大概念统摄下的“AI+小学科学”跨学科教学*——以“探寻四季更替的奥秘”为例

梁云真 蒲金莹 袁书然

大概念统摄下的“AI+小学科学”跨学科教学*——以“探寻四季更替的奥秘”为例

梁云真1,2蒲金莹2袁书然2

（1．智能教育河南省协同创新中心，河南新乡 453007；2．河南师范大学 教育学部，河南新乡 453007）

核心素养导向教学已成为深化课堂改革的重要课题，而将大概念作为学科锚点融入“AI+小学科学”的跨学科教学，为落实核心素养和教学改革创新注入了新动力。基于此，文章首先梳理了小学科学与大概念的相关研究成果，提出了大概念的层级结构。接着，文章以大概念为核心，以跨学科为载体，构建了大概念统摄下的“AI+小学科学”跨学科教学模式。该模式以解决真实情境下的复杂问题为重要旨归，以KUDB教学目标、主题单元教学内容、活动链式教学活动、证据多元化教学评价为关键要素，包含创设情境、明确问题，理解探究、制定方案，实践应用、优化完善，汇报交流、评价反思四个教学环节。随后，文章以“探寻四季更替的奥秘”为例，阐释了如何开展大概念统摄下的“AI+小学科学”跨学科教学，并进行了教学反思。最后，文章提出我国基于大概念开展小学科学跨学科教学的建议。文章旨在探索大概念与跨学科教学耦合的实践途径，为小学科学课程教学模式创新提供理论支撑与实践指导。

大概念；跨学科教学；人工智能；小学科学；核心素养

当今世界正处于百年未有之大变局，我国实现高水平科技自立自强、建设世界科技强国的需求尤为迫切。对此，习近平总书记强调要在教育“双减”中做好科学教育加法[1]；教育部部长怀进鹏提出要在基础教育阶段加强科学教育，以教育适应性变革融入科技创新，为建设科技强国赋能[2]；《义务教育科学课程标准（2022年版）》则强调要以培养学生核心素养为总目标，围绕核心概念组织教学内容，以跨学科方式开展教学[3]。小学科学课程作为儿童探索自然、与现实世界建立联系的重要渠道，具有跨学科、综合性、实践性。同样，人工智能作为综合性课程，也要注重跨学科学习[4]。但有研究发现，我国在开展人工智能和科学教育时存在学科知识离散分立、缺乏多学科知识融合的问题[5]，并且部分学校科学课程的教育内容与日常生活衔接不够紧密，跨学科学习的连贯性、进阶性、迁移性不足，这种浅层学习导致学生的迁移意识较为淡薄[6]。而大概念处于学科基本结构的中心位置，基于大概念的教学可以助力跨学科理念的落地，加大跨学科融合的深度，落实核心素养的要求[7]。基于此，本研究以大概念为统摄中心，将人工智能作为技术环境与学科知识多维度融入小学科学教学，探索融合人工智能与小学科学的跨学科教学模式，以期为实现素养导向的基础教育教学改革与实践提供新路径。

一 小学科学与大概念的相关研究

1 小学科学的教学现状

科学教育是学生了解自然、亲近自然的有效途径，而人工智能技术的迅猛发展为小学科学教学提供了新思路。目前，我国小学科学与人工智能相结合的研究成果较少，相关研究主要是基于STEM教育或创客教育理念，利用信息技术、Scratch、VR技术等开展小学科学教学。例如，李慧慧等[8]基于STEM，设计了发现问题、科学探究、工程设计、评价交流四个环节的小学科学教学活动；杨玉佩[9]将STEM教育理念融入小学科学教学，通过创设情境、设定方案、科学验证、归纳提升四个环节开展探究实践；武欣欣等[10]介绍了在信息技术支持下开展小学科学教学中项目学习的具体过程；孙立会等[11]将Scratch与小学科学相结合，开展了包含定义抽象、算法设计、迭代实施、拓展延伸四个阶段的教学案例设计；熊维聪等[12]则将VR技术应用于小学科学课堂教学，取得了较好的学习效果。

上述研究成果丰富了小学科学的教学思路，但在实践过程中还面临诸多挑战：①学科知识离散分立，缺乏整体性知识体系。学科之间的联系只是简单的知识叠加，缺乏多学科知识的横向融合[13]。②教学活动实践性不足，与现实生活联系不够密切。以科学论科学，以实验论实验，导致学生对所学理论迁移运用的意识淡薄。③教学活动较为单一，缺乏技术支持的创新。科学内容有较多的抽象性知识，教师一味地按照课本进行理论性讲解，无法让学生真正地理解掌握。④教学过程中缺乏必要的支架。学生的个性化学习需要提供适合学生“最近发展区”的学习支架，以使学生能够获得个性化发展。

2 大概念的内涵与层级结构

“大概念”（Big Ideas）也称“大观念”，起源于Bruner[14]倡导的学科结构运动。已有研究主要从认知发展、方法工具、结果价值等角度对大概念进行了解读：①从认知发展的角度来看，大概念是一个认知框架或意义建构。例如，Clark[15]认为大概念理解并联结小概念，提供构建自身理解的认知框架；Whiteley[16]认为大概念是有意义的模式，联结零散的知识点。②从方法工具的角度来看，大概念是理解的基础素材与有意义理解的概念工具。例如，Phenix[17]指出借助学科“代表性概念”，就可以理解获取整个学科的知识；Wiggins等[18]认为大概念是学科的“核心”，帮助学生将分散的点状知识连结起来；Chalmers等[19]指出大概念是指将众多学科理解联系起来，形成一个连贯的整体。③从结果价值的角度来看，大概念能促进学习者的持久记忆、深度理解和广泛迁移。例如，Erickson[20]指出，大概念是在事实基础上的抽象概括，是深层次的、可迁移的概念，是对概念之间关系的表述；Harlen[21]认为，这些核心概念可以帮助学生建立对生活相关事件和现象的完整理解。参考上述研究成果，本研究认为大概念是有机整合学科内和学科间知识内容的锚点概念，具有抽象概括、广泛迁移、持久影响、深度理解等特点[22]，通过将零散、碎片化的知识组织成网络状结构，支撑课程架构，模糊学科边界，从而促进学生形成整体观念和专家思维，助力实现跨学科的深度融合和核心素养的提升[23]。

大概念与具体概念之间的衔接，是大概念教学关注的重点。为了更好地梳理课程知识体系，建立不同学科和学科内不同章节之间的联系，研究者对大概念的层级结构进行了探索。例如，刘徽[24]采用二分法，将大概念的层级分为抽象概念（大概念）和具体概念（小概念），其中抽象概念包括跨学科大概念和学科大概念；许秋璇等[25]采用三分法，提出大概念包括跨学科概念、学科概念、学科子概念三层结构；李志河等[26]也采用三分法，划分出大概念、核心概念和小概念三层，其中大概念属于哲学视角和跨学科视角，而核心概念和小概念属于学科视角；而Dami等[27]构建了一个包括大概念、跨学科概念、学科概念、具体问题四层的金字塔模型。综合以上研究成果，本研究从哲学、跨学科、学科三大视角对大概念进行分层，提出了包含哲学概念、跨学科大概念、学科大概念、关键概念、具体概念五个层级的大概念层级结构，如图1所示。其中，哲学概念位于最高层，五个层级从上至下反映的是概念从抽象到具体的变化过程。同时，在大概念的引领下，逐步确定核心概念和小概念，以将抽象的知识转化为学生易于理解的基本问题，助力学生在学习过程中进行知识的学习理解与迁移应用。

图1 大概念的层级结构

3 大概念教学应用的现状

当前，有关大概念教学应用的研究主要有两种思路[28]：①传统教学的“目标-活动-评价”，是从学习起点出发设计教学活动。例如，詹泽慧等[29]以大概念为基础构建了C-POTE模型，即以概念群、问题链、目标层、任务簇、证据集为核心组织教学，并设计、应用“探访‘地球之肾’——湿地”跨学科主题学习案例；李松林[30]以小学数学“不规则平面图形的面积”为例，提出以大概念为核心的整合性教学模式，包含确定大概念、外显大概念、活化大概念、建构大概念、评价大概念五个关键步骤。②逆向教学的“目标-评价-活动”，是从学习结果出发，反向设计教学活动。例如，邵朝友等[31]以“美丽的秋天”为例，提出大概念教学的五个关键步骤，即选择目标、确定大观念、形成目标体系、设计评价方案、组织学习活动；李艳等[32]以初中“人工智能基础”单元为例，开展了大概念视角下的单元设计，主要分为明确预期的学习目标、确定恰当的评估方法、规划相关教学过程三个阶段。总的来说，传统教学思路聚焦于“输入端”，从学情、教材分析出发，设计教学活动，检测学习效果；逆向教学思路从“输出端”统筹教学，从学习结果出发设计教学活动，充分发挥评价的诊断作用[33]。结合上述两种思路，本研究进行教学设计时兼顾传统教学和逆向教学的设计优势，在分析学情的同时也考虑学生的学习结果，对目标、评价、活动进行统筹设计，探索基于大概念的跨学科教学新路径。

二 大概念统摄下的“AI+小学科学”跨学科教学模式

大概念位于学科中心位置，在开展“AI+小学科学”跨学科教学时，教师依托大概念的层级结构整合教学内容、规划教学过程。学生通过发现、理解和应用大概念，在真实情境中解决复杂问题。本研究整合相关研究成果，以大概念为中心，以跨学科为载体，以核心素养为导向，以教学目标、教学内容、教学活动、教学评价为关键要素，设计主要教学环节，构建了大概念统摄下的“AI+小学科学”跨学科教学模式，如图2所示。该模式主要分为重要旨归层、关键要素层、教学环节层，其中重要旨归层处于内层，主要阐释学科融合和目标指向，是另外两层的核心导向；关键要素层处于中层，是教学设计与实施的具体路径；而教学环节层处于外层，是对关键要素层的过程体现。三层相互作用，实现由内向外具体化表征、由外向内目标化达成。

图2 大概念统摄下的“AI+小学科学”跨学科教学模式

1 重要旨归层

结合人工智能和小学科学的学科特点，可将“AI+小学科学”的特征归纳为真实性、融合性和实践性，且大概念、跨学科学习和核心素养最终都指向真实情境下的复杂问题解决[34]。因此，本研究将“真实情境下的复杂问题解决”确定为“AI+小学科学”的重要旨归，而实现这一重要旨归需经历从学校教育迁移到现实世界的问题解决过程。基于此，本研究从学习的发生领域（分为学校教育、现实世界）和问题的复杂程度（分为简单问题、复杂问题）两个维度，将重要旨归表征为四个象限（如图3所示）：第一象限是大概念统摄下的“AI+小学科学”跨学科教学的最终目标，强调学生反思、总结学校教育中习得的内容，通过探究、创新发生高通路迁移，实现真实情境下的复杂问题解决——这也是大概念、跨学科和核心素养的最终指向；第二象限表示学生在课堂学习的知识、技能等，用于学校教育里的复杂问题解决；第三象限指学生将掌握的知识和技能综合应用于学校教育里的简单问题解决；第四象限则指从学校教育到现实世界有了迁移的发生，即学生利用在学校获取的知识实现真实情境下的简单问题解决。问题的复杂性及其相似度决定了迁移的程度[35]，即当新问题简单且与原问题相似时，会发生低通路迁移；而当新问题复杂且与原问题不相似时，会发生高通路迁移。因此，教师要注重培养学生的高通路迁移能力，以帮助学生达成最终目标。科学课程的内容接近现实生活，人工智能在内容和工具维度为小学科学教学带来了更多创新实践的机遇。大概念作为教学逻辑框架串联学科内容，有助于学生在研究自然现象和规律的过程中形成知识系统，并将所学的知识和方法迁移运用于生活实际问题的解决。因此，大概念统摄下的“AI+小学科学”跨学科教学将真正落实核心素养，培养学生的跨学科思维，帮助学生构建知识框架，从而有能力解决现实世界的真实问题。

图3 重要旨归的四个象限

图4 教学目标与KUDB模式的对应关系

2 关键要素层

（1）教学目标：“KUDB”

不同于传统教学的核心素养，大概念统摄下的“AI+小学科学”跨学科教学所指向的核心素养是一个上位概念，教师需要厘清科学核心素养转化的内在机理，根据大概念的层级结构将其拆解为具体可见、清晰可评的教学目标。在KUD模式的基础上，李松林[36]聚焦核心素养的培养要求，提出“知道-理解-行为-态度”（Know-Understand-Do-Be，KUDB）模式，主张将学科大概念渗透到目标设计中。“AI+小学科学”跨学科教学可以采用KUDB模式设计教学目标，两者的对应关系如图4所示。总的来说，“AI+小学科学”跨学科教学目标的制定，主要从学生想要知道什么知识、理解什么问题、能做什么事情、成为什么人四个维度着手。其中，“Know”表示的“知道什么”是指知识、概念和规律的习得，包含AI相关的编程和算法等知识、科学知识、其他学科知识；“Understand”表示的“理解什么”是指思维的形成，是对事物的本质属性、内在结构及相互关系的理解方式，如计算思维、科学思维、创新思维等；“Do”表示的“能做什么”是在解决问题的实践过程中所掌握的方法和能力的体现，如科学探究和信息获取能力、模拟仿真、算法设计等；“Be”表示的“成为什么”是指科学态度和社会责任的形成，如信息意识、伦理道德、科学态度等。可见，“KUDB”是一个具有层次化、持续推进的目标结构，“知道”“理解”“行为”的发展支撑“态度”的形成，使学生不断提升学科素养，并树立良好的价值观。

（2）教学内容：主题式、大单元

基于大概念的“AI+小学科学”跨学科教学以大单元为载体，围绕一个主题组织教学内容，将学科知识联结起来[37]。主题是对学习内容和范围的概括，在大概念学习中起桥梁作用，其背后仍是大概念[38]。主题单元的内容组织一方面要紧密结合大概念及其子概念，注重与学科核心支点、学生的认知结构固着点建立联系，培养学生的问题意识和目的意识，从而达成深度理解的学习目标；另一方面要考虑主题的开放性和跨学科性，使人工智能与小学科学在跨学科大概念的连接下进行内容的聚类、整合，模糊学科界限，形成具有内在联系、螺旋上升的教学框架[39]，以更好地引导学生开展跨学科学习、发展迁移应用能力。对此，教师可从现实生活中选择主题内容，创设真实情景，让学生利用人工智能的相关知识和技术进行科学探究、解决问题，并在此过程中进一步与社会、自然和生活建立联系[40]；同时，教师可根据单元主题，选定大概念，并在大概念的引领下，围绕主题组织教学内容，整合小学科学与人工智能等相关学科知识建构大单元，将大概念充分融入教学，引导学生就某一主题所涉的重要概念、原理和问题进行深度讨论，开展单元整体教学，使学生形成综合且系统的跨学科知识、思维、能力和态度。

（3）教学活动：真实性、活动链

“真实性”是核心素养的重中之重[41]。小学科学注重真实性、实践性，因此在设计“AI+小学科学”跨学科教学活动时，需依据课程标准创设真实情境、将教学内容融入具体情境，并贯穿于整个教学过程。真实情境作为粘合剂，能够加强学习内容的内在联系，让学生在知识获取的过程中感受到乐趣。利用人工智能技术创设情境，使学生在真实情境中与问题互动，并运用智能工具协助理解问题、完成学习任务，再通过内部加工和思考进行积极的意义建构，有助于学生深入剖析问题、解决问题，并促进实践探究，从而更好地理解和掌握大概念。此外，开展“AI+小学科学”跨学科教学活动设计时，还应注重活动之间的联系，以核心任务为首，将大概念作为学习路径，依托真实情境，在主要问题的引领下，按照解决问题的逻辑将任务分解为明确问题、理解探究、实践应用、提升创新四个阶段[42]，依此开展活动链设计。教师要依据大概念的层次结构设计子活动，建立人工智能和科学学科知识之间的内在联系，形成基于大概念链的活动链，通过设计具有连贯性、梯度性、拓展性的活动链，帮助学生在已有AI和科学知识结构的基础上发展新的学科概念，并在运用大概念解决问题的过程中形成跨学科思维。

（4）教学评价：证据导向、多元化

大概念教学评价的核心，在于学生有没有真正理解大概念。评价设计既要基于教学目标，又要注重联结教学活动，开展证据导向的多元化评价，全面把握学生对大概念的学习效果，以有针对性地指导学生下一步的学习。评价是目标的具体化，“AI+小学科学”跨学科教学的评价设计应与大概念的目标保持一致，即告诉学生什么是值得学习的、如何理解问题、如何学习以及被期望有何表现。教师在开展教学评价时，应对学生参与活动中的表现采取多元化评价[43]，并在人工智能的助力下追踪和评价活动实施的全过程，如借助AI智能监测系统、大数据行为分析系统等实时收集过程性的评价证据，同时结合智能系统的分析反馈，以持续改进教学。同时，教师要向学生提供作品展示的机会，并利用外部表征思维工具（如概念图、表单等），引导学生将自己对大概念和学习活动的理解进行可视化表达[44]；使用观察、访谈、测试、日志等反思工具判断学生对大概念的理解，以帮助学生记录和反思学习过程；收集学生的表现性证据，对学习过程进行整体评价，以多元化评估学生对大概念的理解程度。

3 教学环节层

为了将大概念充分融入“AI+小学科学”跨学科教学的具体实践，本研究依据整体性教学的思路，在教学设计时不再过多地强调目标、活动、评价的先后顺序，而是统筹考虑三者，设计了包含四个环节的“AI+小学科学”跨学科教学流程（如图5所示）：①创设情境，明确问题。教师借助AI智能技术创设真实情境，让学生与大概念相识，并将大概念转化为便于学生理解、激发学生探究的问题；学生分析问题、独立思考，调取人工智能和科学实践相关的先验知识，搜集整理资料。②理解探究，制定方案。教师根据主要问题和学习目标制定挑战性任务，并拆解为一系列子活动，引导学生探究；同时，利用智能平台提供支架，推送AI和小学科学的相关知识，帮助学生理解。学生组内合作交流，分解任务步骤，制定实施方案。③实践应用，优化完善。教师观察、指导学生的实践过程，上传评价量表，激励学生完成表现性任务，并收集阶段性成果，为多元化评价提供依据。学生根据任务单或设计方案，采用搭建、编程、3D打印等技术，协作完成科学模型制作，结合组内测试验证能否解决问题，并优化完善作品，提升模型的功能和应用效果。④汇报交流，评价反思。教师提供展示平台，组织学生汇报交流，引导学生通过语言表达、反思日志等进行评价总结，促进学生理解、掌握大概念。学生通过评价反思，创新作品设计，反思在完成任务的过程中运用了哪些跨学科知识，形成集AI、科学和其他学科为一体的概念网络，提升其在现实生活中迁移运用大概念的能力。

图5 “AI+小学科学”跨学科教学流程

在整个跨学科教学过程中，智能技术在情境创设、记录监测、精准推送、智能评价等方面提供技术支撑：依托人工智能相关技术，创设高沉浸感、强交互性的学习情境；利用智能设备，记录并监测学生在学习过程中的表现（包括互动次数、测试情况等）；基于大数据分析学情，向学生精准推送所需的学习资源，提供个性化服务；通过智能设备收集学习数据，结合智能分析结果，对学生的学习过程进行全面评价，最终实现教学评一体化，全方位培养学生的核心素养[45]。

三 大概念统摄下的“AI+小学科学”跨学科教学案例

依据现实世界的真实问题和学生的兴趣，本研究选择教科版教材《科学（五年级下册）》中“为什么一年有四季”一节内容，以“探寻四季更替的奥秘”为主题，对如何开展大概念统摄下的“AI+小学科学”跨学科教学进行具体阐述，以帮助一线教师更好地开展跨学科教学。

1 选定单元主题，确定大概念群

根据大概念的层级结构，结合《义务教育科学课程标准（2022年版）》、美国《K-12人工智能教学指南》和教材的核心内容，本研究构建了“探寻四季更替的奥秘”大概念层级体系（如图6所示）：首先，从哲学视角分析，哲学概念是对人与世界之间关系的根本看法、态度和主张，而四季更替的根本原因是物质运动，故确定哲学概念“世界是物质的，物质是运动的”。接着，从课程标准的跨学科大概念和学科大概念中提取与本主题紧密贴合的大概念，如四季的形成与地球公转有关，故选取“宇宙中的地球”这一大概念；学生观察地球公转、制作模型是一个感知表达的过程，故引入人工智能领域的大概念“感知、表示和社会影响”。随后，从5～6年级学科核心学习内容和学业要求中凝练大概念，如地球公转是万有引力的作用，故选取“物质的运动与相互作用”这一大概念；四季更替的主要原因是地球围绕太阳公转，故凝练“地球围绕太阳公转”这一核心概念；同时，围绕核心概念组织各学科具体知识，如围绕“力是改变物体运动状态的原因”这一核心概念，考虑运动力学涉及概念，故选取“万有引力、公转速度、公转周期、公转方向”等小概念。最后，经专家多轮讨论，确定该案例从大概念到核心概念再到小概念的层级体系。

图6 “探寻四季更替的奥秘”大概念层级体系

2 编写学习目标，整合教学内容

结合“为什么一年有四季”这一基本问题和核心素养培养的相关要求，本案例的“KUDB”目标制定如下：“知道”方面，能够描述一年四季的典型特点与主要现象，知道地球围绕太阳公转的周期和方向，掌握AI编程知识；“理解”方面，理解四季的形成与地球公转有关，理解AI程序之间的逻辑关系；“行为”方面，观看地球公转的视频，掌握其运转规律，利用编程软件制作地球公转的模型；“态度”方面，了解四季变化与我们的生活密切相关，通过观察、交流与编程等活动，让学生产生进一步探究四季更替成因的兴趣，感受人工智能对生活的影响。教师在大概念的引领下统整教学内容，重组跨学科知识，厘清所涉大概念、核心概念、具体概念等包含的运动力学、四季更替、可视化编程、社会影响等学习内容，最终形成“探索四季更替的奥秘”主题单元，并通过设置系列情境任务，激发学生探究实践的兴趣。学生则围绕这一主题开展学习探究，结合已有经验，重组知识结构，形成深度且持续的理解。

3 设计学习活动，开展多元评价

设计教学活动时，要以现实生活为背景，围绕主要问题和核心任务，将教学流程的四个环节按照问题解决逻辑分解为若干个子活动，各子活动环环相扣，构成前后关联的课时“活动链”。围绕本案例的核心任务“探索四季更替的奥秘”，四个教学环节可分解为8个子活动：①播放四季更替视频，总结规律；②检索搜集资料，思考四季更替原因；③通过智能交互设备，直观感受四季更替成因和地球公转的过程；④设计地球公转模型制作项目表，梳理制作过程；⑤利用素材和可视化编程软件，制作地球公转模型；⑥测试运行代码，发现并解决漏洞问题；⑦汇报展示作品，完成自评互评；⑧提交反思报告，梳理概念图。8个子活动既相互独立又相互依存，保证大概念教学的有效开展。此外，在教学活动实施过程中提供必要的支架，智能推送相关编程知识、参考案例、汇报提纲、概念图的基本架构等，为学生完成相应活动提供帮助。教学评一体化要求教学活动设计与评价紧密联系，以证据为导向，兼顾过程与结果，以便全面获取学生的学习信息。教师根据收集的思维导图、阶段性成果、模型制作项目表、概念图、反思报告等梳理学生的具体表现，并结合智能技术的数据分析结果对学生进行综合评价。教师在学生互评环节上传评价量表，内容包含作品效果、编程设计、创新程度、展示汇报、团队协作五个评价指标和评价要求、指标权重等。最后，教师进行总结性评价，学生及时反思提升。

4 教学反思

本案例依托跨学科真实情境，以大概念为核心，采用教学评一体化的方式，强调培养学生真实情境下的复杂问题解决能力。从理论层面来讲，大概念的层级结构提供了清晰的教学架构，教学目标在KUDB模式的指导下设定得更为贴合核心素养的培养要求，主题教学实现了对学科知识的全面覆盖并能准确把握教学内容，活动链式设计环环相扣，智能技术支持的多元化评价能精准地反映学生对学习中重要内容的理解和掌握程度。而在具体的教学实施过程中，本次主题活动的学习目标不再停留于知识的掌握，而是要求学生将所学知识内化并迁移运用于真实问题解决。学生按照系列跨学科情境任务，在分析问题、合作探究、制作模型、测试优化的过程中调用先验知识构建自己的知识体系，并经历一个习得大概念、理解大概念、运用大概念的过程，将所学知识由一个点发展为一个网络体系，从而迁移至多情境中应用。另外，案例主题与生活实际联系密切，让学生真正体会到了学有所用。

但是，大概念统摄下的“AI+小学科学”跨学科教学与传统教学存在较大差异，在实施过程中给教师带来了一定的挑战，主要表现为：①学科融合处于浅层阶段，学生的思维被局限，很难获得更丰富的学习体验；②教学情境固化，无法融会贯通，难以实现核心素养的提升；③内容选择表浅，以传授知识内容为主，学生被动地接受知识，而缺乏主动吸收和深度学习。

四 基于大概念开展小学科学跨学科教学的建议

基于大概念开展跨学科教学，能够将不同学科的知识概念融合统整，使教学内容结构化，帮助学生深度理解和迁移应用，但其如何有效实施是小学科学教学普遍面临的实际问题。本研究针对教育教学中存在的学科融合、情景固化、内容表浅等问题，为我国基于大概念开展小学科学跨学科教学提出以下建议：

1 把握大概念内涵结构，助力跨学科深度融合

跨学科教学并不是简单地将不同学科知识堆砌在一起，而是要找到学科之间的关联点，有效建立知识之间的纵横联系。大概念作为学科的中心概念，可使零散知识结构化、互通化、网络化，实现学科之间的深度联结。因此，有必要深刻理解大概念的内涵，建立学科之间的关联点，围绕一个核心问题组织课堂内容，整合跨学科知识，打破学科边界；同时，要厘清大概念的层次结构，分析层级概念涉及的学习重点，融合多学科领域知识，实现学科之间的深度融合。另外，在开展大概念统摄下的教学时，应引导学生运用多学科知识探究学习、分析问题，培养学生用跨学科的新思维、新方法解决现实生活中复杂问题的实践能力。

2 创设真实情境任务，促进迁移能力提升

学校教育应关注学生的长远发展，不能仅限于让学生掌握知识或应付考试，而要注重学习背后的持久影响——学生接受学校教育后会获得一定的迁移能力，能将一个问题从课堂迁移到课外、从校内走到现实生活，发生高通路迁移。因此，教师基于大概念开展教学时，应注重真实情境的创设，围绕真实问题设计教学，让学生能将在学校所学的知识迁移运用于真实问题的解决，较好地连接学校教育与现实世界。另外，学生在完成情境任务的过程中会拓展思维，形成复杂的认知体系并在解决问题时会迅速调取相关知识，实现知识迁移。因此，教师要通过创设驱动性问题和实践探究活动，建立起与学生之间的互动联结，纵向上加深学生对科学的理解，横向上延伸学生的知识宽度，从而不断完善学生的科学观念，提升其迁移能力。

3 转变课堂教学方式，推动核心素养落地

科学课程的总目标是培养学生的核心素养，而核心素养的落地在于课堂转型。大概念发挥学科中心作用，通过将单一线性学科教学转变为网状多学科整合教学，使核心素养不再停留于理论研究层面。基于此，教师可以从大概念视角搭建学科基本框架，基于大单元或大主题开展系列教学，并将教学作为一个整体，引导学生形成整体性知识体系。同时，教师还需注重教学设计的整合性和深刻性，引导学生实现对所学内容的整体把握和深度学习，注重学生能力和思维的培养，促使学生从被动学习转为主动学习。可以说，将大概念作为目标引领，引导学生发现问题、提出问题并解决问题，有助于学生深入理解大概念，推动核心素养的真正落地。

[1]新华社.习近平主持中共中央政治局第三次集体学习并发表重要讲话[OL].

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Interdisciplinary Teaching of “AI + Primary School Science” under the Control of Big Concept——Taking “Exploring the Mystery of the Change of Four Seasons” as an Example

LIANG Yun-zhen1,2PU Jin-ying2YUAN Shu-ran2

The core literacy-oriented teaching has become an important topic for deepening classroom reform, and the integration of big concept as a subject anchor into the interdisciplinary teaching of “AI + primary school science” injects new impetus into the implementation of core literacy and teaching reform and innovation. Based on this, the paper firstly combed the relevant research results of primary school science and big concept, and put forward the hierarchical structure of big concept. Then, with the big concept as the core and the interdisciplinary as the carrier, this paper constructed the interdisciplinary teaching model of “AI + primary school science” under the control of big concept. This model aimed to solve complex problems in real situations, took KUDB teaching objectives, thematic unit teaching content, activity chain teaching activities, and evidence diversified teaching evaluation as the key elements and included four teaching links of creating situations, clarifying problems, understanding and exploring, formulating plans, practical application, optimization and improvement, reporting and communication, and evaluation and reflection. Then, taking “exploring the mystery of the change of four seasons” as an example, this paper explained how to carry out the interdisciplinary teaching of “AI + primary school science” under the control of big concept and carried out teaching reflection. Finally, some suggestions on the interdisciplinary teaching of primary school science based on big concept in China were proposed.The purpose of this paper was to explore the practical way of coupling big concept and interdisciplinary teaching, and provide theoretical support and practical guidance for the innovation of primary school science curriculum teaching model.

big concept; interdisciplinary teaching; artificial intelligence; primary school science; core literacy

G40-057

A

1009—8097（2023）11—0057—13

10.3969/j.issn.1009-8097.2023.11.006

本文为2020年国家自然科学青年基金项目“STEAM教育中跨学科协同学习的内在机理与优化策略研究”（项目编号：72004055）、2021年河南省高等学校青年骨干教师培养计划“跨学科协同学习的知识互动机制与优化策略研究”（项目编号：2021GGJS040）、2023年河南省教师教育课程改革研究重点项目“职前教师智能教育素养培养模式构建与实践应用”（项目编号：2023-JSJYZD-008）的阶段性研究成果。

梁云真，副教授，博士，研究方向为跨学科学习、信息化教学创新、网络学习行为分析，邮箱为liangyunzhen@aliyun.com。

2023年5月19日

编辑：小米