小学科学单节课中的大概念教学

作者简介：张华，江苏省南京市长江路小学高级教师。

课题项目：本文系南京市教育科学研究“十三五”规划2020年度课题“小学科学‘大概念’教学的课例研究”研究成果。课题编号：L/2020/007。

摘要：大概念教学在《义务教育科学课程标准（2022年版）》中得到重视与倡导。大概念教学在单元整体设计中经常出现，在单节科学课中的应用也具有重要意义。在“有趣的食物链”单节课中，教师要用提取出的大概念来统领整节课关于食物链的学习，并借助概念与经验的联结、大概念与小概念的联结、概念与模型的联结的策略来实施教学，实现学生对核心概念的深度理解、有效建构和灵活应用。

关键词：大概念；联结；模型；小学科学

《义务教育科学课程标准（2022年版）》（以下通称“新课标”）在教学建议中提出“围绕核心概念组织教学内容”，要关注知识间的内在关联，要“突出核心概念在真实情境中的应用，加强知识学习与现实生活、社会实践之间的联系，实现学生对核心概念的深度理解、有效建构和灵活应用”。

核心概念在上一版课程标准中就有体现，《义务教育小学科学课程标准（2017年版）》确定了18个核心概念，新课标提出的学科核心概念有13个，这些是义务教育阶段科学课程的核心内容。

近年来，国际科学教育界提出了“科学大概念”一词。英国的温·哈伦等研究者曾在《科学教育的原则和大概念》一书提出10个科学大概念，但这些不仅限于概念，也有学者翻译为“大观念”。还有研究者试图通过更上位的概念，在学校教育与现实世界、现在与未来之间搭建一座牢固的桥梁。

在温·哈伦等人提出的大概念中，“生物需要能量和营养物质”，可以成为这一时期重要的上位概念。人们对这一大概念的阐述是“所有的生物体都需要通过摄取食物来获得能量，还需要空气、水和一定的温度环境”。也就是说，在一个生态系统中，包含食物的生产者（植物）、消费者（动物）和分解者。分解者产生的物质有助于植物的生长，这样就使得生物体中的分子不断地被循环利用。能量通过生态系统得以一级一级地进行传输。当食物被生物体自身用于生命过程时，其中的部分能量会以热量的形式散逸到自然界中。绿色植物的“光合作用”又会使生态系统中的能量得到补充。

一、案例实施

“有趣的食物链”是苏教版科学教材六年级下册第四单元“共同的家园”的第三课。教师可用大概念来重构“有趣的食物链”这节内容，甚至是这个单元内容。课堂上，整个内容都应围绕“生物体”“能量”“环境”来搭建，这样在逻辑上更能突出核心概念的主体地位，更利于学生建立抽象的上位概念。下面以“有趣的食物链”一课为例，探讨本课以大概念实施教学的过程和收获。

片段 1：游戏代入，聚焦生物需要的“能量”

师：今天给大家带来了一款游戏——饥饿鲨，一起来看一下这个游戏怎么操作。大家可以在平板电脑上试试。

师：游戏中，能让鲨鱼维持生命的关键是什么？

生：鲨鱼要吃各种小鱼。

生：它可以不停地得到能量。

师：游戏中，鲨鱼不停地进食是为了获得其他生物的能量。那么，真实世界中鲨鱼的能量从哪里来？能量的源头又在哪里？

师：老师给每一组准备了一份学习单，请你阅读材料后，完成这两个问题。（学生分组自主学习并完成记录。学生汇报，其他小组质疑并补充）

师：生物之间普遍存在一种“吃与被吃”的关系，这种关系像链条一样，把一些生物紧密地联系起来，生物学家把生物之间的食物联系叫作食物链。食物链中自己制造食物的被称为生产者，通过吃其他生物获得营养和能量的这类生物被称为消费者。

【片段分析】互动游戏能帮助学生从生物生存的角度，快速聚焦到“能量”获取这个事实。从“吃与被吃”这一种普遍的现象上升到更抽象的概念层面。生物间的食物关系是比较常见的，学生也能说出“大鱼吃小鱼，小鱼吃虾米”这类例子。从这些前概念出发，学生可以进一步形成科学的概念，即食物鏈的组成。如果仅限于此，学生也还是停留在具体现象层面，需要在科学观念的形成上再添把力。“能量”话题的导入，设定在一个更高的视角，学习活动应以此为核心，不断建构“生物需要能量和营养物质”的大概念。这样的设计更有利于学生科学大概念的发展。

片段 2：关注更多的食物链现象及“能量传递”

师：除了海洋中的食物链，自然界中还有其他不同的环境，你能找到这些环境中的食物链吗？

师：老师给大家准备了一些生物的卡片，请你根据它们吃与被吃的顺序，将它们的食物链关系用纸胶带连起来，并在纸胶带上用箭头画出能量传递的方向。最后，将食物链粘贴到黑板上进行展示。（学生开展分组实践活动）

生：我们组的食物链是在陆地环境中，能量 由……传递给了……

师：一起来看看这几条食物链，你能找到它们哪些共同点？

生：食物链上有动物，还有植物。

师：它们前后分布的顺序有什么特点？

生：植物在前，是被动物吃的。

生：食草动物又会被食肉动物吃。

师：谁来完整地表述一下这个过程？

生：植物的能量给了食草动物，食草动物的能量又给了食肉动物。

师：看来，食物链都是从绿色植物开始，以凶猛的肉食动物结束。大家看箭头就可以一目了然地对能量传递有一个理解了。你们还有什么想问的吗？

生：能量传递给凶猛的肉食动物之后就消失了吗？

生：能量不会消失。

生：被微生物吃了。

师：地球上还有一类生物专门“吃”动植物的残骸或废弃的食物，同时还留下可以被植物吸收的物质，它们就是分解者。它们重要吗？

生：没有它们，世界上就到处是垃圾。

生：没有它们，世界一片混乱了。

师：分解者虽然不写在食物链中，但对整个自然界来说是不可缺少的角色。

【片段分析】

从形象的单个食物链走向抽象的食物链是一个不断抽象的过程。这个过程需要借助不同环境中生物间的食物关系，学生可以认识更多的食物链，从而实现“举一反三”，从特殊到普遍的推理演绎。结合多条食物链的实例，学生可以进行纵向上的归纳，发现食物链的起点为绿色植物，经植食性动物，终于肉食性动物。以此为基础，学生开始学习“生产者”“消费者”，从营养产生的角度实现生物的角色区分。

片段 3：抽象出食物链中的能量关系——“方向”与“多少”

师：“能量”在生产者、消费者和分解者之间无形地流动着，这才导致了地球生物的生生不息。你们能写一个食物链吗？

生：小草→羊→狼。

师：这是一条典型的食物链，我们从箭头中可以发现能量的转移过程。你们有没有觉得少了点什么？

生：数量。

生：小草的数量应该有很多很多。

生：羊群就没那么多了。狼应该会更少。

师：那你们能设计一个“能量”传递路线（模型）来展现这个过程吗？

生：生物间能量传递会损失，这导致了递减的结果。

师：当然，能量的源头——太阳会源源不断地输送新的能量。

【片段分析】

食物链表示的是生物间的食物联系，中间用箭头来连接。如果从“能量”的角度来审视这个内容，学生可以观察到数量上的差异。因而，学生可以发现生产者数量庞大，消费者逐步递减。学习活动就上升到认识食物链中的能量流动并不是对等的，而是伴随着能量的逐级损失。

在这种情况下，食物链用单维的线性模型来呈现就不能满足学生学习的需要了，这时迫切要建构一个模型来体现其量级的变化，学生在这个过程中由形象认知慢慢走向抽象认知。“模型建构”在这里不仅是一种学习活动，更是学生思维发展的需求。

片段 4：发现“能量关系”破坏的影响

师：（游戏视频展示“海洋中的鱼雷”）这会给海底的生物带来哪些影响？

生：鱼会死亡。

生：食肉的鱼也会死亡。

生：可能还会影响珊瑚。

生：可能还会影响海鸟。

师：当食物链中一种生物受到影响时，与之相关的其他生物在能量传递上也会受到牵连。（引导学生发现不同食物链交错而成的食物网）

【片段分析】

食物链的“能量”转移并不是一成不变的，而是动态变化的，其会受外界因素的影响而呈现稳定和变化。这也是跨学科大概念“稳态与调节”的重要教学点。变化是世界的主旋律，是生物发展的动力。所以，教师在课堂结尾留给学生的不是封闭的句号，而是一个个问号。其中，学生的问题不应该是被消灭了，而是学生在学会解决问题的策略、思维的方法之后，能够提出更多更有价值的问题。

二、策略反思

有学者指出，大概念的学习包括两部分：一是必须将事实性知识置于学习者的概念框架中；二是概念被各种丰富的、有代表性的事实细节展现出来。也就是说，概念只有放在一定的应用情境下才会变得生动，才能对学习者产生意义。在课堂教学中，教师帮助学生形成正确的生命科学概念，应从学生的经验出发，给他们提供各种生物学事实作为支撑。学生根据事实抽取出的生物学大概念和核心概念，理解这些囊括了某种生物学事实总体特征和规律的东西，并以此来建构合理的概念框架，进而能够在新情境下迁移与应用。

（一）概念与经验的联结

小学阶段的学生拥有了一些生活经验，而这些经验直接参与或影响着他们对周围世界的新认知。同样，在科学概念的形成过程中，已有经验也能发挥潜移默化的作用。这个作用有时是正向的，有时却是负向的，但教师需要利用其产生教学价值，助力学生建构正确的科学认知，或引发对原有错误经验的反思。因此，情境是科学教学中相当重要的一个载体，它可以是原有经验的激发者，也可能是新的学习起点，又或者是发生认知冲突的爆发点。

在“有趣的食物链”教学中，教师选择了一款游戏APP“饥饿鲨”作为课堂导入。六年级的学生很快可以代入到游戏的“捕食”情境中，他们会发现，鲨鱼要存活，必须要有足够的能量值，这个只能依靠其不停地捕食其他小型鱼类，而在面对大型鱼类时，鲨鱼也会有不同能量值的损失。

与此同时，学生头脑中“吃与被吃”“生存与能量”“大鱼小鱼”的原有经验被激活。这些正是成为本课概念建构的重要基础。在这些原材料的基础上，概念才得到生长发展，或是得到科学地修正。学习才成为有根之本、有源之水。

（二）大概念与小概念的联结

生物间吃与被吃的现象是学生很早就会认识到的，也就是说，学生对食物链是有一定认知的，只是不完善、不准确而已。本课的目标就是要帮助学生厘清食物链的组成，认识到其中的营养生产和能量的转移。

教师通常会引导学生来完成一条食物链，如“树→蝉→螳螂→黄雀”。一些学生能认识到它們之间吃与被吃的食物关系，不过箭头却总是画反。学生的解释就是黄雀吃螳螂，箭头就应该指向螳螂。教师往往规定箭头指向主动吃的那一方。学生箭头画反，说明概念不易内化，不能在概念建构中有效地归纳与整理，容易“新瓶装旧酒”。

如果教师帮助学生从能量流动的高度来审视食物链，引导学生了解绿色植物的光合作用能生产出营养物质，这些会成为植食性动物的能量来源，而植食性动物又将是肉食性动物的能量来源，再请学生来完成箭头的描绘就水到渠成、轻而易举了。可以看出，跳出箭头指向的困顿，用能量流动的大概念来审视，食物链的指向和延展就不言自明，食物链“吃与被吃”的小概念就能从学生各种原有的认识中抽取出来，抽象出能量流动的条条动态之“链”。

（三）概念与模型的联结

“有趣的食物链”突显的是生物间的食物联系，这种吃与被吃的联系是复杂的、动态的，是生物间相互博弈与斗争的结果。因此，教师要帮助学生理解食物链不只是线性的彼此串联，还是面状的层级流动。这样的模型建构能丰富学生对食物链中生物数量间此消彼长的认知，甚至形成“生态反哺”“少即是多”的自然生态观。

适当的模型不仅能把概念学习向前推进一步，还能帮助学生对概念的迁移应用产生深远影响。小学六年级的学生已具备一定的生物学知识和一定程度的生活经验，开展大概念的教学是一种需求，也是一种基础。教师需要在形成性评测的教学法应用背景下，针对每一节课的内容进行甄选和调整。只有在每个小概念与大概念之间搭建有效的学习路径，才能让大概念教学的优势落到实处。

参考文献：

［1］中华人民共和国教育部. 义务教育科学课程标准（2022年版）［M］.北京：北京师范大学出版社，2022.

［2］温·哈伦.科学教育的原则和大概念［M］.北京：科学普及出版社，2011.

［3］李刚.科学大概念的课程转化研究：以小学科学课程中的能量大概念为例［D］.长春：东北师范大学，2019.

［4］李刚，吕立杰.科学教育中的大概念：指向学生科学观念的获得［J］.自然辩证法研究，2019（9）.

［5］何善亮.论中小学科学教育的内容选择与表达方式：兼谈科学教育需要什么样的大概念［J］.天津师范大学学报（基础教育版），2019（2）.

（责任编辑：杨强）