目式学习，必须结合项目，精心选取、设计、规划与主题相关的大小概念、已有概念和新概念在项目中的分布，进而通过创设有目标的任务情境，提供有结构的学习材料、具体明确的项目任务，才能充分调动学生的主观能动性，开展有深度的科学实践。

（三）系统整合——指向核心概念的STEAM 课程

STEAM 教育重视选取与实际生产生活紧密联系的主题，强调学生融合应用数学、技术、科学、工程和设计等学科和跨学科的知识，最终指向获得产品或解决方案，其本身就是一项复杂的综合性实践活动。跨学科融合的综合性活动过程对学生形成了多样化的挑战，需要学生调动多方面的能力才能应对。众所周知，人体的各个系统是一个和谐统一的整体，任何一个系统出现问题，都会影响其他系统。在新冠肺炎肆虐全球的后疫情时代背景下，我们如何健康地生活？在学习了人体的调节机制这一内容后，教师指导学生制订自己能够实现目标的健康生活计划，包括营养均衡、运动锻炼、良好习惯等方面内容，并设计制作一份健康生活小报。交流、完善计划后，按计划开始行动，并记录自己计划的执行情况，期末进行反馈和评价。这项基于STEAM 教育理念的活动，综合科学、数学、艺术和设计等学科技能，渗透单元知识，学以致用，引导学生科学保护身体器官，努力构建健康快乐的生活。在跨学科融合的STEAM 教育中，学生参与基于问题研究的学习，是实现对概念的结构化建构的根本渠道，完成对科学概念的基本理解，并根据学生的学习过程和研究成果，引导学生持续进行评价，辩证反思，寻找短板，迭代改进，是对大概念的深层理解和架构。

本文基于新课标的指导思想，借鉴国内外已有的研究思路和研究成果，根据学生的学习规律，提出教师在教学中促进并形成科学大概念的发展路径和教学建议，希望给更多的科学教师一些启示，以期能够应用于科学课堂教学，从而促进学生深度理解科学概念，最终形成科学观念，实现科学课程在立德树人方面的独有价值，为学生的终身发展奠定基础。