基于核心素养的小学科学单元知识概念图设计

摘要

单元知识概念图是总结科学学习的重要方法，也是培养学生核心素养的重要手段。单元知识概念图类型丰富，结合小学科学知识概念图的现状，从聚焦核心概念、分析内在联系、融入版画设计和外显科学思维4个方面提出单元知识概念图设计策略并进行分析，旨在激发学生学习科学的兴趣和热情，落实科学核心素养。

Graphical abstract

关键词

小学科学 / 教学单元 / 知识概念图 / 设计 / 核心素养

随着教育体制改革的不断深入，学生核心素养的培养越来越受到重视^［1］。小学科学的核心素养体现科学观念、科学思维、探究实践和态度责任4个方面。单元知识概念图从单元知识元认知的视角，根据科学知识的内在联系和发展规律，将知识元素有机地组合成一个整体。它不仅包含了单元知识结构图，还融入了对应的学科方法、学科思想，充分体现了该学科的认知逻辑与思维方式。现阶段，每当学生完成小学科学一个单元内容的学习后，容易出现“活动有余、思维不足、概念混乱”的情况，这是知识整理、归纳和概括匮乏的表现。教师通过设计单元知识概念图，帮助学生整合单元内容，回顾探究过程中所运用的方法，引导学生主动表述自己的想法，将脑海中隐性的思维表达出来，实现思维的显性呈现。单元知识概念图是小学科学教学中实用的辅助工具，便于学生梳理认知，透彻掌握科学知识，有助于核心素养发展。

1 小学科学单元知识概念图的价值

1.1 促进整体认知

单元知识概念图以图形和文字的形式展示了知识的结构和关系，将多个知识点整合在一起，形成一个整体框架。在建构概念图的过程中，学生通过不断自我思考和小组讨论，能够更加深入地理解学科知识，更好地挖掘各个知识点之间的联系，有利于知识融会贯通。

1.2 提升思维能力

建构单元知识概念图的过程，要求学生对零散知识点自主拆分归类、梳理汇总。在这样的梳理整合中，学生的逻辑推理、抽象概括和整体建构知识的能力都能得到锻炼，思维能力也随之提升。学生在建构概念图时，必须主动回忆所学内容，梳理日常探究学习的思路与步骤，并将内隐的思考过程转化为外显的图形和文字。这种“思维可视化”的梳理方式，帮助学生获得了一面审视自我思维过程的“镜子”，他们可以厘清自己的思考过程，发现自己思考的漏洞，从而优化思维方式。

1.3 培养良好品德

单元知识概念图的建构需要学生精准捕捉概念间的区别与联系。要完成这一任务，离不开细心观察、认真推敲和实事求是的科学态度。若以小组合作的方式共同建构单元知识概念图，学生之间需要主动交流各自思路，认真倾听同伴想法，理性看待并大胆提出不同见解。在协作沟通、互帮互助的过程中，不仅能锻炼学生的团队协作意识，更能慢慢养成尊重他人、包容差异、敢于理性质疑的良好品格。

1.4 丰富学习工具

在复习阶段，借助单元知识概念图，学生能够快速梳理整单元知识框架，厘清知识重难点，不再机械盲目地刷题背书。学生可对照概念图查漏补缺，有针对性地开展巩固练习，提高学习效率。与此同时，自主建构、使用单元知识概念图的过程，也能逐渐提高学生思维逻辑和知识整合的能力，这对于核心素养的发展不可或缺。

2 小学科学单元知识概念图的设计原则

2.1 整体性原则

单元知识概念图应该反映科学知识的整体性，它能够统筹单元内部各个知识要素，梳理彼此间的内在关联，完整呈现知识体系的整体架构与形成脉络。

2.2 层次性原则

单元知识概念图应该遵循层次性原则，将本单元的科学知识元素按照不同层次重新进行组织。例如，苏教版小学科学五年级下册第一单元“显微镜下的生命世界”第一课“搭建生命体的‘积木’”介绍了细胞的基础知识，第二课“微小的生命体”介绍了微生物的基础知识，而第三课“发霉与防霉”和第四课“微生物的‘功’与‘过’”是微生物的一些具体内容。第一课和第二课之间是并列关系，第三课和第四课之间是并列关系，但同时和第二课形成递进关系。

因此，在设计知识概念图时，应遵循单元知识内容的层次性原则，遵循知识的生长规律。

2.3 系统性原则

单元知识概念图应该遵循系统性原则，揭示科学知识的系统性和内在联系。因此，单元知识概念图应当是连续的。通过这份概念图，唤醒学生对于该单元所学的所有内容及其之间的联系，包括但不限于科学知识、思维、技能以及态度责任。

2.4 可视性原则

单元知识概念图应该遵循可视性原则。学习的本质是一种思维活动。因此，单元知识概念图不仅仅是知识点的可视，还应包括对科学思维的可视，将内隐的思维外显化，方便学生理解。

3 以核心素养为导向,设计小学科学单元知识概念图

3.1 聚焦核心概念，完善单元知识内容

《义务教育科学课程标准（2022年版）》（以下简称2022年版课标）指出，科学课程设置了物质的结构与性质、物质的变化与化学反应、宇宙中的地球、生命系统的构成层次等13个核心概念，指向物质与能量、结构与功能、系统与模型、变化与稳定4个跨学科概念，组成科学课程的核心概念体系。

目前，科学教育的目标不再提倡学生获得许多具体的科学知识，而是希望实现核心概念的发展，因为核心概念是可迁移的，这样做有助于学生理解周围的生活现象和事件，促进学生利用知识解决问题。因此，不仅仅是课堂的内容要遵循“少而精”的原则，在设计单元知识概念图时，也要聚焦核心概念，明晰该单元对应的核心概念下相应学段的学习内容以及内容要求，同时参考教学提示中的教学策略建议和学习活动建议确定单元知识内容。目前教材的版本多样，且出版年份早于2022年版课标发行年份，因此，大多数教材与2022年版课标的匹配程度并不能达到百分之百。这就要求教师除了参考课本进行教学外，还需要认真研读课标，依据课标要求完善单元知识内容。

例如，核心概念“3.物质的运动与相互作用”，学习内容“3.1力是改变物体运动状态的原因”，其内容要求如下：①知道日常生活中常见的摩擦力、弹力、浮力都是直接施加在物体上的力；②举例说明给物体施加力可以改变物体运动的快慢，也可以使物体开始或停止运动；学会使用弹簧测力计；③知道地球上一切物体都受到地球的吸引力，地球不需要接触物体就可以对其施加引力。

在苏教版小学科学教材“常见的力”这一单元中，第一课“力与运动”涉及第②条内容要求，第二课“弹力”、第三课“摩擦力”、第四课“浮力”分别涉及第①条内容要求，但是对于第③条内容要求教材没有涉及。在设计“常见的力”单元知识概念图（图1）时，教师可以根据核心概念的内容要求，对该单元的知识内容进行完善，加入地球引力的内容，以阅读和体验的形式让学生初步感受地球的吸引力。

3.2 分析内在联系，厘清单元层次关系

教材中一个单元的知识内容一般是递进或者并列的关系，教师通过单元知识概念图将整个单元所学的内容串起来，帮助学生加深理解和记忆，因此，单元知识概念图应当是连续的。通过单元知识概念图，有利于学生清晰地回忆该单元所学的内容及其之间的联系，厘清所学内容的层次关系，为之后更高年级的进阶学习做好准备。可以将“进阶”二字拆开来解读。其中“进”代表循序渐进，体现学生认知逐步发展的走向；“阶”为台阶，对应学生成长路上依次递进的重要发展节点。单元知识概念图可以有效地成为学习进阶中的阶梯，是帮助学生实现进阶的脚手架。

例如，苏教版科学三年级下册“植物的一生”的单元知识概念图（图2）可以依照植物一生的自然生长顺序来设计，从而将整个单元的内容串在一起。在设计时，可以从种子开始，依次经过幼苗、开花、结果的阶段，结果的果实由果皮和种子组成，果皮用于保护种子，而种子又可以完成生命的延续和进化，开始新的植物的一生。这样设计有利于学生分析植物一生的内在联系，厘清它们之间的关系，渗透多个核心概念，同时还可以让学生感受生命的神奇，培养学生对植物的热爱之情，形成良好的态度与责任意识。

3.3 外显科学思维，助力核心素养落地

小学科学课程主要培养的学生核心素养包括科学观念、科学思维、探究实践和态度责任，四者相辅相成，其中，科学观念是基础，探究实践是途径，科学思维是核心，态度责任是方向。学习的本质是一种思维活动，有效的科学探究过程和目标的达成都离不开思维的参与^［2］。在教学中，教师不仅要让学生经历探究的过程，而且要引导学生反思自己的思维方式，把思维方法的学习显性化^［3］。例如，在学完苏教版科学四年级上册“简单电路”这一单元后，单元知识概念图不仅要帮助学生梳理新获得的知识，形成科学观念，还要梳理归纳获取新知的学习方法，凸显科学探究的思维过程，同时渗透态度与责任意识。

通过图3“简单电路”单元知识概念图，教师可以这样帮助学生进行梳理：简单电路包括用电器、开关、导线和电源，用小灯泡代表用电器，电池代表电源，当它们形成一个闭合通路时灯泡就会亮起来。把各类物品依次接入简易电路中，通过观察小灯泡的亮灭情况，以此区分导体与绝缘体。引导学生回忆并说出辨别导体和绝缘体时用到了“比较与分类”的思维方法。之后，将暗箱接入简单电路，依据小灯泡的亮灭状态与明暗变化，合理推测暗箱内部的电路连接方式，引导学生通过观察、检测、记录等科学方法进行探究实践，并说出运用“推理与论证”等思维方法。最后，再说明电源分为直流电和交流电，引导学生关注用电安全，渗透核心素养中的态度与责任，从而落实四大核心素养。

3.4 融入版画设计，适应心理发展需求

笔者在小学科学复习课的教学中发现，受学科特点和学生年龄特征等因素的影响，大多数小学生并不喜欢单纯文字的单元知识概念图，尤其是纯文字的概念图，更容易让学生望而却步。因此，在单元知识概念图中融入版画设计，采用图画形式或图文结合的概念图，可以有效激发学生学习科学的兴趣和热情，改变文字概念图的单调和枯燥，适应当下小学生的心理发展需求。例如，在图2“植物的一生”单元知识概念图中，种子、幼苗、花、果实等都可以通过简单的版画呈现，在图3“简单电路”单元知识概念图中，同样也通过小灯泡、暗盒、导线、电池、铁钉等简单的版画设计，让整个单元的知识概念图看起来更加轻松活泼。

对于苏教版科学四年级下册“繁殖”这一单元知识概念图（图4），教材首先按照生物的种类分为动物的繁殖和植物的繁殖，动物繁殖方式分为胎生和卵生，胎生中的胎生动物可以以羊、猫为例用简笔画表示，卵生可以以鱼、鸟为例用简笔画记录。植物的繁殖可以通过种子繁殖和营养器官繁殖，其中营养器官有根、茎、叶，用根繁殖的植物可以以红薯为例用简笔画表示，用茎繁殖的植物可以以菊花为例用简笔画表示，用叶繁殖的植物可以以多肉植物为例用简笔画表示。植物利用种子繁殖，通过观察和实验，就可以发现种子的根总是向下生长的，芽总是向上生长的，向上可以用“↑”表示，向下可以用“↓”表示，而不同特点种子的不同传播方式也可以用简笔画表示。在举例说明时，还可以请学生上台用简笔画表示，这样能避免整个知识概念图都使用文字。用简笔画替代说明，能激发学生兴趣，形成互动课堂，帮助学生加深印象。采用学生喜闻乐见的图文结合形式，更贴近学生的内心，使他们在心理上更容易接受。

4 结语

单元知识概念图不仅有利于帮助学生形成科学观念，还有助于学生思考探究实践的过程，加深对思维方法的理解，以及培养良好的态度与责任。要真正利用好小学科学单元知识概念图，落实核心素养，促进学生的全面发展，就必须改变传统的模式，探索和研究适合当下核心素养的全新的概念图模式。通过单元知识概念图激发学生的学习热情，深入浅出地启发学生思考，从而有效促进学生的健康成长和全面发展。

参考文献

[1] 王海红.小学数学核心素养课堂的实践讨论［J］.新课程（上），2018（06）：13.

[2] 吕文焕.核心素养导向下的小学科学“思维型研讨”［J］.实验教学与仪器，2024，41（06）：100-102.

[3] 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.