基于大概念開展科學(xué)課教學(xué)

姜紅方

科學(xué)概念及其結(jié)構(gòu)

大概念是指在科學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)過程中，能夠用于解釋和預(yù)測較大范圍自然界現(xiàn)象的概念，是一個(gè)科學(xué)領(lǐng)域中的核心思想。

科學(xué)概念可以分解成統(tǒng)一概念、大概念、主要概念、具體概念四個(gè)統(tǒng)攝性程度不同的概念。

科學(xué)概念中統(tǒng)攝性最高的、上位的叫作統(tǒng)一概念。統(tǒng)一概念是跨學(xué)科的，是在不同領(lǐng)域中共同抽象出來的自然界的規(guī)律、觀念或思想。例如“物質(zhì)是變化的”就屬于統(tǒng)一概念。

在統(tǒng)一概念之下的是大概念，它是同一個(gè)內(nèi)容主題中最主要、最核心的思想和觀點(diǎn)。例如“生物的多樣性、存活和滅絕都是進(jìn)化的結(jié)果”“生物需要能量和營養(yǎng)物質(zhì)，為此它們經(jīng)常需要依賴其他生物或與其他生物競爭”等都是大概念。

在大概念之下的是主要概念，主要概念與大概念相比，更加細(xì)化、具體，也更適合學(xué)生理解，是學(xué)生在科學(xué)學(xué)習(xí)過程中要理解運(yùn)用的。例如“動(dòng)物能適應(yīng)環(huán)境，通過獲取植物和其他動(dòng)物的養(yǎng)分來維持生存”“植物能夠適應(yīng)環(huán)境，可制造和獲取養(yǎng)分來維持自身的生存”都是主要概念。

在主要概念之下的是具體概念，它可以細(xì)化為好幾項(xiàng)，是教師在科學(xué)課堂上教的、學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)容。例如“動(dòng)物的行為能夠適應(yīng)環(huán)境的變化”“植物具有制造和獲取養(yǎng)分的結(jié)構(gòu)”等就是具體概念，而“蛇會(huì)冬眠”“植物葉子能進(jìn)行光合作用”等都是具體事實(shí)，是建立具體概念的基礎(chǔ)。

人的知識(shí)結(jié)構(gòu)呈金字塔形。最底層的全是事實(shí)，在事實(shí)上面是統(tǒng)攝性較低的具體概念，具體概念往上分別是主要概念、學(xué)科視角下的大概念，再上面是跨學(xué)科的主題（統(tǒng)一概念），最上面一層是統(tǒng)攝其他知識(shí)的哲學(xué)觀點(diǎn)（如圖1）。

學(xué)生的科學(xué)課程學(xué)習(xí)（如圖2）不能僅僅停留在事實(shí)知識(shí)層面，而應(yīng)從事實(shí)中抽象出具體概念，從具體概念上升到主要概念，再趨向于大概念。學(xué)生通過指向大概念的科學(xué)學(xué)習(xí)，能夠舉一反三地進(jìn)行知識(shí)遷移和運(yùn)用，能夠解釋更多的具體事實(shí)和現(xiàn)象。

布魯納認(rèn)為：任何學(xué)科都有其基本結(jié)構(gòu)，任何與該學(xué)科有聯(lián)系的事實(shí)、論據(jù)、概念等都可以不斷地納入一個(gè)處于不斷統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)之中，這種基本結(jié)構(gòu)就是由各級(jí)概念構(gòu)成的學(xué)科框架。小學(xué)科學(xué)生命科學(xué)領(lǐng)域的學(xué)科知識(shí)結(jié)構(gòu)按照從下到上的順序，分別為：第一層是具體的生命世界事實(shí)，第二層是生命科學(xué)的具體概念，第三層是生命科學(xué)的主要概念，第四層是生命科學(xué)的大概念。概念性知識(shí)是教材的主干，事實(shí)性知識(shí)是散開的枝葉。概念由眾多事實(shí)性知識(shí)歸納推理分析得出，具體事實(shí)是建立概念的基礎(chǔ)。

基于大概念教學(xué)例析

下面以生命科學(xué)領(lǐng)域“生物與環(huán)境”主題為例，對(duì)大概念、主要概念、具體概念、事實(shí)性知識(shí)的關(guān)系做簡單說明。

例如，教師在引導(dǎo)學(xué)生對(duì)仙人掌的刺、松樹的松針進(jìn)行觀察、研究時(shí)，認(rèn)識(shí)到仙人掌的刺和松樹的松針都有利于它們更好地適應(yīng)生存環(huán)境。這個(gè)過程就是引導(dǎo)學(xué)生把具體事實(shí)性知識(shí)轉(zhuǎn)化為對(duì)具體概念的理解。然后，通過更多的植物適應(yīng)環(huán)境的具體概念，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)“植物能夠借助自身結(jié)構(gòu)適應(yīng)環(huán)境”這個(gè)主要概念進(jìn)行建構(gòu)。再引導(dǎo)學(xué)生對(duì)若干個(gè)相關(guān)的主要概念，如“植物能夠借助自身結(jié)構(gòu)適應(yīng)環(huán)境”“動(dòng)物能夠借助自身結(jié)構(gòu)適應(yīng)環(huán)境”等進(jìn)行深入學(xué)習(xí)，促進(jìn)學(xué)生對(duì)“生物能夠借助自身結(jié)構(gòu)適應(yīng)環(huán)境”這一大概念的理解。可見，這一大概念是在大量的關(guān)于植物和動(dòng)物進(jìn)化、退化、變異、遺傳等一般性主要概念的基礎(chǔ)上形成的規(guī)律性認(rèn)識(shí)，具有普適性，可以統(tǒng)攝主要概念和具體概念，而且具有遷移運(yùn)用的價(jià)值。學(xué)生一旦形成了“生物能夠借助自身結(jié)構(gòu)適應(yīng)環(huán)境”這個(gè)大概念，就可以解釋“為什么特定環(huán)境中的植物會(huì)有它獨(dú)有的特征”，比如沙漠和戈壁灘中的植物為什么葉子會(huì)退化成針狀等。學(xué)生建構(gòu)了大概念后，就不用學(xué)習(xí)大量的生命科學(xué)領(lǐng)域具體的事實(shí)性知識(shí)，通過大概念的遷移運(yùn)用就可以解決大量的事實(shí)性問題，不但減輕了學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，而且提高了他們分析問題、解決問題的能力。這就是基于大概念教學(xué)的價(jià)值所在。

又如，“植物有根、莖、葉、花、果實(shí)、種子等器官”是事實(shí)性知識(shí)，不是具體概念，更不是大概念。“植物由不同的器官組成，這些器官在植物的生長過程中發(fā)揮不同的功能”這句話說明了植物的組成結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)的特定功能，是具體概念性的表述?！爸参锏慕Y(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)”則是主要概念?！吧锏慕Y(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)”則是生命科學(xué)領(lǐng)域的大概念。學(xué)生說出植物各器官的名稱并不重要，因?yàn)檫@是事實(shí)性知識(shí)，重要的是了解植物每一部分由于結(jié)構(gòu)不同而起到了不同的作用和功能。這是具體概念性要求，也是學(xué)生形成“生物的結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)”這個(gè)大概念的基礎(chǔ)。

大概念具有超越課堂之外的持久作用和遷移價(jià)值，具有廣闊的解釋空間，能夠讓學(xué)生理解學(xué)科知識(shí)，領(lǐng)悟?qū)W科本質(zhì)。因此，教師執(zhí)教這部分內(nèi)容時(shí)，要組織學(xué)生對(duì)植物各部分器官的結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察研究，在此基礎(chǔ)上探究各器官的功能。在研究過程中，學(xué)生會(huì)體悟到植物各部分器官都有它特定的結(jié)構(gòu)和功能。再通過對(duì)更多植物、動(dòng)物的研究，教師引導(dǎo)學(xué)生理解“生物的結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)”這個(gè)大概念。在日后的學(xué)習(xí)和生活中，學(xué)生借助這個(gè)大概念，可以舉一反三地對(duì)更多的生物體結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行科學(xué)解釋。

從以上分析可知，大概念不同于主要概念和具體概念，它可以統(tǒng)攝下位概念，可以揭示知識(shí)的本質(zhì)和學(xué)科知識(shí)之間的聯(lián)系，具有統(tǒng)整學(xué)科知識(shí)的功能。具體概念和主要概念可以解釋很多具體知識(shí)，但解釋的空間和遷移價(jià)值遠(yuǎn)不如大概念。大量的具體事實(shí)性知識(shí)，是形成具體概念的基礎(chǔ)。大量的具體概念，是形成主要概念的基礎(chǔ)，是形成大概念的保證。學(xué)生對(duì)科學(xué)大概念的理解，可以促使他們整體地、有聯(lián)系地、本質(zhì)地看問題，形成科學(xué)的思維習(xí)慣，掌握有效的科學(xué)學(xué)習(xí)方法。