以大概念的理念开展项目教学促进学生探究能力发展

蔡万玲+杨琴玉+马灵灵+董志芳+周利飞

一、科学教育大概念的提出

1.培养儿童对周围事物的知情和正确决策。

科学技术的发展颠覆性地改变了科学技术与社会、科学技术与人之间的关系。为了培养学生的创新能力，探究式科学学习成为儿童学习科学的主要方式。对儿童学习科学的内容如何选择，如何学习科学，也是国际科学家们一直研究的热点问题。大概念的重要特点是明确提出科学教育的目的：培养知情的决策者，使学生具有进行正确决策的知识基础和能力。

2.在科学教育中需要大概念。

学生从小学到中学，他们学的科学概念变得越来越抽象。在学习科学的进程中，学生需要逐渐去掌握一些更为广泛的概念。如果这些概念的建立不能被追溯和连接到更为具体的经验，那么学生对这些概念的理解就会越来越困难。

在小学，科学活动一般是从周围的物体和事件开始的，教师力图使课堂内容引起学生的兴趣，为的是给学生真实的感受。教师对科学学习内容应慎重选择，使这些内容不仅在后续的学习中有延续性，而且对学生的一生都有用。

在构思科学教育的目标时，在知识方面不是堆砌一堆事实和理论，而是用趋向于核心概念的一个进展过程来表述。这些核心概念及进程可以帮助小学生理解生活中的事件和现象。我们把这些概念称为科学上的大概念。科学大概念是有组织、有结构的科学知识和模型。掌握概念和建立模型会影响决策判断力和创新能力。

二、在科学教育中将小概念发展到大概念

从儿童早期对他们周围的物体和事件的探索开始，如何将科学的大概念与自然界的相关事件相联系？在了解周围的世界时，物体的存在和因果关系这两个概念很重要，这个概念需要长时间形成。以儿童进校前形成的概念作为起点，在学校将它从较小概念进展到较大概念，教师会依据概念本身的特性，引导概念进展。

学生试图理解新的经验时，不管是在课堂内还是在课堂外，都是从他们已有的经验出发，将概念连接到新的经验，并且测试它是否有助于解释新的经验，这时概念就“长大”了。在科学探究中，若用一个可能有用的前概念预期，这个预期又符合来自新经验的证据，这个概念就会变得略大些，可解释较大范围的现象。例如，从特定的物体能够在水中有不同的溶解性进展到有关溶解的大概念。在某个阶段，学生在各方向上能够进展到什么程度，取决于不同的学习背景。

三、教师创设教学环境，以大概念的理念开展项目教学

用项目进行教学。项目学习方式可以提供真实世界的情境，目的在于使其与学习活动相关联，围绕大概念（big ideas）整合高级思维，促使学生积极参与学习过程。项目学习以课程标准为基础，以问题为引领，以案例为载体，以培养学生21世纪技能为最终目标，为教师提供了系列化的教学设计理念和方法，引导教师在课程标准的基础上，创建学科教学目标实现的途径和方法，帮助教师对“基于项目的学习”这一教学设计方法和教学方式由浅入深，不断进行系统认识和理解。

项目学习设计案例

主题：

光和影。

项目成员：

五年级学生。

项目期限：

1课时。

支架：

像电灯这样能发光的物体称为光源。产生影子必须要有光、遮挡物、屏。影子的长短和光的照射位置有关；影子的方向总是和光的方向相反；影子的大小变化与物体和光之间的距离有关；影子的形状和光所照射的物体的侧面的形状有关。从不同侧面照射得到的物体的影子叫投影，投影在我们生活中是很有用处的。

目标：

1.认识到事物之间的变化是有联系的，也是有规律的。

2.在实验观察中养成严谨、细致、实事求是的态度。从童趣的游戏中发现光的奥秘，激发探索好奇心。

重点、难点：

探究影子的变化和光源、遮挡物之间的关系。

准备：

手电筒、屏、课件、拱形铁絲、橡皮。

情境：

把学生带入手影表演的视频情景中，用手影表演出动植物和人之间的关系。

任务：

通过分组实验，探究光和影之间的关系。

活动：

（一）认识光源。

1.学生做出教师出示的手影，在实验中思考产生手影需要的条件。

2.整理认知。产生手影需要的条件：光源、遮挡物、屏。

3.总结梳理。能发光的物体叫作光源。

4.学以致用。辨别电灯、月亮、太阳、镜子、手电筒、火柴、萤火虫等哪些是光源。

（二 ）动手实验，探究性质。

情景：给学生出示阳光下物体的图片，辨别光源、遮挡物、屏。

实验活动1：探究影子的长短和光的照射位置的关系。

1.发现影子的变化，提出科学问题。

2.推测：影子的长短和光的照射位置的关系。

3.假设：影子的长短和光的照射位置的关系。

4.小组合作实验验证。

5.讨论、交流、记录。

6.得出结论：阳光直射影子短，阳光斜射影子长。

实验活动2：探究影子的大小与物体离光源的距离的关系。

情景：表演者利用光的远近表演手影游戏视频。

1.发现影子的变化，提出科学问题。

2.推测：影子的大小与物体距离光源的距离有关。

3.假设：影子的大小可能与物体离光源的远近有关。

4.小组合作实验验证。

5.讨论、交流、记录结果。

6.得出结论：物体影子的大小与物体和光源之间的距离有关，物体离光源越近影子越大，物体离光源越远影子越小。

实验活动3：探究影子的形状和光所照射的物体的侧面的形状有关。

出示情境图，设疑：光照不同形状的面，影子的形状是怎样的？

1.提出科学问题。

2.推测。

3.假设。

4.小组合作实验验证。

5.讨论、交流、记录结果。

6.得出结论：物体影子的形状和光源所照射的物体侧面的形状有关。从不同侧面照射得到的物体的影子就叫投影。

（三）迁移应用，概括整合。

评价。可评价的要素：

1.实验探究。（20分）

评价方法：量规（互评+师评）。

评价指标：实验操作是否规范、现象是否明显。

2.任务完成情况。（30分）

评价方法：量规（互评+师评）。

评价指标：能否按照设计的方案顺利完成实验并能得出相应的结论。

3.过程合作情况。（30分）

评价方法：量规（互评+师评）。

评价指标：最终成果是否为小组成员共同努力的结果。

4.介绍探究结果时的表现。（20分）

评价方法：量规（互评+师评）。

评价指标：成果表述的规范与否及书写是否清晰无误。

总之，评价不仅要评价学生的学习成果，还要评价学生的学习过程及学习技巧。

成果：充分认识了光与影之间的密切关系。

出色的教学靠出色的设计，教学设计围绕课程标准，突出学习目标。教学设计采用项目学习的方法。

《米饭、淀粉和碘酒的变化》

教学案例

魔术引入，课前活动“白纸”现字。

师：在课前我们一起来看一封神秘的信件，我请咱们班班长来拆这封信。

生：打开信件。

师：上面有什么？

生：什么也没有。

师：老师有一瓶神仙水，咱喷喷看。

（师喷水。）

是什么？

（棒信纸）

请同学们大声读三遍。六二班是34小最棒的，你们有很好的班级凝聚力，班级整体成绩优秀。你们有没有信心和杨老师共同上好这节课？

师：那谁能告诉我，刚才这一现象是什么原因呢？

（根据学生回答情况给予鼓励。）

师：今天我们一起来学习米饭、淀粉和碘酒的变化。

认识变味的米饭

师：米饭是我们的主食，我们几乎每天在吃米饭。米饭到底是什么味道？你们想现在尝一尝米饭吗？

师：请同学们品尝桌上的米饭，尝尝米饭有什么味道。

师：请咀嚼一分钟，看看有什么味道。

生：米饭变甜了。

实验认识米饭、淀粉和碘酒

师：米饭变甜了，你们觉得最有可能是米饭中的什么发生变化了？

师：请同学们阅读教科书30页左侧内容，在书中寻找答案。

生：（说原因。）

师：你真是一位会学习的孩子，一下就找到了答案。

师：我们口腔中的唾液让米饭发生了变化。米饭就是在唾液的作用下变成糖（麦芽糖）。

师：再来咀嚼馒头，馒头是不是和米饭一样变甜呢？

（教师分发馒头，生品尝。）

米饭中含有淀粉，那么馒头中是否也含有淀粉呢？

生：（猜测。）

师：（取出一个小瓶子并问）这是碘酒，碘酒有什么用途？

生：（讨论并作答。）

师：你的生活经验真非富。

师：（用滴管吸一些碘酒滴在培养皿上。介绍碘酒是一种红棕色的液体。）

师：在米饭上滴两滴碘酒，会发生什么现象？

师：（演示）注意在滴碘酒时，滴管不要碰到米饭，只滴两滴就可以了。至于现象是什么呢，请同学们自己探究。

师：（强调实验要求。）

师：谁愿意和大家分享你们的发现？

生：米饭上滴两滴碘酒，变成了蓝色。

师：你真善于观察，老师为你感到骄傲。

师：滴过碘酒的米饭变成了蓝色。变色的原因是什么呢？

生：（说原因。）

师：你真是个善于推测的孩子，那你怎么证明你的判断呢？

生：在淀粉上滴碘酒。

师：你真能干，会用科学的方法解决难题。米饭里面的主要成分是淀粉，淀粉是厨房里常用的烹调用品。我们用什么感官来观察呢？

生：用眼睛看，用鼻子闻，用手摸。

师：你真有科学家的潜质！他说的方法你们听清了吗？那就开始你们的观察吧！

师：谁愿意和大家分享你们的观察结果呢？

生：淀粉是白色的粉末，用手摸起来滑滑的。

师：你的语言表达能力真好，老师应向你学习。

（在淀粉上滴两滴碘酒，观察出现的现象。学生实验。）

师：淀粉加碘酒生成蓝色物质。这种变化后的物质还是淀粉吗？淀粉和碘酒的变化属于哪一类变化？

生：化学变化。

师：你们对前面的知识掌握得很好。

淀粉的踪迹

师：原来淀粉遇到碘酒会发生化学变化，生成的新物质是蓝色的。那我们能不能利用这一特性来检验馒头中是否含有淀粉呢？

（学生实验。）

师：同学们真的很会动脑筋，懂得用科学的方法解决难题。我们平时吃的食物除了米饭、馒头，还有很多。

师：（出示食物图片）老师为大家准备了这么多食物样品，这些食物中是否含有淀粉呢？应该怎样来研究呢？

师：利用淀粉和碘酒反应时颜色会发生变化这一特性，可以检验一些食物中是否含有淀粉。请小组长到后面取食物样品，小组合作实验，完成实验记录单，分组汇报。

师：淀粉是植物体中贮存的养分，存在于种子和块茎中，有些植物中的淀粉含量较高。大米中含淀粉62%～86%，小麦中含淀粉57%～75%，玉米中含淀粉65%～72%，马铃薯中则含淀粉12%～14%。

拓展：刚才我们利用淀粉和碘酒的化学反应寻找到了淀粉的踪迹。淀粉和碘酒的反应有很多不同的用途，其中有一项是用来检测假钞。纸币印刷技术要求高度保密，纸币制造中会采取很多防造假措施，包括移走纸中的淀粉。制造假钞者没法掌握所有的印钞技术，所以警察只要在纸币上滴上碘酒，看看纸币是否会变蓝，出现蓝色就是伪钞。

淀粉和碘酒发生反应还有一个应用，就是用来治疗碘酒中毒，人们误食碘酒中毒后，口服淀粉就成为一个简单易行的好办法。

知识拓展：淀粉是一种高分子化合物，淀粉与碘酒反应的本质是生成了一种化合物，这种新的物质改变了吸收光的性能而变了色。天然的淀粉组成成分可分为两类；直链淀粉和支链淀粉。直链淀粉与碘酒作用显蓝色，大米中含有直链淀粉，但较短的直链则显红色、棕色或黄色等不同的颜色。支链淀粉与碘酒作用显紫色或紫红色。玉米淀粉含有支链淀粉，所以显紫色或红色。

四、基于科学大概念的探究式教学，促進学生探究能力的发展

科学教育应该聚焦于科学的核心概念，需要教师更加关注对学习内容的深入理解。围绕着大概念开展科学教育，课程内容聚焦于科学大概念，教师需根据探究的问题创设教学情境，引导学生建立新旧经验、新旧观点之间的联系，学生对与大概念密切相关的问题展开探究，收集数据，进行讨论，根据现有的证据逐渐建构大概念。

学生学习科学知识不是独自孤立地进行概念的学习，而是经过探究活动，在和他人合作互动与分享的过程中获得的。科学学习的目标是提高学生的探究能力，从科学探究活动中能够得到什么样的结果，取决于如何进行预测、观察、收集和解释数据，也就是说取决于使用的科学探究能力。这类探究能力在概念的发展中起到关键作用，帮助学生学会运用这种能力是科学教育的一个重要目标。因此，支持发展大概念的教学法和学习方式是能够促进探究能力的。

备注：本文系新疆教育学院校级重点项目（JYGP201505）

作者单位：蔡万玲、马灵灵、董志芳、周利飞，新疆教育学院科学教育学院；杨琴玉，乌鲁木齐市第二十一小学