姜红方

科学概念及其结构

大概念是指在科学知识的学习过程中，能够用于解释和预测较大范围自然界现象的概念，是一个科学领域中的核心思想。

科学概念可以分解成统一概念、大概念、主要概念、具体概念四个统摄性程度不同的概念。

科学概念中统摄性最高的、上位的叫作统一概念。统一概念是跨学科的，是在不同领域中共同抽象出来的自然界的规律、观念或思想。例如“物质是变化的”就属于统一概念。

在统一概念之下的是大概念，它是同一个内容主题中最主要、最核心的思想和观点。例如“生物的多样性、存活和灭绝都是进化的结果”“生物需要能量和营养物质，为此它们经常需要依赖其他生物或与其他生物竞争”等都是大概念。

在大概念之下的是主要概念，主要概念与大概念相比，更加细化、具体，也更适合学生理解，是学生在科学学习过程中要理解运用的。例如“动物能适应环境，通过获取植物和其他动物的养分来维持生存”“植物能够适应环境，可制造和获取养分来维持自身的生存”都是主要概念。

在主要概念之下的是具体概念，它可以细化为好几项，是教师在科学课堂上教的、学生学习的内容。例如“动物的行为能够适应环境的变化”“植物具有制造和获取养分的结构”等就是具体概念，而“蛇会冬眠”“植物叶子能进行光合作用”等都是具体事实，是建立具体概念的基础。

人的知识结构呈金字塔形。最底层的全是事实，在事实上面是统摄性较低的具体概念，具体概念往上分别是主要概念、学科视角下的大概念，再上面是跨学科的主题（统一概念），最上面一层是统摄其他知识的哲学观点（如图1）。

学生的科学课程学习（如图2）不能仅仅停留在事实知识层面，而应从事实中抽象出具体概念，从具体概念上升到主要概念，再趋向于大概念。学生通过指向大概念的科学学习，能够举一反三地进行知识迁移和运用，能够解释更多的具体事实和现象。

布鲁纳认为：任何学科都有其基本结构，任何与该学科有联系的事实、论据、概念等都可以不断地纳入一个处于不断统一的结构之中，这种基本结构就是由各级概念构成的学科框架。小学科学生命科学领域的学科知识结构按照从下到上的顺序，分别为：第一层是具体的生命世界事实，第二层是生命科学的具体概念，第三层是生命科学的主要概念，第四层是生命科学的大概念。概念性知识是教材的主干，事实性知识是散开的枝叶。概念由众多事实性知识归纳推理分析得出，具体事实是建立概念的基础。

基于大概念教学例析

下面以生命科学领域“生物与环境”主题为例，对大概念、主要概念、具体概念、事实性知识的关系做简单说明。

例如，教师在引导学生对仙人掌的刺、松树的松针进行观察、研究时，认识到仙人掌的刺和松树的松针都有利于它们更好地适应生存环境。这个过程就是引导学生把具体事实性知识转化为对具体概念的理解。然后，通过更多的植物适应环境的具体概念，引导学生对“植物能够借助自身结构适应环境”这个主要概念进行建构。再引导学生对若干个相关的主要概念，如“植物能够借助自身结构适应环境”“动物能够借助自身结构适应环境”等进行深入学习，促进学生对“生物能够借助自身结构适应环境”这一大概念的理解。可见，这一大概念是在大量的关于植物和动物进化、退化、变异、遗传等一般性主要概念的基础上形成的规律性认识，具有普适性，可以统摄主要概念和具体概念，而且具有迁移运用的价值。学生一旦形成了“生物能够借助自身结构适应环境”这个大概念，就可以解释“为什么特定环境中的植物会有它独有的特征”，比如沙漠和戈壁滩中的植物为什么叶子会退化成针状等。学生建构了大概念后，就不用学习大量的生命科学领域具体的事实性知识，通过大概念的迁移运用就可以解决大量的事实性问题，不但减轻了学生的学习负担，而且提高了他们分析问题、解决问题的能力。这就是基于大概念教学的价值所在。

又如，“植物有根、莖、叶、花、果实、种子等器官”是事实性知识，不是具体概念，更不是大概念。“植物由不同的器官组成，这些器官在植物的生长过程中发挥不同的功能”这句话说明了植物的组成结构能够实现的特定功能，是具体概念性的表述。“植物的结构与功能相适应”则是主要概念。“生物的结构与功能相适应”则是生命科学领域的大概念。学生说出植物各器官的名称并不重要，因为这是事实性知识，重要的是了解植物每一部分由于结构不同而起到了不同的作用和功能。这是具体概念性要求，也是学生形成“生物的结构与功能相适应”这个大概念的基础。

大概念具有超越课堂之外的持久作用和迁移价值，具有广阔的解释空间，能够让学生理解学科知识，领悟学科本质。因此，教师执教这部分内容时，要组织学生对植物各部分器官的结构进行观察研究，在此基础上探究各器官的功能。在研究过程中，学生会体悟到植物各部分器官都有它特定的结构和功能。再通过对更多植物、动物的研究，教师引导学生理解“生物的结构与功能相适应”这个大概念。在日后的学习和生活中，学生借助这个大概念，可以举一反三地对更多的生物体结构和功能进行科学解释。

从以上分析可知，大概念不同于主要概念和具体概念，它可以统摄下位概念，可以揭示知识的本质和学科知识之间的联系，具有统整学科知识的功能。具体概念和主要概念可以解释很多具体知识，但解释的空间和迁移价值远不如大概念。大量的具体事实性知识，是形成具体概念的基础。大量的具体概念，是形成主要概念的基础，是形成大概念的保证。学生对科学大概念的理解，可以促使他们整体地、有联系地、本质地看问题，形成科学的思维习惯，掌握有效的科学学习方法。