小學(xué)科學(xué)單節(jié)課中的大概念教學(xué)

作者簡(jiǎn)介：張華，江蘇省南京市長(zhǎng)江路小學(xué)高級(jí)教師。

課題項(xiàng)目：本文系南京市教育科學(xué)研究“十三五”規(guī)劃2020年度課題“小學(xué)科學(xué)‘大概念’教學(xué)的課例研究”研究成果。課題編號(hào)：L/2020/007。

摘要：大概念教學(xué)在《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》中得到重視與倡導(dǎo)。大概念教學(xué)在單元整體設(shè)計(jì)中經(jīng)常出現(xiàn)，在單節(jié)科學(xué)課中的應(yīng)用也具有重要意義。在“有趣的食物鏈”單節(jié)課中，教師要用提取出的大概念來統(tǒng)領(lǐng)整節(jié)課關(guān)于食物鏈的學(xué)習(xí)，并借助概念與經(jīng)驗(yàn)的聯(lián)結(jié)、大概念與小概念的聯(lián)結(jié)、概念與模型的聯(lián)結(jié)的策略來實(shí)施教學(xué)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生對(duì)核心概念的深度理解、有效建構(gòu)和靈活應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：大概念；聯(lián)結(jié)；模型；小學(xué)科學(xué)

《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下通稱“新課標(biāo)”）在教學(xué)建議中提出“圍繞核心概念組織教學(xué)內(nèi)容”，要關(guān)注知識(shí)間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，要“突出核心概念在真實(shí)情境中的應(yīng)用，加強(qiáng)知識(shí)學(xué)習(xí)與現(xiàn)實(shí)生活、社會(huì)實(shí)踐之間的聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)學(xué)生對(duì)核心概念的深度理解、有效建構(gòu)和靈活應(yīng)用”。

核心概念在上一版課程標(biāo)準(zhǔn)中就有體現(xiàn)，《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》確定了18個(gè)核心概念，新課標(biāo)提出的學(xué)科核心概念有13個(gè)，這些是義務(wù)教育階段科學(xué)課程的核心內(nèi)容。

近年來，國(guó)際科學(xué)教育界提出了“科學(xué)大概念”一詞。英國(guó)的溫·哈倫等研究者曾在《科學(xué)教育的原則和大概念》一書提出10個(gè)科學(xué)大概念，但這些不僅限于概念，也有學(xué)者翻譯為“大觀念”。還有研究者試圖通過更上位的概念，在學(xué)校教育與現(xiàn)實(shí)世界、現(xiàn)在與未來之間搭建一座牢固的橋梁。

在溫·哈倫等人提出的大概念中，“生物需要能量和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)”，可以成為這一時(shí)期重要的上位概念。人們對(duì)這一大概念的闡述是“所有的生物體都需要通過攝取食物來獲得能量，還需要空氣、水和一定的溫度環(huán)境”。也就是說，在一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中，包含食物的生產(chǎn)者（植物）、消費(fèi)者（動(dòng)物）和分解者。分解者產(chǎn)生的物質(zhì)有助于植物的生長(zhǎng)，這樣就使得生物體中的分子不斷地被循環(huán)利用。能量通過生態(tài)系統(tǒng)得以一級(jí)一級(jí)地進(jìn)行傳輸。當(dāng)食物被生物體自身用于生命過程時(shí)，其中的部分能量會(huì)以熱量的形式散逸到自然界中。綠色植物的“光合作用”又會(huì)使生態(tài)系統(tǒng)中的能量得到補(bǔ)充。

一、案例實(shí)施

“有趣的食物鏈”是蘇教版科學(xué)教材六年級(jí)下冊(cè)第四單元“共同的家園”的第三課。教師可用大概念來重構(gòu)“有趣的食物鏈”這節(jié)內(nèi)容，甚至是這個(gè)單元內(nèi)容。課堂上，整個(gè)內(nèi)容都應(yīng)圍繞“生物體”“能量”“環(huán)境”來搭建，這樣在邏輯上更能突出核心概念的主體地位，更利于學(xué)生建立抽象的上位概念。下面以“有趣的食物鏈”一課為例，探討本課以大概念實(shí)施教學(xué)的過程和收獲。

片段 1：游戲代入，聚焦生物需要的“能量”

師：今天給大家?guī)砹艘豢钣螒颉囸I鯊，一起來看一下這個(gè)游戲怎么操作。大家可以在平板電腦上試試。

師：游戲中，能讓鯊魚維持生命的關(guān)鍵是什么？

生：鯊魚要吃各種小魚。

生：它可以不停地得到能量。

師：游戲中，鯊魚不停地進(jìn)食是為了獲得其他生物的能量。那么，真實(shí)世界中鯊魚的能量從哪里來？能量的源頭又在哪里？

師：老師給每一組準(zhǔn)備了一份學(xué)習(xí)單，請(qǐng)你閱讀材料后，完成這兩個(gè)問題。（學(xué)生分組自主學(xué)習(xí)并完成記錄。學(xué)生匯報(bào)，其他小組質(zhì)疑并補(bǔ)充）

師：生物之間普遍存在一種“吃與被吃”的關(guān)系，這種關(guān)系像鏈條一樣，把一些生物緊密地聯(lián)系起來，生物學(xué)家把生物之間的食物聯(lián)系叫作食物鏈。食物鏈中自己制造食物的被稱為生產(chǎn)者，通過吃其他生物獲得營(yíng)養(yǎng)和能量的這類生物被稱為消費(fèi)者。

【片段分析】互動(dòng)游戲能幫助學(xué)生從生物生存的角度，快速聚焦到“能量”獲取這個(gè)事實(shí)。從“吃與被吃”這一種普遍的現(xiàn)象上升到更抽象的概念層面。生物間的食物關(guān)系是比較常見的，學(xué)生也能說出“大魚吃小魚，小魚吃蝦米”這類例子。從這些前概念出發(fā)，學(xué)生可以進(jìn)一步形成科學(xué)的概念，即食物鏈的組成。如果僅限于此，學(xué)生也還是停留在具體現(xiàn)象層面，需要在科學(xué)觀念的形成上再添把力?！澳芰俊痹掝}的導(dǎo)入，設(shè)定在一個(gè)更高的視角，學(xué)習(xí)活動(dòng)應(yīng)以此為核心，不斷建構(gòu)“生物需要能量和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)”的大概念。這樣的設(shè)計(jì)更有利于學(xué)生科學(xué)大概念的發(fā)展。

片段 2：關(guān)注更多的食物鏈現(xiàn)象及“能量傳遞”

師：除了海洋中的食物鏈，自然界中還有其他不同的環(huán)境，你能找到這些環(huán)境中的食物鏈嗎？

師：老師給大家準(zhǔn)備了一些生物的卡片，請(qǐng)你根據(jù)它們吃與被吃的順序，將它們的食物鏈關(guān)系用紙膠帶連起來，并在紙膠帶上用箭頭畫出能量傳遞的方向。最后，將食物鏈粘貼到黑板上進(jìn)行展示。（學(xué)生開展分組實(shí)踐活動(dòng)）

生：我們組的食物鏈?zhǔn)窃陉懙丨h(huán)境中，能量 由……傳遞給了……

師：一起來看看這幾條食物鏈，你能找到它們哪些共同點(diǎn)？

生：食物鏈上有動(dòng)物，還有植物。

師：它們前后分布的順序有什么特點(diǎn)？

生：植物在前，是被動(dòng)物吃的。

生：食草動(dòng)物又會(huì)被食肉動(dòng)物吃。

師：誰來完整地表述一下這個(gè)過程？

生：植物的能量給了食草動(dòng)物，食草動(dòng)物的能量又給了食肉動(dòng)物。

師：看來，食物鏈都是從綠色植物開始，以兇猛的肉食動(dòng)物結(jié)束。大家看箭頭就可以一目了然地對(duì)能量傳遞有一個(gè)理解了。你們還有什么想問的嗎？

生：能量傳遞給兇猛的肉食動(dòng)物之后就消失了嗎？

生：能量不會(huì)消失。

生：被微生物吃了。

師：地球上還有一類生物專門“吃”動(dòng)植物的殘骸或廢棄的食物，同時(shí)還留下可以被植物吸收的物質(zhì)，它們就是分解者。它們重要嗎？

生：沒有它們，世界上就到處是垃圾。

生：沒有它們，世界一片混亂了。

師：分解者雖然不寫在食物鏈中，但對(duì)整個(gè)自然界來說是不可缺少的角色。

【片段分析】

從形象的單個(gè)食物鏈走向抽象的食物鏈?zhǔn)且粋€(gè)不斷抽象的過程。這個(gè)過程需要借助不同環(huán)境中生物間的食物關(guān)系，學(xué)生可以認(rèn)識(shí)更多的食物鏈，從而實(shí)現(xiàn)“舉一反三”，從特殊到普遍的推理演繹。結(jié)合多條食物鏈的實(shí)例，學(xué)生可以進(jìn)行縱向上的歸納，發(fā)現(xiàn)食物鏈的起點(diǎn)為綠色植物，經(jīng)植食性動(dòng)物，終于肉食性動(dòng)物。以此為基礎(chǔ)，學(xué)生開始學(xué)習(xí)“生產(chǎn)者”“消費(fèi)者”，從營(yíng)養(yǎng)產(chǎn)生的角度實(shí)現(xiàn)生物的角色區(qū)分。

片段 3：抽象出食物鏈中的能量關(guān)系——“方向”與“多少”

師：“能量”在生產(chǎn)者、消費(fèi)者和分解者之間無形地流動(dòng)著，這才導(dǎo)致了地球生物的生生不息。你們能寫一個(gè)食物鏈嗎？

生：小草→羊→狼。

師：這是一條典型的食物鏈，我們從箭頭中可以發(fā)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)移過程。你們有沒有覺得少了點(diǎn)什么？

生：數(shù)量。

生：小草的數(shù)量應(yīng)該有很多很多。

生：羊群就沒那么多了。狼應(yīng)該會(huì)更少。

師：那你們能設(shè)計(jì)一個(gè)“能量”傳遞路線（模型）來展現(xiàn)這個(gè)過程嗎？

生：生物間能量傳遞會(huì)損失，這導(dǎo)致了遞減的結(jié)果。

師：當(dāng)然，能量的源頭——太陽會(huì)源源不斷地輸送新的能量。

【片段分析】

食物鏈表示的是生物間的食物聯(lián)系，中間用箭頭來連接。如果從“能量”的角度來審視這個(gè)內(nèi)容，學(xué)生可以觀察到數(shù)量上的差異。因而，學(xué)生可以發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)者數(shù)量龐大，消費(fèi)者逐步遞減。學(xué)習(xí)活動(dòng)就上升到認(rèn)識(shí)食物鏈中的能量流動(dòng)并不是對(duì)等的，而是伴隨著能量的逐級(jí)損失。

在這種情況下，食物鏈用單維的線性模型來呈現(xiàn)就不能滿足學(xué)生學(xué)習(xí)的需要了，這時(shí)迫切要建構(gòu)一個(gè)模型來體現(xiàn)其量級(jí)的變化，學(xué)生在這個(gè)過程中由形象認(rèn)知慢慢走向抽象認(rèn)知?！澳Ｐ徒?gòu)”在這里不僅是一種學(xué)習(xí)活動(dòng)，更是學(xué)生思維發(fā)展的需求。

片段 4：發(fā)現(xiàn)“能量關(guān)系”破壞的影響

師：（游戲視頻展示“海洋中的魚雷”）這會(huì)給海底的生物帶來哪些影響？

生：魚會(huì)死亡。

生：食肉的魚也會(huì)死亡。

生：可能還會(huì)影響珊瑚。

生：可能還會(huì)影響海鳥。

師：當(dāng)食物鏈中一種生物受到影響時(shí)，與之相關(guān)的其他生物在能量傳遞上也會(huì)受到牽連。（引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)不同食物鏈交錯(cuò)而成的食物網(wǎng)）

【片段分析】

食物鏈的“能量”轉(zhuǎn)移并不是一成不變的，而是動(dòng)態(tài)變化的，其會(huì)受外界因素的影響而呈現(xiàn)穩(wěn)定和變化。這也是跨學(xué)科大概念“穩(wěn)態(tài)與調(diào)節(jié)”的重要教學(xué)點(diǎn)。變化是世界的主旋律，是生物發(fā)展的動(dòng)力。所以，教師在課堂結(jié)尾留給學(xué)生的不是封閉的句號(hào)，而是一個(gè)個(gè)問號(hào)。其中，學(xué)生的問題不應(yīng)該是被消滅了，而是學(xué)生在學(xué)會(huì)解決問題的策略、思維的方法之后，能夠提出更多更有價(jià)值的問題。

二、策略反思

有學(xué)者指出，大概念的學(xué)習(xí)包括兩部分：一是必須將事實(shí)性知識(shí)置于學(xué)習(xí)者的概念框架中；二是概念被各種豐富的、有代表性的事實(shí)細(xì)節(jié)展現(xiàn)出來。也就是說，概念只有放在一定的應(yīng)用情境下才會(huì)變得生動(dòng)，才能對(duì)學(xué)習(xí)者產(chǎn)生意義。在課堂教學(xué)中，教師幫助學(xué)生形成正確的生命科學(xué)概念，應(yīng)從學(xué)生的經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，給他們提供各種生物學(xué)事實(shí)作為支撐。學(xué)生根據(jù)事實(shí)抽取出的生物學(xué)大概念和核心概念，理解這些囊括了某種生物學(xué)事實(shí)總體特征和規(guī)律的東西，并以此來建構(gòu)合理的概念框架，進(jìn)而能夠在新情境下遷移與應(yīng)用。

（一）概念與經(jīng)驗(yàn)的聯(lián)結(jié)

小學(xué)階段的學(xué)生擁有了一些生活經(jīng)驗(yàn)，而這些經(jīng)驗(yàn)直接參與或影響著他們對(duì)周圍世界的新認(rèn)知。同樣，在科學(xué)概念的形成過程中，已有經(jīng)驗(yàn)也能發(fā)揮潛移默化的作用。這個(gè)作用有時(shí)是正向的，有時(shí)卻是負(fù)向的，但教師需要利用其產(chǎn)生教學(xué)價(jià)值，助力學(xué)生建構(gòu)正確的科學(xué)認(rèn)知，或引發(fā)對(duì)原有錯(cuò)誤經(jīng)驗(yàn)的反思。因此，情境是科學(xué)教學(xué)中相當(dāng)重要的一個(gè)載體，它可以是原有經(jīng)驗(yàn)的激發(fā)者，也可能是新的學(xué)習(xí)起點(diǎn)，又或者是發(fā)生認(rèn)知沖突的爆發(fā)點(diǎn)。

在“有趣的食物鏈”教學(xué)中，教師選擇了一款游戲APP“饑餓鯊”作為課堂導(dǎo)入。六年級(jí)的學(xué)生很快可以代入到游戲的“捕食”情境中，他們會(huì)發(fā)現(xiàn)，鯊魚要存活，必須要有足夠的能量值，這個(gè)只能依靠其不停地捕食其他小型魚類，而在面對(duì)大型魚類時(shí)，鯊魚也會(huì)有不同能量值的損失。

與此同時(shí)，學(xué)生頭腦中“吃與被吃”“生存與能量”“大魚小魚”的原有經(jīng)驗(yàn)被激活。這些正是成為本課概念建構(gòu)的重要基礎(chǔ)。在這些原材料的基礎(chǔ)上，概念才得到生長(zhǎng)發(fā)展，或是得到科學(xué)地修正。學(xué)習(xí)才成為有根之本、有源之水。

（二）大概念與小概念的聯(lián)結(jié)

生物間吃與被吃的現(xiàn)象是學(xué)生很早就會(huì)認(rèn)識(shí)到的，也就是說，學(xué)生對(duì)食物鏈?zhǔn)怯幸欢ㄕJ(rèn)知的，只是不完善、不準(zhǔn)確而已。本課的目標(biāo)就是要幫助學(xué)生厘清食物鏈的組成，認(rèn)識(shí)到其中的營(yíng)養(yǎng)生產(chǎn)和能量的轉(zhuǎn)移。

教師通常會(huì)引導(dǎo)學(xué)生來完成一條食物鏈，如“樹→蟬→螳螂→黃雀”。一些學(xué)生能認(rèn)識(shí)到它們之間吃與被吃的食物關(guān)系，不過箭頭卻總是畫反。學(xué)生的解釋就是黃雀吃螳螂，箭頭就應(yīng)該指向螳螂。教師往往規(guī)定箭頭指向主動(dòng)吃的那一方。學(xué)生箭頭畫反，說明概念不易內(nèi)化，不能在概念建構(gòu)中有效地歸納與整理，容易“新瓶裝舊酒”。

如果教師幫助學(xué)生從能量流動(dòng)的高度來審視食物鏈，引導(dǎo)學(xué)生了解綠色植物的光合作用能生產(chǎn)出營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，這些會(huì)成為植食性動(dòng)物的能量來源，而植食性動(dòng)物又將是肉食性動(dòng)物的能量來源，再請(qǐng)學(xué)生來完成箭頭的描繪就水到渠成、輕而易舉了?？梢钥闯?，跳出箭頭指向的困頓，用能量流動(dòng)的大概念來審視，食物鏈的指向和延展就不言自明，食物鏈“吃與被吃”的小概念就能從學(xué)生各種原有的認(rèn)識(shí)中抽取出來，抽象出能量流動(dòng)的條條動(dòng)態(tài)之“鏈”。

（三）概念與模型的聯(lián)結(jié)

“有趣的食物鏈”突顯的是生物間的食物聯(lián)系，這種吃與被吃的聯(lián)系是復(fù)雜的、動(dòng)態(tài)的，是生物間相互博弈與斗爭(zhēng)的結(jié)果。因此，教師要幫助學(xué)生理解食物鏈不只是線性的彼此串聯(lián)，還是面狀的層級(jí)流動(dòng)。這樣的模型建構(gòu)能豐富學(xué)生對(duì)食物鏈中生物數(shù)量間此消彼長(zhǎng)的認(rèn)知，甚至形成“生態(tài)反哺”“少即是多”的自然生態(tài)觀。

適當(dāng)?shù)哪Ｐ筒粌H能把概念學(xué)習(xí)向前推進(jìn)一步，還能幫助學(xué)生對(duì)概念的遷移應(yīng)用產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。小學(xué)六年級(jí)的學(xué)生已具備一定的生物學(xué)知識(shí)和一定程度的生活經(jīng)驗(yàn)，開展大概念的教學(xué)是一種需求，也是一種基礎(chǔ)。教師需要在形成性評(píng)測(cè)的教學(xué)法應(yīng)用背景下，針對(duì)每一節(jié)課的內(nèi)容進(jìn)行甄選和調(diào)整。只有在每個(gè)小概念與大概念之間搭建有效的學(xué)習(xí)路徑，才能讓大概念教學(xué)的優(yōu)勢(shì)落到實(shí)處。

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（責(zé)任編輯：楊強(qiáng)）