小学科学主要概念进阶设计研究

杨新瑞

《义务教育科学课程标准（2022年版）》（以下简称《课标》）提出，科学素养的形成是长期的，只有通过连贯、进阶的科学学习与躬行实践才能达成。因此，精准把握科学概念学习进阶，能使教师明确教学顺序和强度，减轻学生负担。在基于学习进阶的教学调查中，笔者发现，小学科学教师已经知晓许多关于进阶起点及学情研究策略，但因学习进阶终点在《课标》中有明确规定，所以教师刻画学习进阶中间水平难度较大，即刻画某个科学概念发展路径中的关键层级的难度较大。本文重点研究刻画科学概念在某个学段内或年级内学生学习的进阶中间水平，设计基于学生认知发展水平的科学概念进阶层级。

借助圖示，定位科学概念在知识体系中的位置和作用

科学概念结构图可以帮助学生进行单元梳理，建构知识体系、技能链条，形成独特的思维模式。教师设计学习进阶方案前要考虑不同学段、不同领域科学概念间的相互关系，明晰不同学段的科学概念结构，使学生的学习进程更趋向核心素养提升。在确定不同学段科学概念结构时，通常采用逐级法和全景图法，或者将两种方法融合使用。以小学《科学》二年级上册第三单元“磁针与南北”单元为例，《课标》要求学生本单元掌握的科学概念包括：指南针中的小磁针是磁铁，可以用来指示南北;磁铁总是同时存在两个不同磁极;相同的磁极相斥，不同的磁极相吸等。

首先，笔者从应达成的学习目标中提炼本单元科学概念关键词，寻找概念间的关系，完成单元知识结构图的构建。其次，笔者以陈述的方式，分课撰写课时主要科学概念教案。如第一课“磁铁有两极”隶属物质科学领域，学生在教师的指导下设计对比实验并观察磁铁不同位置的磁性强弱。再次，笔者引导学生探索摔断的磁铁、不同形状的磁铁是否也同时存在两个磁极，进一步充实“磁极”这一概念。最后，结合《课标》、学生实际理解程度及后续学习需要，笔者总结本课科学概念，即“磁铁总是同时存在两个不同磁极——南极和北极”。

分析科学概念发展进程，寻找关联概念

定位科学概念在知识体系中的位置和作用是设计学习进阶方案的前提。分析科学概念发展进程，寻找关联科学概念则是设计学习进阶的基础。笔者站在认知心理学的角度，从目标科学概念着手，分析目标科学概念的内涵、发展进程，寻找支撑建构目标科学概念的关联概念，并在连贯、进阶的科学概念建构中，精准引导学生科学思维、探究实践，提升其科学核心素养。需要注意的是，教师要尽可能多地找到关联概念。以“磁针与南北”单元为例，本单元的主要科学概念是“磁铁有磁性，可对某些物体产生作用”。其关联概念的分析如表1所示。

依据学情，把握关联概念逻辑关系

学生对科学概念的建构，是从简单到复杂、从浅显到深入的渐进过程。因此，在刻画学习进阶的中间水平时，教师要依据学情及教学经验，把握关联概念间的逻辑关系，厘清概念发展顺序，将关联概念按从易到难或从低到高的顺序进行排序，依据刻画学习进阶关键节点的五个层级，对关联概念进行补充解释和完善，确定进阶途径，如表2所示。

通过对二年级学生前测试卷和访谈反馈数据进行分析，笔者发现，学生在进行“磁针与南北”单元学习之前，已能识别多种形状的磁铁，对磁铁性质有初步了解，但往往停留在用颜色来发现规律的浅层思维上（相同颜色相互排斥，不同颜色相互吸引）。因此，笔者依据学习进阶终点不低于《课标》相关学段要求的原则，将学习进阶终点确定为：磁铁总是同时存在两个不同的磁极，相同的磁极相斥，不同的磁极相吸。

预期课时学习表现，及时评价修正

在明晰学段内、年级内、单元内学生对目标科学概念的理解水平之后，笔者结合发展该概念所需的能力发展路径，预期学生在课时学习过程中的行为表现或思维水平，设计课时学习进阶方案，及时调整教学。依据修正完善后的学习进阶方案，本课时的学习按以下流程进行：游戏体验，条形磁铁两端磁性最强—悬挂回形针，比较磁铁不同位置磁性强弱，搜集证据—利用不同方法，验证条形磁铁两端磁性最强—利用不同形状磁铁，持续探索磁铁不同位置磁性强弱—理解磁铁总是同时存在两个不同磁极。

需要说明的是，在刻画某一科学概念在某一年级段内学生所能达成的学习进阶时，需注意这只是教师依据个人教学经验，遵循一定的素养形成逻辑而预先设计的，不是必须依照五个层级进行设计。我们应认可学生在科学概念发展过程中采用的其他思维路径，只要能获取对目标科学概念的科学理解即可。

合理的学习进阶设计是个性的，过程是复杂的，往往是多个因素交互作用的结果。本文提出的刻画科学概念学习进阶中间水平的策略和建议仅是一个探索性的尝试，还需要进一步丰富和发展，以及科学的实证研究支撑，这些都是后续研究中亟待解决的问题。

（本文系2020年度河南省基础教育教学研究室重点课题“基于学习进阶的小学科学重要概念教学实践研究”的成果。课题编号：JCJYB20220020）

（责编 桑 涛）