围绕核心概念组织教学有助于学生深入理解“宇宙中的地球”

杨晓娟

〔摘    要〕  2022年版《义务教育科学课程标准》提出13个学科核心概念，形成科学课程的主要内容。围绕学科核心概念组织教学，有助于学生对知识深入理解和迁移应用，为他们未来学习和工作打下良好的基础。本文以“宇宙中的地球”这一核心概念为例，从核心概念的内涵与外延、学习内容与内容进阶、核心概念的跨学科理解这四个方面，深度分析该核心概念，并结合本人课堂实践经验提出策略和建议。

〔关键词〕  小学科学；核心概念；宇宙；地球

〔中图分类号〕  G424                〔文献标识码〕  A         〔文章编号〕  1674-6317    （2024）  01    031-033

一、核心概念的内涵与外延

“地球与宇宙科学”是通过宇宙中的地球、地球系统、人类活动与环境三个学科核心概念，让学生从地球在宇宙中的位置、地球本身、人与自然的关系三个不同的视角，整体构建对地球和宇宙的认识。并从宇宙系统的结构与层次、地球系统的结构与要素间相互作用、人与环境系统的相互影响等方面逐步建构系统观念。

宇宙系统是由空间、时间、物质和能量所构成的统一体，既有巨大的空间尺度，也有着漫长的时间尺度，是一切空间和时间的综合。

二、学习内容与内容进阶

（一）学习内容结构分析

“宇宙中的地球”主要包括6个学习内容，都是围绕地球展开的。它们既有各自的内涵，又相互联系，了解地球的过程，也是了解宇宙的过程。随着航天时代的来临，我们不能再坐地观天，既要从地球的视角认识宇宙（传统视角），更应当从宇宙的视角认识地球（新课标视角）。

从地球视角认识宇宙，重点强调学生通过身边可以感知的自然现象来认识地球的运动，有助于学生时空观的建立，即认识到空间、时间与具体实物运动存在一定的联系。从宇宙视角认识地球，选择离地球最近的月球拓展到整个太阳系，再到银河系和整个宇宙，树立对宇宙结构和层次的认识，拓展学生对地球所处环境的认知格局，有助于学生系统观念的建构与培养。

（二）内容进阶设计

逐一分析这6个学习内容。地球是一颗行星，这一内容是“宇宙中的地球”核心概念学习的起始。知道地球是一个球体，是太阳系中的一颗行星，太阳系有八颗行星。对比学段内容要求和现行教科版教材会发现一个问题：依据课标，小学阶段只在3～4年级设置了该内容，而教材中对行星概念以及八大行星的认识安排则在6年级下册。因此我的思考是：在三下“太阳、地球和月球”单元的起始课《仰望星空》一课中，除了收集和了解太阳和月球的特征信息，还能借助分享会和图片资料，初步了解八颗行星的概况，帮助学生打通认知迁移的通道，建立以不同天体为运动单位的学习视角，为6年级进一步建构太阳系的完整概念做好铺垫。

地球作为太阳系的一颗行星，它自转的周期性运动形成地球上人们肉眼可见的有规律的自然现象。小学阶段对于地球绕地轴自转的学习主要聚焦于太阳东升西落的现象及其引起的变化的学习，学生经历观现象、探规律、辨因果的过程，从不同深度与广度掌握地球自转的概念，形成对太阳系运动的正确认知，并逐步建立时空观。本学习内容对应教材中三个不同年级的单元分别是二上“我们的地球家园”、三下“太阳、地球和月球”、六上“地球的运动”。

地球作为太阳系的行星，每年自西向东围绕太阳公转，形成四季有规律的自然现象。对此学习内容，1～2年级要求利用感官观察形成感觉经验，描述由于公转引起的季节变化现象，同时列举生活中常见的事例来说明季节变化对动植物的影响。对应教材中二上“我们的地球家园”。5～6年级在积累了大量感性材料的基础上，由对自然现象（影长变化）的规律认识，发展到对公转规律的认识，并建立现象与规律之间的联系，对应教材六上“地球的运动”。

“月球是地球的卫星”这一学习内容要求学生了解月球围绕地球运动，月相每月都在有规律地变化着；能够描述月球、地球和太阳的相对大小及它们的运动方式。对于2017年版课标中3～4年级“描述月相的变化规律”这一内容，由于教学中实施难度比较大，2022年版课标将其修订为“知道新月、上弦月、满月、下弦月四种月相，说明月相的变化情况”，降低了难度，并从3～4年级提到5～6年级。对月球的研究从1～2年级不借助任何工具进行初步观察，进阶为3～4年级借助望远镜或图片资料深入观察，5～6年级借助模型演示等手段进阶为对规律的认识和研究，7～9年级继续借助模型演示等手段进一步认识日、地、月的相对位置，知道日食和月食等自然现象形成的原因，通过进阶式学习形成对地月系的清晰認识。本学习内容对应教材中的单元有二上“我们的地球家园”、 三下“太阳、地球和月球”、六下“宇宙”。

“地球所处的宇宙环境”这一内容要求学生建立如下宏观认识：在无限的宇宙中，地球是很渺小的。太阳系有八颗行星，地球是其中之一，它们在太阳系中都有相应的位置，太阳系又是银河系中很小的一部分。宇宙中有无数星系，银河系又只是其中的一个。依据新课标，小学阶段只在5～6年级设置该内容。相较于2017年版课标的相关内容，本学习内容有3个变化。第一，增加了借助软件来观察星空；第二，增加了“识别织女星、牛郎星等亮星”；第三，增加了“了解划分星座的意义”。一方面，通过星座划分的由来，掌握、识别星座的特征；另一方面，也结合十二星座运势、星座性格等说法，引导学生对星座相关的衍生含义形成科学、正确的认识。通过这部分内容的学习，学生的研究视野由近及远，视域由小到大，从太阳系到银河系再到总星系，逐步建构起对宇宙系统宏观的认识。

学习内容“太空探索拓展了人类对宇宙的认知”在小学阶段设置于5～6年级。人类对太空的探索包括天文学和航天技术两个主要方面。在天文学方面，5～6年级重点让学生了解天文事业的发展史，知道天文学的发展离不开望远镜。望远镜不仅能让人们认识宇宙，还能让人们认识地球的渺小，形成更广阔的视野。

（三）学习进阶实践

本核心概念的学习贯穿基础教育的各个阶段，同时在每个维度中都体现了进阶的理念。

科学观念维度要求学生从小学到初中，能逐渐从感知地球运动到认识地球所处的宇宙环境，再到形成基本的宇宙空间观念。1～2年级，要求学生能观察和感知地球运动及其意义；3～4年级，要求学生能通过文本和图片资料，理解太阳系概况；5～6年级，要求学生进一步认识地球所处的宇宙环境，较完整地认识太阳系基本结构，理解一些自然现象的形成与地球的运动有关；7～9年级，要求学生构建宇宙间模型，包括地球所处的宇宙环境、天体系统的结构层次，以及人类为认识宇宙开展的太空探索及其意义等。

科学思维维度要求学生从小学到初中，能逐渐从利用感官辨认方向，到借助工具探索自然现象，到利用模型理解天体运动与自然现象的关系，再到运用经纬度等地图数据构建清晰的地球在宇宙中的地位。1～2年级培养学生的直觉思维，要求学生利用感官直观地观察现象并描述，建立初步的方向感；3～4年级拓展学生的直觉思维，要求学生通过工具拓展感官认知，能对观察到的现象提出疑问并设计简单的探究过程；5～6年级注重学生抽象思维能力的培养，要求学生借助模型理解天体运动规律，并对天体运动与自然现象的关系做出合理关联；7～9年级发展学生的空间思维能力，要求学生借助经纬度等地图数据实现思维从平面向三维立体空间的转变，构建较为完整的太阳系并清晰认知地球在宇宙中的地位。

探究实践维度要求学生从小学到初中，能逐渐从有指导地观察、记录到借助工具和模型独立探究、解释自然现象与天体运动的关系。1～2年级，要求学生能在家长的帮助下用眼睛观察，用画画的方式或借助相机等记录月亮的形状变化；3～4年级，要求学生能在教师引导下观察、测量和记录一天中物体影长的变化；5～6年级，要求学生能动手制作简单模型，解释相关自然现象的成因。

态度责任维度要求学生从小学到初中，能逐渐从好奇心到持续的兴趣养成再到敢于质疑和追求真理，树立科学态度。1～2年级，要求学生对季节变化等自然现象具有好奇心和探究、 分享的兴趣；3～4年级，进一步激发学生的探究兴趣，具有根据事实提出观点的意识；5～6年级，要求学生关注重要天文现象和太空探测典型事例，具有探索太空的好奇心和民族自豪感。

三、核心概念的跨学科理解

对“宇宙中的地球”这一核心概念的跨学科理解，可以从物质与能量、系统与模型、稳定与变化這三个视角展开。

（一）物质与能量

首先，核心概念让学生认识到地球、太阳都是物质的，地球磁场也是物质的，现代宇宙观测发现了星际分子。重要的是，到目前为止，所有陨石、月岩、火星土壤、彗核及星际物质中的元素都可以在地球上找到。因此，宇宙也是物质的。

天体在引力场的作用下产生了天体运动的公转和自转，能量是一切运动物质的共同特性，运动着的天体也具有能量。当卫星围绕地球做椭圆轨道运动时，只有万有引力做功。引力做功的过程，就是把引力势能变为动能的过程，机械能守恒。因此，物质不灭和能量守恒在不同尺度都成立。有助于学生从宇宙的角度形成“物质与能量”这一跨学科概念。

（二）系统与模型

本核心概念有大量系统与模型的案例。宇宙模型、太阳系模型、地球模型。地月系模型让学生理解地球、月球和太阳等天体的运动规律，解释相关自然现象的成因；太阳系模型是太阳系的简化表示，反映了太阳系中太阳和各主要行星的位置排列这一主要特征；研究宇宙时，宇宙就是系统；人们通过观察，建立了地心说、日心说等简化的宇宙模型。这些学习内容有利于学生从天体运行的角度形成“系统与模型”的跨学科概念。

（三）稳定与变化

在地球与宇宙科学领域，有很多现象反映了稳定与变化的特点。例如，地球的自转和公转是时刻发生的，这是一种变化，但是这变化又是周期性循环往复的，从而体现了稳定的特点。在地球的运动中，地球的转轴在短时期内可以认为方向不变，但是从长期看，则有明显变化。地球的运动类似陀螺，地球绕地轴自转的同时，地轴也在太空中缓慢地转动。

课堂教学策略的有效应用能帮助学生更好地理解“宇宙中的地球”这一核心概念。首先可以引导学生通过观察生活中的现象，了解地球、月球和太阳等天体的运行规律，通过长期观察认识昼夜、季节、节气等自然现象的周期变化；其次，引导学生通过模拟实验、模型制作等方式，把天体运动具象化，帮助学生建立空间观念，激发对地球和宇宙的探究兴趣。1～3年级可以尝试用模拟实验验证假说，解释原因；4～6年级可注重通过模型的应用来建立天体之间的相对运动关系。最后，借助信息技术手段，让学生通过观看动画演示或纪录片，加深对天体系统的大小、相对位置、层次等概念的认识。这里给老师提供一些可利用的网站和教学软件。例如，NASA这个网站可以实时动画，多维度了解太阳系家族；天文常用的教学软件“虚拟天文馆”，能够让学生感受昼夜变化，回顾日月食现象，还能追击河外星系；微信小程序“超级月亮”，虚实结合，能让学生身临其境地经历一次完整的月相观测。老师也可以自己制作小动画，帮助学生更好地理解天体之间的相对运动关系，从而对天文现象的成因有更直观的体验和思考。

参考文献

[1]高云峰.科学教育中的跨学科概念：物质与能量[J].湖北教育（科学课），2022（9）：5-9.

[2]高云峰.科学教育中的跨学科概念：系统与模型[J].湖北教育（科学课），2022（8）.

[3]喻伯军.《义务教育科学课程标准》课例式解读[M].北京：教育科学出版社，2022