指向核心概念的小學(xué)科學(xué)單元教學(xué)設(shè)計(jì)
——以“計(jì)量時(shí)間”單元為例

□池松華

《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022 年版）》（以下簡(jiǎn)稱“2022年版課標(biāo)”）指出：科學(xué)教學(xué)要圍繞學(xué)科核心概念和跨學(xué)科概念，理解教材設(shè)計(jì)，關(guān)注知識(shí)間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，促進(jìn)知識(shí)的結(jié)構(gòu)化，改變碎片化、割裂化的教學(xué)傾向。這就要求教師重視單元整體設(shè)計(jì)，挖掘教學(xué)內(nèi)容間的內(nèi)在邏輯關(guān)系，并以核心概念為中心，構(gòu)建學(xué)生的知識(shí)體系，使課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)化。圍繞核心概念進(jìn)行單元整體教學(xué)是發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的重要抓手?！坝?jì)量時(shí)間”為教科版《科學(xué)》五年級(jí)上冊(cè)的教學(xué)內(nèi)容，屬于技術(shù)與工程領(lǐng)域。本文以“計(jì)量時(shí)間”單元的教學(xué)為例，就如何圍繞核心概念展開單元整體教學(xué)進(jìn)行探討。

一、研讀單元，由表及里設(shè)置概念框架

進(jìn)行單元教學(xué)設(shè)計(jì)之前，教師要研讀教材，挖掘教學(xué)內(nèi)容中的核心概念和本質(zhì)問題，規(guī)劃單元教學(xué)內(nèi)容的呈現(xiàn)形式。設(shè)置概念框架有助于教師從復(fù)雜的單元內(nèi)容中挖掘核心內(nèi)容，提高教學(xué)效率。

（一）梳理單元教學(xué)內(nèi)容，提煉核心概念

本單元涉及兩個(gè)2022 年版課標(biāo)中的核心概念：“技術(shù)、工程與社會(huì)”“工程設(shè)計(jì)與物化”。如果完全按照這兩個(gè)核心概念統(tǒng)籌單元內(nèi)容，會(huì)使學(xué)習(xí)的重心停留在設(shè)計(jì)與制作層面，從而弱化學(xué)生對(duì)計(jì)時(shí)工具工作原理的理解，不利于知識(shí)的習(xí)得與概念的構(gòu)建。如何解決這一問題？

研讀教材后不難發(fā)現(xiàn)，本單元的重點(diǎn)在于研究人類計(jì)時(shí)工具發(fā)展的三個(gè)階段——燃香鐘→水鐘→擺鐘，讓學(xué)生開展科學(xué)實(shí)踐，系統(tǒng)了解人類計(jì)時(shí)工具的演變過程。對(duì)教材進(jìn)行研讀，可以整理出單元主要活動(dòng)和核心概念圖（如圖1）。

圖1

由圖1 可見，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷“燃香鐘→水鐘→擺鐘”的制作過程，發(fā)現(xiàn)人類計(jì)時(shí)工具的演變規(guī)律是單元的明線，指向核心概念“技術(shù)、工程與社會(huì)”；引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷“發(fā)現(xiàn)燃香、流水、鐘擺的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，根據(jù)運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)并制作產(chǎn)品，經(jīng)歷產(chǎn)品的改進(jìn)和迭代”是單元的探究任務(wù)，指向核心概念“工程設(shè)計(jì)與物化”；研究、設(shè)計(jì)、制作計(jì)時(shí)工具需要“許多事物有規(guī)律地運(yùn)動(dòng)，周期性運(yùn)動(dòng)的事物可以計(jì)時(shí)”這一原理的支撐，該內(nèi)容的學(xué)習(xí)指向“物體運(yùn)動(dòng)和相互作用”這一核心概念。后兩條線圍繞著單元的明線，有聯(lián)系且有序地推進(jìn)。

立足單元內(nèi)容，找準(zhǔn)核心概念，明晰幾個(gè)核心概念之間的聯(lián)系，是單元整體設(shè)計(jì)的起點(diǎn)。

（二）建立概念間的聯(lián)系，設(shè)置單元概念框架

核心概念統(tǒng)領(lǐng)基本概念，基本概念又建立在學(xué)科具體知識(shí)和事實(shí)的基礎(chǔ)之上。所以，教師要挖掘核心概念下的各個(gè)基本概念，找出支持核心概念和單元基本概念的具體知識(shí)和事實(shí)。

通過研讀“計(jì)量時(shí)間”單元的內(nèi)容，筆者梳理出了核心概念、單元基本概念及學(xué)科具體知識(shí)和事實(shí)，如表1。

表1 “計(jì)量時(shí)間”單元各級(jí)概念框架

教師應(yīng)整理好各層級(jí)的概念，帶領(lǐng)學(xué)生展開學(xué)習(xí)。首先要設(shè)計(jì)好活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生在活動(dòng)中發(fā)現(xiàn)、收集學(xué)科具體知識(shí)和事實(shí)。其次要引導(dǎo)學(xué)生整理事實(shí)，通過互動(dòng)、論證等思維活動(dòng)提煉單元基本概念。接著要引導(dǎo)學(xué)生在有聯(lián)系的活動(dòng)中逐步構(gòu)建核心概念。最后要引導(dǎo)學(xué)生用核心概念解決實(shí)際問題，內(nèi)化核心概念。

梳理單元核心概念、基本概念以及對(duì)應(yīng)的學(xué)科具體知識(shí)和事實(shí)，把握核心概念與其他概念之間的關(guān)系，是進(jìn)行單元整體設(shè)計(jì)的前提。

二、貫通教材，由近及遠(yuǎn)明確概念進(jìn)階

搭建好單元概念框架后，教師還要貫通教材，突破單元的局限，搭建包含宏觀到微觀知識(shí)的總體框架。明確概念的進(jìn)階過程，可以使單元設(shè)計(jì)更有大局觀。

（一）著眼教材，把握概念生成的進(jìn)階過程

同一個(gè)核心概念在不同階段的學(xué)習(xí)要求是不同的。教師要了解“單元涉及的核心概念在過去哪些活動(dòng)中出現(xiàn)過，是從哪里開始構(gòu)建的，現(xiàn)在處在哪一階段，最后還要發(fā)展到哪一程度”。核心概念的進(jìn)階主線可以作為聯(lián)系單元的線索。

“計(jì)量時(shí)間”單元與其他年級(jí)的相關(guān)單元共同構(gòu)成了技術(shù)與工程領(lǐng)域的內(nèi)容。學(xué)生測(cè)量紙帶、制作指南針、制作樂器和運(yùn)動(dòng)的小車、研究計(jì)時(shí)工具和船，最后制作一個(gè)完整的工程模型，完成學(xué)習(xí)進(jìn)階。教師應(yīng)著眼整套教材，明確進(jìn)階層級(jí)（如表2）。

表2 小學(xué)科學(xué)技術(shù)與工程領(lǐng)域各類指標(biāo)進(jìn)階層級(jí)

續(xù)表

從表2中可以看出，每一個(gè)層級(jí)的學(xué)習(xí)要求是不同的，前一個(gè)層級(jí)為后一個(gè)層級(jí)積累經(jīng)驗(yàn)，呈現(xiàn)螺旋式上升的樣態(tài)。了解各個(gè)學(xué)段需要達(dá)成的要求，清晰地把握本單元的細(xì)分任務(wù)，促進(jìn)學(xué)生對(duì)概念的理解，是單元整體設(shè)計(jì)的重要保障。

（二）著眼跨學(xué)科，明晰概念生成的不同層次

美國(guó)學(xué)者林恩·埃里克森將知識(shí)結(jié)構(gòu)分為五個(gè)層級(jí)，形成一個(gè)概念金字塔模型（如圖2）。從圖2可以看出，金字塔底層是數(shù)量較多且具體的學(xué)科知識(shí)和學(xué)科基本概念，再往上是比較精簡(jiǎn)且經(jīng)過提煉的學(xué)科核心概念，再往上是數(shù)量少但具有統(tǒng)領(lǐng)性的跨學(xué)科大概念，最高層是較為抽象的哲學(xué)概念。從下往上，概念抽象的程度不斷增大，數(shù)量逐漸減少，但適用范圍卻不斷擴(kuò)大。從這個(gè)角度看，教師在進(jìn)行單元設(shè)計(jì)時(shí)，還需用更長(zhǎng)遠(yuǎn)的視角，關(guān)注跨學(xué)科大概念甚至哲學(xué)概念，促進(jìn)學(xué)生素養(yǎng)真正提升。

圖2

在“計(jì)量時(shí)間”單元，對(duì)“太陽(yáng)等天體的運(yùn)動(dòng)具有周期性；燃香、水流在一定條件下勻速變化；單擺具有等時(shí)性”等具體知識(shí)進(jìn)行提煉，可以讓學(xué)生建立“許多事物做有規(guī)律的周期性運(yùn)動(dòng)”這個(gè)學(xué)科基本概念。這一學(xué)科基本概念與相關(guān)的基本概念相互聯(lián)系，可以幫助學(xué)生建立“物體運(yùn)動(dòng)和相互作用”這個(gè)學(xué)科核心概念；在學(xué)科核心概念的構(gòu)建和內(nèi)化過程中，學(xué)生又能建立“穩(wěn)定與變化、系統(tǒng)與模型”這兩個(gè)跨學(xué)科大概念；如果進(jìn)一步提煉跨學(xué)科大概念，則可以幫助學(xué)生初步樹立“事物的運(yùn)動(dòng)是有規(guī)律的”這一哲學(xué)概念。

越上位的概念，其抽象、概括程度越高，但是遷移應(yīng)用價(jià)值也越高?！笆挛锏倪\(yùn)動(dòng)是有規(guī)律的”這個(gè)哲學(xué)概念能引導(dǎo)學(xué)生科學(xué)地、可持續(xù)地認(rèn)識(shí)世界、改造世界，也能為辯證唯物論和唯物辯證法的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)，符合2022年版課標(biāo)提出的“聚焦中國(guó)學(xué)生發(fā)展科學(xué)素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生適應(yīng)未來(lái)發(fā)展的正確價(jià)值觀、必備品格和關(guān)鍵能力”的指導(dǎo)思想。

教師應(yīng)從一個(gè)具體知識(shí)中逐步提煉學(xué)科基本概念和學(xué)科核心概念，最后提煉出跨學(xué)科大概念和哲學(xué)概念，提升單元設(shè)計(jì)的整體高度，為學(xué)生的素養(yǎng)發(fā)展搭建一個(gè)“宏觀框架”。

三、基于核心概念，進(jìn)行單元教學(xué)設(shè)計(jì)

梳理并明晰單元的概念層級(jí)是單元教學(xué)的起點(diǎn)和基礎(chǔ)，最終目的是為教學(xué)實(shí)踐服務(wù)。教師應(yīng)從核心概念出發(fā)，設(shè)計(jì)單元教學(xué)活動(dòng)，助力學(xué)生深入理解核心概念，發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)。

（一）聯(lián)系遷移，理解核心概念

理解、內(nèi)化核心概念，需要大量的現(xiàn)象和案例來(lái)支撐。劉徽博士認(rèn)為：“具體案例越豐富，聯(lián)系越密切，抽象出來(lái)的原理就越高位，建立的概念越穩(wěn)定?！薄癝OLO分類理論將概念生成分成五種水平，最低水平的是活動(dòng)案例缺少聯(lián)系，建立起的概念呈碎片化且水平比較低；高水平的是活動(dòng)之間建立起緊密的聯(lián)系，建立的概念水平比較高，遷移應(yīng)用價(jià)值也大?！彼越處熢谝?guī)劃單元內(nèi)容時(shí)，一要充分挖掘教材中的活動(dòng)，建立活動(dòng)和概念之間的聯(lián)系；二是要加強(qiáng)活動(dòng)之間的聯(lián)系，促進(jìn)學(xué)生建立穩(wěn)定的概念。

教學(xué)“計(jì)量時(shí)間”單元，教師要引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷三個(gè)大活動(dòng)：（1）發(fā)現(xiàn)燃香會(huì)勻速變化并設(shè)計(jì)制作燃香鐘；（2）發(fā)現(xiàn)水流在一定情況下勻速變化并設(shè)計(jì)制作水鐘；（3）發(fā)現(xiàn)單擺具有等時(shí)性并設(shè)計(jì)制作擺鐘。其中，《時(shí)間在流逝》這一課是起點(diǎn)，在明確單元主題后，讓學(xué)生通過燃香鐘初步認(rèn)識(shí)“燃香做規(guī)律的運(yùn)動(dòng)，做規(guī)律運(yùn)動(dòng)的物體可以計(jì)時(shí)”，是后續(xù)研究的基礎(chǔ)?！队盟?jì)量時(shí)間》一課的學(xué)習(xí)中，“水流的速度是不均勻的”與“做規(guī)律運(yùn)動(dòng)的物體可以計(jì)時(shí)”會(huì)產(chǎn)生認(rèn)知沖突，教師需要合理利用認(rèn)知沖突，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)：（1）控制水位這一變量后流速也是均等的，利用這一發(fā)現(xiàn)可以設(shè)計(jì)刻度均勻的水鐘；（2）“水流先快后慢也是一種運(yùn)動(dòng)規(guī)律”，利用這一規(guī)律可以設(shè)計(jì)制作刻度不均勻的水鐘?！皵[的研究”系列活動(dòng)中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)“擺速與擺重?zé)o關(guān)，擺長(zhǎng)越長(zhǎng)，擺速越慢”。教師要引導(dǎo)學(xué)生把前兩個(gè)大活動(dòng)中習(xí)得的經(jīng)驗(yàn)遷移到精準(zhǔn)擺鐘的設(shè)計(jì)制作中，理解“無(wú)關(guān)變量”也是一種規(guī)律（如圖3）。教師在規(guī)劃單元框架時(shí)，一要加強(qiáng)活動(dòng)之間的關(guān)聯(lián)，用豐富且有聯(lián)系的案例促進(jìn)學(xué)生建立穩(wěn)定的概念；二要尋找活動(dòng)間的差異和層次，創(chuàng)設(shè)合理的認(rèn)知沖突，利用高水平遷移，幫助學(xué)生構(gòu)建更高位、更穩(wěn)定的概念。

圖3

從發(fā)現(xiàn)“物體有規(guī)律地運(yùn)動(dòng)”開始，到“控制條件后有規(guī)律地運(yùn)動(dòng)”“先快后慢也是一種運(yùn)動(dòng)規(guī)律”，再到“改變條件可以改變速度”“無(wú)關(guān)變量也是規(guī)律”，這一系列有關(guān)聯(lián)的具體事實(shí)相互聯(lián)系，可以深化“事物的運(yùn)動(dòng)是有規(guī)律的”這一哲學(xué)概念?？梢钥闯?，加強(qiáng)單元各活動(dòng)之間的聯(lián)系，合理引發(fā)認(rèn)知沖突，通過高水平的遷移，能有效建構(gòu)單元內(nèi)容，促進(jìn)核心概念的形成。

（二）有序進(jìn)階，夯實(shí)核心概念

要形成穩(wěn)定的核心概念，除了要關(guān)注教學(xué)內(nèi)容之間的聯(lián)系，還需要關(guān)注教學(xué)內(nèi)容的進(jìn)階，經(jīng)歷有梯度的活動(dòng)，夯實(shí)核心概念。

“計(jì)量時(shí)間”單元有好幾條進(jìn)階的線索，第一條線索是計(jì)時(shí)工具的發(fā)展順序。計(jì)時(shí)工具從燃香鐘進(jìn)階到水鐘，再?gòu)乃娺M(jìn)階到擺鐘，最后還有很多更高級(jí)的計(jì)時(shí)工具。在設(shè)計(jì)制作的過程中，學(xué)生不斷發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，逐步理解物化產(chǎn)品需要經(jīng)歷改進(jìn)創(chuàng)新的過程，同時(shí)也理解了“技術(shù)、工程與社會(huì)”這一核心概念。

第二條線索為設(shè)計(jì)和制作過程中學(xué)生水平層次的進(jìn)階。“計(jì)量時(shí)間”單元中，學(xué)生通過學(xué)習(xí)，在“認(rèn)識(shí)與理解”“設(shè)計(jì)與表達(dá)”“產(chǎn)品與物化”等領(lǐng)域不斷進(jìn)階（如表3）。如在“設(shè)計(jì)與表達(dá)”方面，從“用語(yǔ)言或圖畫交流設(shè)計(jì)思路”到“借助草圖、實(shí)物模型說(shuō)明設(shè)計(jì)思路”，再到“設(shè)計(jì)稍復(fù)雜的模型，用示意圖、文字闡明創(chuàng)意”，幾個(gè)過程依次進(jìn)行，逐步夯實(shí)學(xué)生的基礎(chǔ)。物化的產(chǎn)品也逐漸升級(jí)，從沒有物化成型的燃香鐘到簡(jiǎn)單的水鐘，再到不斷改進(jìn)、迭代的擺鐘，也體現(xiàn)出了進(jìn)階的特點(diǎn)。

表3 “計(jì)量時(shí)間”單元學(xué)生水平層次進(jìn)階表

教師在單元教學(xué)中，要始終關(guān)注學(xué)生在各個(gè)階段的學(xué)習(xí)過程，有序進(jìn)階，循序漸進(jìn)，夯實(shí)核心概念生成的基礎(chǔ)。

總之，圍繞核心概念進(jìn)行單元整體教學(xué)是非常重要的研究方向。教師要從研讀教材開始，把視角從單元投向教材整體和其他學(xué)科，形成一個(gè)“從微觀到宏觀，再?gòu)暮暧^到微觀”的總體框架，助力學(xué)生圍繞核心概念進(jìn)行學(xué)習(xí)理解、遷移應(yīng)用，從而形成對(duì)核心概念的整體理解，實(shí)現(xiàn)科學(xué)核心素養(yǎng)的提升。