微整合自然单元　聚焦培育科学观念

摘要

在素养导向下，应该重视科学观念的培育。教师应正确理解科学观念，知道组成科学观念的层级系统，知道逐层培育子科学观念的重要性，进而通过微整合自然单元聚焦子科学观念，精心设计指向子科学观念的学习活动，提炼科学思维，建构子科学观念，应用子科学观念来解决真实问题，实现子科学观念的价值，从而达到培育子科学观念的目的。此外，通过不同年级的子科学观念的培育，完成不同层级的子科学观念的培育，进而逐步达成整个科学观念素养的培育。

Graphical abstract

关键词

大单元教学 / 微整合 / 聚焦 / 培育 / 科学观念

在素养导向下，现在的教学正在从知识本位的教学转向素养本位的教学。它不再局限于教材中的一个个内容单元，而是围绕某个素养目标达成的一个学习内容、学习材料和学习资源等的集合，即素养单元。专家学者把这样的单元称为大单元。科学观念是科学学科核心素养的基石，是发展其他学科核心素养的基础。因此，当下应该重视科学观念的培育^［1］。以科学观念这个核心素养统整的单元集合称为科学观念素养大单元。如何在这个大单元背景下培育科学观念呢？

1 正确理解科学观念，逐层培育科学观念

科学观念是在理解科学概念、规律、原理的基础上形成的对客观事物的总体认识，是科学概念、规律、原理等在头脑中的提炼和升华^［2］。虽然科学观念不同于科学知识、科学概念，但它是建立在科学概念、科学知识基础上的，是科学概念或科学知识在每个个体头脑中的内化并积淀而来的深层次的认识；它是架构在科学知识之上的观念，已经内化为自己的认知，并能自觉迁移应用，解决生活中的问题。

在科学观念大素养单元教学背景下如何培育科学观念呢？一个大的科学观念由多级子科学观念组成，例如物理观念的组成，它需要学生在不同年级中学习，并逐层搭建起来。因此，教师必须关注学生在每个年级的单元中建立的子科学观念。这些子科学观念是否达成直接影响到整个科学观念的达成。就像搭房子一样，每一块积木都非常重要。要想搭好整座“科学观念”的大房子，就必须落实每层子科学观念的地基是否扎实。那么究其根本还是应该重点落实到每个年级的相应自然单元这块“积木”的学习上，以便达成基层子科学观念的培育，逐层不断积累夯实，最终实现培育科学观念的目标。

2 微整合自然单元，聚焦子科学观念

对于一线教师来讲，让他们自主搭建某个从低到高的跨年级的科学观念素养大单元结构，其实是有一定难度的。实际上，我们的教材本身在编排的时候已经是经过很多专家深思熟虑后做出的系统搭建。我们完全可以在原教材的基础上，围绕所要达成的科学观念并结合新课标要求对其组成的子单元结构进行微整合，以便更好地聚焦子科学观念进行教学。

作为一线教师，要系统了解整个科学观念的分级组成内容，并能根据课标要求对单元内容作出相应的微调完善，为整个科学观念的达成奠定基础，以便更好地适应本校学生实际需求。在实践中也能跟踪学生成长过程，尽可能由一位教师跟踪学生并负责其分布在不同年级的学习任务，有助于辅助学生完成科学观念的系统搭建。

一级科学观念包含物理观念、化学观念、生命科学观念、地质科学观念等二级科学观念，而“简单电路”这一单元内容所要培养的子科学观念属于物理观念（二级科学观念）中的运动与相互作用观念（三级科学观念）中的电磁相互作用观念（四级科学观念）中的电学观念（五级科学观念）^［3］，具体见科学观念层级结构图（图1）。在新课标中，笔者发现构建正确电学观念的学习内容主要分布在3~4年级和7~9年级。根据课标要求，在小学阶段我们主要完成简单电路的教学，聚焦科学用电的子科学观念。

具体来说，就是通过认识电路元件、连接简单电路的活动，通过电流的运动模型（动图）认识闭合电路（系统与模型），点亮灯泡需要消耗一定的能量（物质与能量），持续点亮灯泡会浪费能源（稳定与变化），通过制作简易开关，切断闭合电路，达到控制电流、节约能源的效果（物质与能量），认识导体和绝缘体，知道它们在电路中的作用和安全应用，使学生逐步形成科学用电的初步子科学观念。

笔者根据课标中的相关内容对该自然单元内容进行微调整，使之更贴合子科学观念的形成与发展。我们把“简单电路”单元的内容由“点亮小灯泡”“导体和绝缘体”“电路暗箱”“生活中的电”调整为“点亮小灯泡”“做个小开关”“安全用电”等。

3 精心设计活动，指向科学观念

教师在教学中要思考，教学设计的学习活动是否指向核心概念的学习和科学观念的养成。我们对照课标相应学段的学习内容及要求，精心挑选和确定教学内容，随后，必须着手精心设计每一个学习活动。

3.1 仿真情境，进阶式任务，推进学习活动

在教学过程中，往往需要一个真实情境来推动教学任务的开展。在课堂上，教师应尽可能还原这个情境，我们姑且称为仿真情境。

在“简单电路”中，以元宵节做花灯为引子，创设一个点亮小灯泡的仿真任务情境。该课以图片出示很多点亮的灯笼为背景，然后出示一个自制的有图案的灯笼，很容易就让学生看到了亮与不亮的差距。于是，当教师说“元宵节到了，我们也来做一做花灯，这是老师自制的花灯，这个花灯还差了什么？”时，学生很容易就想到了没有灯泡，于是就提出了点亮灯笼中小灯泡的研究任务，从而拉开了科学探究和实践的序幕。

任务的进阶不断强化学习动力，推动教学目标的达成。当学生认识了闭合电路，利用闭合电路点亮小灯泡之后，教师引导学生关注灯笼内一直亮着的灯泡，引导学生思考灯笼一直点亮的弊端，进而引出进阶任务——制作开关切断电流，熄灭小灯泡，进入节约用电和安全用电等内容的学习。

3.2 真实探究，进阶式建构，促进科学观念的形成

有效的探究活动能有效建构科学概念，推动科学观念的形成，这样的探究就是真实探究。

在认识闭合电路的过程中，教师设计几个有梯度进阶的教学环节，高效建构科学概念。首先让学生通过摆一摆连一连，设计点亮小灯泡的电路，并逐一进行实践验证，发现有一些电路能成功点亮灯泡，有一些电路不能点亮灯泡。其次是引导学生对比能亮的电路和不能亮的电路，发现能亮的电路的共同特征，都只能是电池的正极、负极连接灯泡的螺纹或锡点。接着引导学生思考：“为什么这样连接，灯泡才能被点亮呢？”引导学生去揭开灯泡内部结构“螺纹和锡点分别连接着灯丝的两个支架”这个秘密。在这个基础上，教师尝试让学生来画一画各个电路的电流走向，进而利用电子白板搭建一个动态闭合电路模型，进一步验证灯泡是怎么点亮的。通过一系列逐层进阶的探究活动，学生真正理解了什么是闭合电路，知道只有形成闭合电路才能点亮小灯泡，最后形成闭合电路的正确认识。

接着，分析不能亮的电路，发现有一些电路电流无法流通，属于断路；有一些电路一连通就会很烫，那是因为电流不经过灯泡，导线直接把电池的正负极连起来了，造成短路，使电池快速放电造成高温现象，这种电路非常危险。仅仅1.5 V的电压，瞬间放电就能达到这样的高温，生活电压220 V，差不多是放大15倍的效果，是更危险的情况。借此机会强化安全用电教育，培养安全用电的科学观念，教学效果显著。

4 提炼科学思维，建构科学观念

科学思维是从科学的视角认识客观事物的本质属性、内在规律及相互关系的方式。在教学中，教师主要通过模型建构提炼学生的科学思维，并在活动中加强学生的思维活动，只有这样，才能不断提炼知识，有效建构科学观念。

4.1 搭建模型，提炼科学思维

在教学中，通过搭建图示模型、实物模型、数学模型等，整理和提炼学生科学思维，并能用建构的模型去解释生活中的问题或现象，为建构正确科学观念服务。

以图示模型提炼学生思维，如在设计开关的活动中，引导学生用图示的方法整理自己的思维，把脑海中能起到切断电流的“开关”样子用简单的线条表现出来。

以实物模型提炼学生思维，在图示模型的基础上，继续引导学生尝试用检测出来的导体代替原本的线条组装到电路中，使“开关”实物化、具象化，达到真正切断电流和接通电流的作用，从而正确认识开关的结构，真正理解开关的作用，为节约用电、科学用电奠定基础。

4.2 推动思维，建构科学观念

学生学习获得的科学知识在大脑中沉淀下来，再经过大脑提炼加工和升华，初步形成科学观念。因此，科学观念的形成需要科学思维来推动。

根据课标，本单元要形成的科学观念是架构在科学概念和跨学科概念之上的“科学用电观”，包含正确连接电路形成闭合电路、安全用电、节约用电等科学观念。在“简单电路”单元中，通过连接电路点亮小灯泡、检测材料的导电性能、寻找合适材料制作开关控制灯泡亮灭等活动，在建构科学概念的同时，组织一系列思维活动，让学生的思维反复碰撞和沉淀，不断促进学生思维的提炼，深度理解科学观念并逐步建构正确的科学观念。

例如，在第一课活动中，学生在连接电路点亮小灯泡之后，引导学生去分析所有能点亮灯泡的电路的共同点，知道只有让电流通过灯泡，形成闭合电路，才能点亮灯泡。再引导学生通过分析不能点亮灯泡的电路，从而认识断路和短路，为后续开关的制作和分析电路故障奠定坚实的基础。在课堂最后，分析手电筒不亮的原因，排除电池不是没有电的原因之外找到可能断路的3个原因：灯泡与灯座接触不良、灯泡灯丝断了、电路中的导线断了，从而进一步理解闭合电路的作用，形成正确的闭合电路的科学观念。

再如，在第二课活动中，通过设计检测电路检测材料的导电性，认识导体和绝缘体，并利用导体材料设计搭建开关内部结构，制作简易开关。该活动的难点就在于开关的设计：怎样才能做到接通电路、断开电路，从而达到开或关的目的呢？这场活动是建立在学生对闭合电路有深入理解的基础上的，知道通路可以点亮灯泡，断路无法点亮灯泡。如果前一课时没有引导学生分析断路的形成特征，那么就会对学生设计开关产生认知障碍。正是有第一课的认知基础，学生才能在该课顺利制作开关并控制灯笼中灯泡的亮与灭，知道开关可以切断闭合电路、控制电流，可以通过切断电路来节约用电，从而形成科学用电、节约用电的科学观念。

5 迁移和应用，实现科学观念的价值

科学观念之所以不同于科学知识，很大一个原因是科学观念非常重视迁移和应用^［1］。我们可以在课堂教学中解决真实问题。例如本次教学，全程以解决“如何把灯笼中的灯泡点亮、如何控制灯笼的亮和灭”为主要任务。此外，还可在生活中进行迁移应用，例如，在“简单电路”单元中，在认识闭合电路的过程中引导学生对比电路，寻找能亮电路的共同特征和不亮电路的共同特征，认识通路的作用以及断路、短路的影响。在课程的末尾，引导学生应用所学知识进行拓展，如把点亮的小灯泡应用到小房子、小台灯等小制作中，或尝试把灯泡换成有音乐铃声的其他用电器，既点缀小制作，又完成“简单电路”的迁移应用。

迁移有高通路迁移和低通路迁移。如果能完成跟原任务相似的迁移就是一种低通路的迁移，如果能完成与原任务不相似的迁移就是一种高通路的迁移^［2］。在科学的学习中希望最终能达到高通路的迁移。然而，任何事情都不是一蹴而就的，在没有能力完成高通路迁移的情况下，至少要完成低通路的迁移。

6 结语

在科学观念素养大单元教学背景下，教师首先是正确理解科学观念，知道组成科学观念的层级系统，然后通过微整合自然单元，聚焦子科学观念，精心设计学习活动，提炼科学思维，建构科学观念，应用科学观念来解决真实问题，达到培育子科学观念的目的，进而通过不同年级的子科学观念的培育，逐步实现整个科学观念素养的培育。

参考文献

[1] 喻伯军.义务教育课程标准（2022年版）课例式解读·科学［M］.北京：教育科学出版社，2022.

[2] 刘徽.大概念教学：素养导向的单元整体设计［M］.北京：教育科学出版社，2022.

[3] 中华人民共和国教育部. 义务教育科学课程标准（2022年版） ［S］.北京：北京师范大学出版社，2022.