《义务教育科学课程标准（2022年版）》（以下简称新课标）的课程内容中新增“跨学科概念”，包含“物质与能量”“结构与功能”“系统与模型”“稳定与变化”。理解跨学科概念的前提是对学科核心概念进行学习，学科核心概念可以理解为学科大概念，每一个学科大概念包括若干学习内容，如学科大概念“物质的变化与化学反应”中有4项学习内容，每一项内容在不同学段提出不同的内容要求和学业要求。科学学科大概念既具有统摄性，自上而下统领不同学习内容，高度概括看似零散分布的科学概念、科学方法等，形成有结构的学习框架，又具有本质性，是在理解科学概念、规律、原理的基础上对客观事物形成的高度概括的总体认识，揭示了科学的本质，同时为学生的迁移应用提供了思维认识方式
［1］。那么，如何更好地落实科学学科大概念呢？笔者以苏教版科学六年级上册“化学家的研究”为例，阐释以“物质的变化”“能量的转化”等大概念为核心的单元结构化教学设计。
1 选择合适单元主题，建构结构化学科大概念
英国科学教育学者温·哈伦从科学教育角度提出了14项科学教育大概念，能够用于解释和预测较大范围内的物体和现象，概念有大有小，大概念只是一个相对的概念
［2］。新课标提到核心概念是教师需要传授的科学观念，是科学知识的基础。通过教授核心概念，学生可以掌握科学的基本原理和基础知识。而大概念与科学课程标准中的核心概念之间存在一定的区别和联系。大概念不同于核心概念，大概念更有利于学生从更加综合或更大范围的维度去了解科学知识，它们提供了建构自身理解的认知框架或结构，能够帮助学生关联不同的核心概念。因此，大概念能促进学生对知识本质的理解，形成学科观念，促进学生进行知识联结，发展适应能力，促进学生自我建构与自我进化，提升终身素养
［2］。大概念可为学生规划知识学习的路径，培养学生概念迁移和应用的能力，让学生从学习小概念、概念网再到建构概念体系，可用于解释学生在生活中喜闻乐见、真实存在的现象和问题。因此，大概念是小学科学单元结构化教学设计的核心。
1.1 根据单元整体设计，明确梳理提炼大概念
大概念在横向上包括3个基本类型：一是结论与结果类，属于知识的最终成果类；二是方法与思想类，属于知识的发现与建构类；三是作用与价值类，属于知识的迁移与运用类
［3］。依据新课标，要深度研究理解科学教材和科学概念体系，选择合适的单元主题，梳理层次，衔接适当的概念结构，从而获得单元大概念，即能够概括整个单元内容且具有迁移拓展应用的大概念。例如，“物质的变化”单元中的“化学家的研究”一课可以较好地确定大概念为“化学反应”“空气是重要物质”“物质变化”等。
1.2 以大概念为载体，建构结构化概念体系
大概念对知识内容具有统摄作用，可以让碎片化的知识发生关联，教师可以中心学科的大概念为核心，把其他相关学科的知识有机组织在一起，克服知识点片段化现象，建构具有梯度性与层级性的教学内容
［4］。因此，教师要引导学生利用可视化的图式，如思维导图、知识结构图、概念体系图等形式，剖析整理出结构化概念。如本单元以“物质的变化”大概念为出发点，从物质结构与性质的视角，逐步建构物质变化特征的概念内容（
图1），呈现出关于物质的概念图，从而建构概念体系。
1.3 细化分解基本概念，扩充结构化概念体系
对于科学基本概念的学习，要求学生掌握物质的定义、意义和影响；对于科学规律的学习，要求学生掌握生活中的物质变化特征、化学反应的条件等（
图2），引导学生掌握概念的学习方法并能将其迁移应用。如空气和空气中的二氧化碳的概念学习框架，充分学习二氧化碳的性质，了解二氧化碳的化学反应现象及产物等。
2 围绕单元整体内容，设计概念结构化课程
微观思维体现在单元组块的划分和单元序列的制订上，可称之为“编织单元网络和单元链”。与以往教学最大的不同在于，围绕大概念的单元整体设计是按大概念的逻辑而非按内容的逻辑，考虑大概念之间以及小概念与大概念之间的关联来划分单元组块，选取相应的内容和资源并将它们序列化
［5］。在新课标的指导下，围绕单元整体内容来设计结构化教学：包含剖析学习目标、设计学习活动和利用表现评价等，能够较好地设计出结构化大概念教学，促进对整个单元的概念学习。
2.1 依据课程标准，制订学习目标
以苏教版科学六年级上册“化学家的研究”一课为例，新课标内容要求小学5~6年级学生“知道空气是一种混合物，含有氮气、氧气、二氧化碳等气体，空气中的氧气和二氧化碳对生命活动具有重要意义；知道有些物体发生了变化，如纸燃烧、铁生锈等，构成物体的物质也发生了改变”。而学业要求是“能观察、描述常见材料的某些性能；能举例说明物质发生变化时有些产生了新物质，有些则没有；能寻找证据解释和判断物体发生变化时，其构成物质是否发生改变；能设计方案，探究身边物体的变化”。活动建议：“可指导学生探究生活中常见的化学变化现象，设计方案，观察变化过程，发现生成了新物质，初步认识化学变化现象。”依据新课标制订以下目标：“通过实验，知道二氧化碳的性质和化学反应现象；在不同实验中能模仿化学家对事物的性质、组成进行分析和研究”。教师根据所制订的目标进行单元结构化教学设计，促进学生对大概念进行学习和探索。
2.2 细分驱动任务，设计学习活动
在探究二氧化碳的性质过程中，学生需要了解二氧化碳对生活的影响。这对于学生来说是一个较为复杂的问题，需要教师引导学生逐步分析和理解。因此教师要依据所制订的学习目标，围绕真实生活所需要解决的问题，从多个学科的角度去观察思考、深入分析，设计成结构化教学的项目任务，引导学生寻找日常生活中与科学相关的问题，从而提出适当的解决方案。教师以真实问题情境作为导入，以解决问题为重点设计方案，将结构化项目任务细分为多个驱动任务，以观察、猜测、设计、实验、调查等方式设计学习活动。在探究二氧化碳的性质和全球气候变暖问题时有以下任务。
（1） 子任务1：认识制取二氧化碳的材料和仪器。教师出示材料和仪器的图片内容与阅读资料，让学生了解小苏打、白醋的反应原理，认识锥形瓶、导管、胶塞和玻璃仪器的功能作用。学生利用这些材料仪器动手绘制一份实验示意图。
（2） 子任务2：了解制取二氧化碳过程中的操作方法和注意事项。学生集体观察视频内容和教师演示实验，教师说明具体的操作方法和注意事项，例如实验反应的速度快，因此收集气体、观察现象要分工明确，这样才能及时记录相关信息，方便让学生动手制取二氧化碳。
（3） 子任务3：观察实验现象并验证二氧化碳的性质。根据实验现象发现：蜡烛从下往上熄灭，说明二氧化碳的性质，让学生再次尝试收集和制取二氧化碳，要尽量保证瓶中的气体都是二氧化碳。
（4） 子任务4：探究二氧化碳的温室效应。先了解温室效应的原理，知道二氧化碳是温室气体，进而探究二氧化碳的保温作用。由于实验时间较长，要合理引导学生进行实验记录并准确把握时间，进行折线统计图的制作。
（5） 子任务5：温室效应对生活环境气候的影响。通过图片和视频相互结合的方式，让学生深刻感受到温室效应带来的利弊关系，引发学生对生活环境问题的重视。
（6） 子任务6：如何落实低碳行动。学生完成低碳行动方案的制订，通过分享讨论交流，对方案进行适当的优化和改进，并说一说哪些措施或方案更适合我们的生活方式，最终进行表现性评价，促进学生学习和反思。
2.3 利用表现性评价，判断学习成效
表现性评价以现实为基础，在真实生活或是课堂建构的与真实情形无限接近的模拟情境下，利用一定衡量标准来反映学生学习知识与应用迁移的表现性结果，及时作出相应的反馈，促进学生新的能力的再生长
［6］。
单元结构化教学要以任务表现为评价对象，采用自评、师生评和家校评等方法进行反馈反思。同时评价的标准应该个性化、情境化和真实化，要尊重学生对概念的建构，也要链接具体的生活情境和真实存在的问题，如是否积极参加关于二氧化碳性质的讨论活动、是否主动承担相关制取二氧化碳和测试保温作用的任务、是否对二氧化碳和空气的温度变化质疑或是提建设性意见、是否主动反思改进或听取别人的意见等，促进教师指导学生运用所学概念解决真实问题，提升学习的成效。
3 解决真实生活问题，实施单元结构化教学
单元结构化教学是以结构化教学思想为指导，基于科学认知规律、教学理论和方法论，以教材中的结构化知识作为教学主线，系统规划单元的教学流程，实现认知结构化并促进思维结构化，通过认知和思维结构化促进科学素养的形成
［7］。因此，单元结构化教学要合理创设真实情境、以真实问题为导向、以任务驱动为路径，螺旋上升式地完成任务项目，从而实现做中学、学中用和用中创。在“化学家的研究”一课中提到：许多的科学问题或现象都来源于日常生活，选择学生日常生活中喜闻乐见的概念，有助于学生激发好奇心和探究热情。而物质的变化中最常见的就是人类周围的空气，空气有许多的成分，且不同气体有不同的性质特点。空气作为最常见的气体存在于人类的身边，不仅可以给人类带来好处（如呼吸等），也会给人类带来一定的灾害（如酸雨、温室效应等），从而导致人类的家园面临着气候环境带来的影响。因此，以全球气候问题作为引线（
图3），通过了解空气成分中的二氧化碳性质，进一步认识二氧化碳会影响人类赖以生存的家园。通过实验探究二氧化碳的性质，知道二氧化碳比空气重、不支持燃烧、保温等特点，从而形成二氧化碳是温室气体的概念，经过讨论交流，创新设计低碳行动的方案，最终营造良好的生活气候环境，改善人类的生存家园。在主题为“全球气候问题”的结构化教学设计中，利用地理（天气变化、地理环境）、生物学（动植物生命体）、化学（小苏打、白醋、二氧化碳和含碳物质）、道德与法治（道德伦理、人类命运共同体、生态文明建设）、技术（工业、农业）等学科，引导学生多角度思考和解决问题，从而促进学生全方位发展。
3.1 二氧化碳的“学”：联系生活，激活概念
在第一课时“空气成分”的探究中，教师联系生活实际并利用视频导入，学生在视频中可以看到碳排放的介绍，温室气体导致全球气候变暖或影响动植物环境的变化等。教师在此基础上加以引导并提问：什么是温室气体？与二氧化碳是否有关系？根据学生的实际回答，教师提出如何探究空气的成分。学生通过探究实验，进一步明确空气的主要成分是氧气、二氧化碳等气体，学生在获得二氧化碳的概念时，教师提出：自然界的二氧化碳来自哪里呢？二氧化碳与我们的生活还有哪些联系？为什么它是温室气体呢？教师引导学生利用资料学习二氧化碳的特点，通过实验验证二氧化碳的性质，从而引发学生对二氧化碳的探究兴趣，学生可以通过多种方式进行下一步的探究，也能跟随教师等待下一课时的探究。
3.2 二氧化碳的“用”：活化概念，引导迁移
教师在第一课时的基础上，帮助学生了解空气的成分包含二氧化碳，同时提出二氧化碳的其他性质是如何影响全球气候变暖的。教师要适当解释温室就是供植物生长的大棚，能够起到保温防寒的作用。全球气候变暖是温室气体导致的，那么，二氧化碳和温室气体有什么关系？以此问题为导火索，激发学生探究二氧化碳性质的热情。随之，教师通过制取二氧化碳的实验来收集气体，设置对比实验，教师用2只罐子分别放置了空气和二氧化碳气体，并用加热器对2只罐子进行加热，学生要每隔一定时间进行温度的记录，随之通过数据进行对比，制作折线曲线图来对比二氧化碳气体的升温效果。通过实验发现：当加热以后，二氧化碳气体的温度高于空气的温度，因此，我们可以说二氧化碳气体具有保温效果；也进一步说明，二氧化碳这种温室气体的排放称之为碳排放，会导致全球的气候不断变暖，会影响到整个地球的环境，从而让学生迁移应用到生活中，制订有效方案减少碳排放，倡导人们绿色低碳出行。
3.3 二氧化碳的“创”：知行体验，感悟创造
师生通过前两课时的学习，教师依据学生所学的二氧化碳性质，引导学生通过设计低碳行动方案，倡导以实际行动减少碳排放，培养低碳生活理念，为保护地球环境作出贡献。方案包括目标与原则、具体设计内容、实施步骤与测试评估、宣传与推广等。教师引导学生理解降低组织或个体在日常活动中的碳排放，优化资源利用，以实现环境保护和可持续发展的目标。学生经过合作交流后，将方案用思维导图呈现并汇报，其余学生给予评价和建议等；学生再次进行交流并定稿，通过海报的形式呈现低碳行动的方案内容，可以是定期检查家中的电器设备，确保在不使用时及时关闭，避免能源浪费；可以是尽量选择公共交通、骑行或步行出行，减少私家车出行；可以是减少购买过度包装的商品，提倡简包装、可回收包装；还可以是鼓励同学、家人共同参与低碳行动，形成低碳生活圈等。最终，教师要培养学生保护生态环境、地球是全人类生存的家园等价值观。同时，学生在知行体验中感悟创新创造带来的魅力，从而促进对概念的学习。
4 结语
要真正实现科学课程的综合性属性，需要打破学科的界限，尝试以学科核心概念和跨学科概念并行作为基本理念，将跨学科概念置于和学科核心概念同等重要的位置。在大概念统领下的小学科学单元结构化教学中，通过聚焦大概念的学习，进行结构化教学设计，促进学生对概念的学习，同时也可以与其他学科或现实问题进行跨学科整合，最终加深学生对科学概念的理解，培养学生的综合素质，促进学生在跨学科学习中提升科学素养。
厦门市第六批基础教育课程改革立项课题“指向科学本质的探究性课堂教学模式实践研究”(X615)
京公网安备11010202008535号
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