科学大概念教学的缘起、价值及实践路径

摘   要科学大概念教学是在大概念教育理念指导下的科学教学新范式，主要价值体现为促进概念理解与知识迁移、促进学生能力的全面发展以及提高教与学的效率三个方面。其实践路径包括教学环境、教学载体、教学环节以及教学评量四个基本组成，即基于已有科学经验的内部环境与面向真实情境的外部环境，概念框架式教学活动载体，学习主体经历的领悟、探究、表现与反思环节以及多维度的教学评量内容与多元化的教学评量方式。

关键词 科学教学  大概念  缘起  价值  实践路径

在知识爆炸与知识经济的时代大背景下，保障科学教育内容的选择、组织及教学实施过程的科学性与有效性是科学教育急需解决的关键问题。科学大概念教学是适应时代发展的产物，也是一条促进学生知识建构的重要途径。现阶段科学大概念研究已从讨论中观的课程问题走向了更为聚焦的教学层面，明晰科学大概念教学的缘起、价值及实践路径，将有助于指导科学教师合理有效地开展教学设计与实施。

一、科學大概念教学的缘起

1.大概念理论研究的兴起与发展

大概念又称大观念，对应的英文为“big idea”，最早被当作广告营销术语使用[1]。在教育领域，学者对大概念内涵表述各有不同，Erickson（1998）指出所谓大概念是抽象概括或是基本理解，是对概念关系的表述，是基于事实性知识产生的具有深刻含义的可迁移观念[2]。Wiggins&McTighe（2003）认为大概念是理解的基础素材，是一种有意义的模式，能够将学生的分散点状知识联结起来，形成更大的概念、原理或过程[3]。Charles（2005）从数学学科视角出发，认为一个大概念是对某个概念的陈述，这个概念是学习数学的核心，可以把各种数学理解联结为一个连贯整体[4]。Harlen（2010）等人将大概念定义为能解释较大范围现象、物体与事件的有组织、有结构的知识和模型[5]。从上述观点中可以发现，Wiggins等人所提出的大概念可以说是一种用以帮助学生概念整合与迁移的工具，而Charles等人则是站在学科立场上探讨课程与教学问题。大概念的价值主要体现在对核心内容的精炼与整合，并在此基础上搭建概念层次框架，以及围绕大概念（核心概念） 建构学科课程体系。虽然不同学者对大概念理解存在分歧，但在一些根本方面已达成共识：在位置上，大概念处在学科的中心，是一门学科为数不多的几个核心概念;在表述上，大概念是对众多知识概念的筛选与整合;在功能上，有助于促进学习者对知识的深层理解与迁移;在结构上，大概念与子概念、其他大概念间形成网络结构。

2.科学教学观念与形式的革新

进入新世纪以来，在科学知识的爆炸性增长与知识经济社会形态的双重冲击下，科学教育面临着严峻挑战。为了应对时代变革，科学教育领域需要做出更多改变，教育专家开始思考科学教育的本质问题，比如“科学教育的目标是什么？”“应当以何种理念来指导教学？”“应该向学生传授什么样的科学知识以帮助学生适应快速发展的社会？”等。在这一背景下，研究者开始尝试突破教育传统束缚，推动教育思想与理念上的革新。但是直到本世纪初，Erickson等人对大概念的研究依旧停留在主题单元的开发上，并未上升到教育理念的宏观高度，真正实现这一跨越是发生在科学教育领域，Harlen等人结合科学学科特点以及学生的实际需求，提出了科学教育理念的全新设想，也就是大概念教育理念，该理念渗透在教学法、课程内容与评测三个维度，并在操作层面上着重进行阐释，包括对科学大概念教学宗旨、评测、实施以及围绕大概念（核心概念）的科学课程标准编制、科学课程内容选择等关键问题的探讨[6]。大概念教育理念自提出以来受到教育界广泛关注，在其指导下的科学大概念教学应运而生，其基本内涵体现在观念与形式两个层面，一方面它是一种整体化教学观念的体现，另一方面它又作为具体的教学形式而存在，表现在教学组织、策略实施、教学评价的全过程。

二、科学大概念教学的价值体现

1.深化概念理解，促进知识迁移

为学生搭建以大概念（核心概念）为中心的概念框架是科学大概念教学内容组织的一大特点。对于学生而言，这种概念框架式的教学内容组织可以促进他们对科学概念的深度理解，特别是明确不同概念间的联系与区别以及重要概念的应用范围，帮助他们在大脑中廓清知识脉络以形成整体的概念网络结构。此外，概念框架式的教学内容组织也是一种有助于学生知识提取与应用的信息组织方式。研究显示，接受了概念框架式教学的学生当面临同一问题情境时，他们能够比未受过这种方式训练的其他学生更加迅速地在大脑中提取出与问题解决有关的已有知识经验，帮助他们实现科学知识的迁移与应用[7]。同时，学生经过概念框架式学习训练，所习得的在大脑中建构概念框架的成功经验对他们在课外自主学习或接受其他知识信息也有重要促进意义。

2.倡导科学探究，促进学生全面发展

科学大概念教学重视引导学生开展探究性学习，突出教学过程中科学探究活动的设置。在科学探究中，学生围绕所创设的问题情境在教师的引导下开展问题探究活动，并结合自身经验、教学具体内容以及教师指引，充分开动脑筋试图为问题解决寻求答案。通过对探究活动的体验，学生在分析问题的思维能力、小组合作能力、表达交流能力、知识运用能力、动手操作能力等方面均会得到一定的锻炼与提高。此外，在情感态度上，学生通过经历科学探究过程，让他们切实体会到在科学知识产生或发现过程中可能遇到的种种困难，从中锻炼他们的意志品质，引导他们养成严谨的科学态度与高尚的科学精神[8]。在知识能力上，在问题任务的驱动下加深学生对科学知识的理解，设计来源于生活的问题情境更能帮助他们明确科学知识的应用范围以及知识间的内在联系，进一步促进知识迁移。

3.聚焦科学大概念，提高教与学的效率

现如今科学知识在数量上比以往任何时期都要丰富，但学生的学习时间却非常有限。科学大概念教学聚焦于少数几个大概念（核心概念），在教学内容的组织上，大概念（核心概念）向上承接科学课程标准中的学习目标与学科核心素养的培养要求，向下联系教师课堂教学目标，并以大概念（核心概念）为中心组织具体教学内容，这既保证了教学设计相关要求的有效执行，也在最大程度上满足了教与学的实际需要。对于教而言，聚焦于少数几个大概念（核心概念），由于概念自身的高度概括性以及在学科中所处的核心地位，在为教师备课指明方向的同时也为教师减少了大量知识筛选与归纳概括的时间。此外，围绕大概念（核心概念）组织教学内容的方式在正式教学之前就能为学生避免或剔除掉大量没有实际价值的学习内容，同时依据该方式开展的概念框架式教学活动也能够帮助学生更高效地内化吸收新知识。

三、科学大概念教学的实践路径

科学大概念教学的实践路径是明确科学教学目标与教学内容所要遵循的基本依据，也是教师达成既定教学效果、学生完成学习任务的必由之路。在系统论上，科学大概念教学实质上是一套提升学生科学素养的教学机制，运用系统分析方法剖析其内在组成及其联系是保障教学有效性的关键。

1.内外部环境：已有科学经验与真实情境

建构主义学习理论认为，人类对新知识的获取进程是在原有知识经验的基础上进行的，人类学习过程其实就是从外部环境接收知识信息并与自身认知结构的结合过程。科学大概念教学的内部环境即为学生已有科学知识、科学前概念以及科学思维结构等科学经验一同所搭建起来的认知环境，它是学生学习科学的内在心智基础与动力源泉，也是科学教学的出发点与最终归宿。科学知识本质上必然与真实情境紧密联系，科学知识源于人类在真实情境中对自然世界的探索，教育教学过程实质上又是基于真实情境不断向学生传授知识经验的实践活动。因此，科学大概念教学需要在真实具体的情境中进行，真实情境既是学生科学素养发展的外部环境，也是学生科学素养表现的重要载体。

2.基本载体：概念框架式教学活动

在科学大概念教学中，学习主体的科学知识获取及知识意义建构主要依赖于概念框架式教学活动的开展。概念框架式教学是在师生共同参与下围绕事先设计好的教学活动框架进行的教学实践活动，教学活动框架是特定教学主题下所涵盖的基本知识与技能、基本方法与思想的整体表现形式，旨在为学生搭建存在普遍联系的知识网络，实现提升他们科学思维与实践能力的目标。教学活动框架的有效组织强调整体性与生成性：一是通过教学内容的整体推进，在短时间内帮助学生在大脑中建构起以大概念（核心概念）为中心的基本概念框架，但它仅是一个浅层次的、最基本的知识平面，需要在此基础上由浅入深地不断丰富、深化概念骨架的横向联系与纵向深度;二是通过支架式、发散式教学活动设计，为学生留有足够的自主探索空间，帮助他们在学习过程中实现知识经验的生成，另一方面教学中知识概念的整体化联系也必然引发在此基础上的新的概念框架的生成。

3.主要环节：领悟、探究、表现、反思

教学过程并不是学习者被动接受信息的过程，而是学习主体主动参与到教学活动中有选择地内化知识经验的过程。因此，科学大概念教学需要突出学生的主体地位，体现在具体教学环节，离不开学生在教学活动中的领悟、探究、表现与反思。领悟是在感知、体验、理解基础上的醒悟或觉察：一是对已有科学经验的唤醒，二是对教学内容涉及到的知识技能及其思想方法的觉醒，三是对科学与生活之间联系的觉察。探究是个体在问题情境下自主认识与解释客观世界的活动，探究的目的既是促进个体概念框架的形成，也是加强个体科学思维的锻炼、科学观念的培育以及综合素质与能力的发展。表现是在领悟、探究、反思基础上的学习结果的外显化呈现。作为手段，表现是了解个体学习情况的重要途径;作为标志，表现又是个体科学素养生成的重要呈现载体。反思是贯穿教学始终的个体对学习过程的反省，包括了对自己领悟到的科学经验、体验的科学探究过程以及表现的科学学习结果的思考，它既是个体自我意识在科学活动中的觉醒，也是促使个体科学思维水平提升的内核。

4.教学评量：多维度与多元化

教学评量是贯穿于教学设计与实施过程的教学评价系统。概念框架式教学往往需要对教材内容进行重构，因此教学设计和教学过程、教学结果一同成为了教学评量的三大内容维度。教学设计评量的核心内容涉及对教学活动内容选择与组织的科学性及有效性评估：一是要考虑学生实际情况，结合教育学与心理学理论做出合理评判;二是要以知识、情意与技能三维教学目标的达成情况作为基本评价标准。关于教学过程与结果的评价，其对象主要是学习主体，目的是为了了解学生实际的学习情况以及知识掌握程度，它是发生在真实情境下的教学信息反馈，对于调节教学策略，促进学生学业水平提升有着重要作用。在评量方式上，科学大概念教学提倡多元化教学评量，以摆脱传统纸笔测验的局限。在教学前、过程中以及结束后，通过课堂观察、师生对话或任务布置等方式综合评估学生表现，促进学生从知识经验到思维能力，再到动作技能全方面发展。

综上，科学大概念教学既是整体教学观的重要体现，也是对传统概念教学形式的超越，为中小学科学教育改革提供了新思路，拓展了新路径，但在明确其缘起、价值及实践路径的同时，也需要看到当前国内围绕大概念教学实证研究的缺乏，在未来研究中应给予更多这方面的关注。

参考文献

[1] 盛慧晓. 大观念与基于大观念的课程建构[J]. 当代教育科学， 2015（18）.

[2] 邵朝友， 崔允漷. 指向核心素养的教学方案设计：大观念的视角[J]. 全球教育展望， 2017（06）.

[3] 维金斯， 麦克泰. 理解力培养与课程设计：一种教学和评价的新实践[M]. 么加利，译.北京：中国轻工业出版社， 2003.

[4] Charles， R.&Carmel， C. Big ideas and understandings as the foundation for elementary and middle school mathematics [J]. Journal of Mathematics Education， 2005， 7（03）.

[5] Harlen， W. Principles and big ideas of science education[M]. Gosport， Hants： Ashford Color Press Ltd，2010.

[6] 溫·哈伦.  以大概念理念进行科学教育[M]. 韦钰，译.北京：科学普及出版社， 2015.

[7] 约翰·D·布兰思福特，等. 人是如何学习的：大脑、心理、经验及学校[M]. 程可拉，等，译.上海：华东师范大学出版社， 2013.

[8] 丁邦平. 探究式科学教学：类型与特征[J]. 教育研究， 2010（10）.

[作者：金鑫（1995-），男，浙江义乌人，南京师范大学教育科学学院教育硕士。]

【责任编辑   孙晓雯】