大概念單元教學(xué)：讓學(xué)生思維可視化

［摘要］大概念視角下的單元可視化教學(xué)是對(duì)一線教師的新挑戰(zhàn)。雖然有關(guān)大概念的界定正在逐漸明確，但如何將大概念真正落實(shí)到實(shí)際教學(xué)中，以及如何與思維可視化工具一起共同促進(jìn)學(xué)生思維發(fā)展，尚不明確。教師要在明確科學(xué)大概念內(nèi)涵，以及大概念對(duì)單元可視化教學(xué)的價(jià)值的基礎(chǔ)上，結(jié)合小學(xué)科學(xué)教材的具體內(nèi)容，建構(gòu)大概念視角下單元可視化教學(xué)的框架，以促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)提升學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的目標(biāo)。［關(guān)鍵詞］小學(xué)科學(xué)；單元教學(xué);大概念;思維可視化隨著《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱“2022版課標(biāo)”）的頒布，聚焦學(xué)科核心概念，即大概念的單元教學(xué)越來越受到廣大教師的重視。但學(xué)生的思維具有內(nèi)隱性，看不見也摸不著，教師難以感知大概念單元教學(xué)中學(xué)生思維發(fā)展的情況，無法根據(jù)學(xué)生的反饋及時(shí)調(diào)控教學(xué)進(jìn)程。思維可視化工具有讓隱性思維顯性化的作用，能為推動(dòng)大概念單元教學(xué)提供有力抓手。因此，筆者以思維可視化工具為載體，探討大概念視角下的單元教學(xué)如何讓學(xué)生思維可視化。一、大概念及其對(duì)思維可視化的價(jià)值（一）大概念內(nèi)涵2022版課標(biāo)共設(shè)置了13個(gè)學(xué)科核心概念和4個(gè)跨學(xué)科概念（見圖1）。學(xué)科核心概念（大概念）是所有學(xué)生在義務(wù)教育階段應(yīng)該掌握的科學(xué)課程核心內(nèi)容。教材聚焦學(xué)科核心概念，精選與學(xué)科核心概念相關(guān)的學(xué)習(xí)內(nèi)容，基于學(xué)生的認(rèn)知水平和知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，由淺入深、由表及里、由易到難地安排學(xué)習(xí)內(nèi)容，加強(qiáng)不同學(xué)段間的銜接，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步遷移應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，以解決生活中的實(shí)際問題。由此可知，科學(xué)學(xué)科大概念既具有統(tǒng)攝性，自上而下統(tǒng)領(lǐng)不同學(xué)習(xí)內(nèi)容，高度概括看似零散分布的科學(xué)概念、科學(xué)方法、原理應(yīng)用等，形成有組織、有結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)框架，又具有本質(zhì)性，是在理解科學(xué)概念、規(guī)律、原理的基礎(chǔ)上對(duì)客觀事物形成的高度概括的總體認(rèn)識(shí)，揭示了科學(xué)的本質(zhì)，同時(shí)為學(xué)生的遷移應(yīng)用提供了思維認(rèn)識(shí)方式。（二）大概念對(duì)思維可視化的價(jià)值1.統(tǒng)領(lǐng)單元教學(xué)形成結(jié)構(gòu)化2022版課標(biāo)以主題單元形式將13個(gè)學(xué)科核心概念分解成若干學(xué)習(xí)內(nèi)容，但科學(xué)學(xué)習(xí)不是零散的。大概念統(tǒng)領(lǐng)下的單元教學(xué)在一開始就確定以一個(gè)或多個(gè)核心概念統(tǒng)領(lǐng)整個(gè)單元，在頂層設(shè)計(jì)中將單元學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行“解構(gòu)—重構(gòu)”，形成結(jié)構(gòu)化學(xué)習(xí)內(nèi)容。如教科版科學(xué)教材四年級(jí)上冊(cè)《呼吸與消化》單元的大概念為“人體由多個(gè)系統(tǒng)組成，各系統(tǒng)分工配合，共同維持生命活動(dòng)，并依賴于周圍環(huán)境”。圍繞單元大概念，筆者重新組織單元內(nèi)容，使其呈現(xiàn)結(jié)構(gòu)化特征（見圖2），并設(shè)計(jì)健康計(jì)劃表（見表1），以可視化的表現(xiàn)性任務(wù)統(tǒng)整單元學(xué)習(xí)內(nèi)容。2.促進(jìn)思維發(fā)展呈現(xiàn)進(jìn)階性學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展具有一定的內(nèi)隱性，是衡量科學(xué)教學(xué)實(shí)效性的標(biāo)準(zhǔn)之一。利用可視化工具可以實(shí)現(xiàn)思維的外顯，而大概念則可以勾連小學(xué)科學(xué)三個(gè)學(xué)段的學(xué)習(xí)內(nèi)容，幫助學(xué)生逐步建構(gòu)完整的科學(xué)概念。如筆者對(duì)教科版科學(xué)教材三年級(jí)上冊(cè)《空氣》一課中的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行縱向整理時(shí)，發(fā)現(xiàn)“空氣是一種常見的重要物質(zhì)”的概念建構(gòu)，小學(xué)三個(gè)學(xué)段都有涉及。學(xué)習(xí)了一年級(jí)下冊(cè)《我們周圍的物體》單元后，學(xué)生了解到空氣是一種無色、無味、透明、會(huì)流動(dòng)、形狀不固定的氣體，積累了感性認(rèn)識(shí)。隨著探究方法的豐富和探究能力的發(fā)展，學(xué)習(xí)了三年級(jí)上冊(cè)《空氣》單元后，學(xué)生對(duì)空氣的質(zhì)量、占據(jù)空間等特點(diǎn)有了進(jìn)一步的理解（見圖3）。這樣，大概念建構(gòu)的學(xué)習(xí)內(nèi)容在編排上呈螺旋式上升，大大促進(jìn)了學(xué)生的思維向深層次發(fā)展。3.關(guān)聯(lián)生活應(yīng)用反映真實(shí)性大概念能夠高度概括科學(xué)知識(shí)、規(guī)律和方法等，體現(xiàn)科學(xué)本質(zhì)，有利于學(xué)生綜合解決生活實(shí)際問題。如教科版科學(xué)教材四年級(jí)下冊(cè)《巖石與土壤》單元的學(xué)科核心概念為“地球系統(tǒng)”，大概念為“巖石和土壤是我們地球的重要資源，利用科學(xué)的觀察方法可以讓我們對(duì)巖石和土壤有更多的認(rèn)識(shí)”。為了構(gòu)建這樣的科學(xué)概念，在執(zhí)教《巖石的組成》一課時(shí)，筆者將知識(shí)關(guān)聯(lián)生活，創(chuàng)設(shè)“小小礦物鑒定師”這一真實(shí)情境，引導(dǎo)學(xué)生開展微項(xiàng)目學(xué)習(xí)（見圖4），以大概念驅(qū)動(dòng)學(xué)生解決生活中的實(shí)際問題，提高學(xué)生的核心素養(yǎng)。二、基于大概念實(shí)施可視化單元教學(xué)（一）實(shí)施框架筆者依據(jù)教科版科學(xué)教材及2022版課標(biāo)中與大概念建構(gòu)有關(guān)的內(nèi)容，提煉出指向思維可視化的三個(gè)要點(diǎn)：圖解大概念，把握思維可視化的起點(diǎn)；關(guān)聯(lián)大概念，夯實(shí)思維可視化的基點(diǎn)；運(yùn)用大概念，指向思維可視化的落點(diǎn)。（二）實(shí)施方案如何在單元教學(xué)中實(shí)現(xiàn)學(xué)生思維可視化？如何將學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行結(jié)構(gòu)化組織和可視化呈現(xiàn)？如何在單元教學(xué)中避免課程內(nèi)容的零散、龐雜？帶著這些問題，筆者以教科版科學(xué)教材三年級(jí)上冊(cè)《空氣能占據(jù)空間嗎》一課的實(shí)施方案為例，初步驗(yàn)證指向思維可視化的三個(gè)要點(diǎn)。1.圖解大概念：把握思維可視化的起點(diǎn)思維的內(nèi)隱性讓學(xué)習(xí)過程的發(fā)生無法被及時(shí)追蹤和有效反饋，且學(xué)生在課堂上人云亦云，難以表達(dá)真實(shí)想法，這在一定程度上阻礙了學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展。作為核心素養(yǎng)的核心，科學(xué)思維的重要性不言而喻。筆者以圖解大概念為手段，直觀呈現(xiàn)中年段學(xué)生課堂思維發(fā)展過程，捕捉學(xué)生的學(xué)習(xí)起點(diǎn)，通過將學(xué)生思維外顯化及時(shí)調(diào)整課堂教學(xué)，實(shí)現(xiàn)因材施教。（1）個(gè)性化圖解，暴露前概念學(xué)生在進(jìn)入課堂前并不是一張白紙。教師要把握好學(xué)生的已有經(jīng)驗(yàn)，在學(xué)生已有經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上開展教學(xué)，提高課堂教學(xué)的有效性。但在實(shí)際教學(xué)中普遍存在學(xué)生前概念難獲取的現(xiàn)象，主要有以下三個(gè)原因：中年段學(xué)生缺乏抽象思維，無法使用具體的語言或文字表述自己的想法；課堂時(shí)間有限，提問、談話等形式無法實(shí)現(xiàn)對(duì)每一個(gè)學(xué)生前概念的獲取，易造成人云亦云的現(xiàn)象，使不同的聲音被掩蓋；前概念調(diào)查難反饋，導(dǎo)致調(diào)查流于形式，沒有真正起到幫助教師了解學(xué)情的作用。因此，對(duì)“空氣能占據(jù)空間嗎”這一前概念的調(diào)查，筆者利用石塊、水等可見物品為學(xué)生建立“占據(jù)空間會(huì)導(dǎo)致瓶內(nèi)水位上升”的直觀聯(lián)結(jié)，通過畫“剪去底的瓶子豎直壓入水后”水位線的位置圖，呈現(xiàn)學(xué)生對(duì)空氣是否占據(jù)空間的前概念（見圖5）。利用圖示的手段呈現(xiàn)前概念，實(shí)現(xiàn)了思維呈現(xiàn)的化繁為簡，使每個(gè)學(xué)生都能在課堂上大膽地表達(dá)自己的想法，同時(shí)為后面圖解呈現(xiàn)大概念建構(gòu)的過程做好鋪墊。（2）理解為先，明確學(xué)習(xí)目標(biāo)《理解為先模式——單元教學(xué)設(shè)計(jì)指南》一書，強(qiáng)調(diào)了理解是教學(xué)和評(píng)估的中心，即為理解而教，為理解而評(píng)。從理解的六個(gè)維度（見圖6）可知，明確學(xué)習(xí)目標(biāo)可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，為后面的深度學(xué)習(xí)提供方向指引，避免無效觀察，同時(shí)使學(xué)生的思維變化有跡可循。從2022版課標(biāo)可知，《空氣能占據(jù)空間嗎》一課涉及的學(xué)科核心概念是“物質(zhì)的結(jié)構(gòu)性質(zhì)”，內(nèi)容要求是“說明空氣有質(zhì)量并占有一定的空間，空氣會(huì)充滿各處”。結(jié)合單元大概念及學(xué)生學(xué)情，教師利用理解為先理念逆向設(shè)計(jì)，從大概念視角出發(fā)，重新明確本單元的學(xué)習(xí)目標(biāo)：能利用證據(jù)說明空氣占據(jù)空間、充滿各處等性質(zhì)（見表2）。引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)活動(dòng)正式開始前明確學(xué)習(xí)目標(biāo)，是大概念視角下單元教學(xué)的第一步。目標(biāo)作為課堂教學(xué)的一條內(nèi)線，引導(dǎo)深度學(xué)習(xí)的發(fā)生和學(xué)習(xí)成果的評(píng)價(jià)反饋，以此實(shí)現(xiàn)“教—學(xué)—評(píng)”一體化。由表2可知，本單元教學(xué)圍繞“空氣是一種常見而重要的混合物質(zhì)”這一大概念展開，而《空氣能占據(jù)空間嗎》一課是在學(xué)生對(duì)空氣有了一定認(rèn)知后，圍繞“能夠通過一定的工具或方法探究發(fā)現(xiàn)‘空氣像石塊、水等物質(zhì)一樣能夠占據(jù)空間，并充滿各處的性質(zhì)，并能聯(lián)系生活，解釋、應(yīng)用生活的一些現(xiàn)象”的目標(biāo)展開教學(xué)。2.關(guān)聯(lián)大概念：夯實(shí)思維可視化的基點(diǎn)著名教育家維果斯基將兒童現(xiàn)有的獨(dú)立解決問題的水平和通過成人或更有經(jīng)驗(yàn)的同伴的幫助而能達(dá)到的潛在的發(fā)展水平之間的區(qū)域界定為“最近發(fā)展區(qū)”?？梢?，在大概念的建構(gòu)過程中，學(xué)生的思維發(fā)展需要幾個(gè)關(guān)鍵性的思維節(jié)點(diǎn)來支撐他們跨越“最近發(fā)展區(qū)”，實(shí)現(xiàn)知識(shí)理解與實(shí)際應(yīng)用，即真實(shí)、有意義的學(xué)習(xí)?；谶@樣的前概念認(rèn)知和學(xué)習(xí)目標(biāo)，筆者利用學(xué)生生活中的常見物品——剪底的礦泉水瓶和水槽等，讓學(xué)生親身經(jīng)歷、體驗(yàn)瓶子豎直壓入水中的過程。在觀察中，學(xué)生用圖示的方式對(duì)自己的猜測進(jìn)行修正，直觀呈現(xiàn)思維變化過程。經(jīng)過探究，大部分學(xué)生都觀察到水進(jìn)了一點(diǎn)之后就進(jìn)不去了，而瓶子外的水位卻上升了（見圖7）。這與前面學(xué)生的猜測形成了鮮明對(duì)比，產(chǎn)生這個(gè)現(xiàn)象的原因是什么呢？教師及時(shí)抓住契機(jī)，進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生觀察打開瓶蓋后出現(xiàn)的現(xiàn)象，并思考出現(xiàn)這個(gè)現(xiàn)象的原因。通過有組織、有結(jié)構(gòu)的探究活動(dòng)，學(xué)生結(jié)合思維可視化工具，呈現(xiàn)自己的思維發(fā)展成果，一共得出四種不同結(jié)果。筆者板貼這四種結(jié)果的圖式（見圖8），以此組織學(xué)生開展研討，幫助學(xué)生進(jìn)行意義建構(gòu)。學(xué)生在研討中進(jìn)一步完善和修正自己的想法，共同建立“空氣能夠占據(jù)空間”的概念。在這個(gè)過程中，筆者利用生活化的探究材料關(guān)聯(lián)大概念建構(gòu)過程，通過提取學(xué)生原有的生活經(jīng)驗(yàn)，使結(jié)果與猜測形成強(qiáng)烈對(duì)比，從而深化學(xué)生的思維發(fā)展，促使學(xué)生利用思維可視化工具開展研討，為跨越“最近發(fā)展區(qū)”提供支架。3.運(yùn)用大概念：指向思維可視化的落點(diǎn)面對(duì)真實(shí)世界，解決實(shí)際問題需要的不僅是單一的知識(shí)，更是綜合運(yùn)用知識(shí)的能力。而深度學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)的就是對(duì)知識(shí)的理解和運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，即正向的高階思維遷移。筆者以問題為導(dǎo)向，引導(dǎo)學(xué)生思考、解釋生活中的不同現(xiàn)象或應(yīng)用，并以此為依據(jù)進(jìn)行評(píng)價(jià)反饋。這樣既可以檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)課堂所學(xué)知識(shí)的掌握情況，又能反映課堂教學(xué)成效，有助于調(diào)整教學(xué)方向。以下是探究“如何用塑料瓶裝一瓶外面的新鮮空氣？”的教學(xué)片段。師：你能用這個(gè)塑料瓶幫老師裝一瓶會(huì)場外的新鮮空氣嗎？生1：可以。（拿著塑料瓶直接跑到外面后回來）裝好了。師：同學(xué)們覺得他裝成功了嗎？生2：我覺得他沒裝成功，瓶子里還是原來的空氣。師：為什么？能不能說得更具體一些？生3：我們知道空氣是占據(jù)空間的，而這個(gè)瓶子里已經(jīng)有空氣了，所以外面的空氣裝不進(jìn)去了。生4：是的?？諝庖呀?jīng)把這個(gè)塑料瓶內(nèi)的空間占滿了，新鮮空氣就進(jìn)不去了。師：那你們有辦法裝一瓶外面的新鮮空氣回來嗎？生5：先用水裝滿這個(gè)瓶子，再跑出去把水倒掉，這樣瓶內(nèi)裝的就是外面的新鮮空氣了。（全體學(xué)生鼓掌）師：看來，要想把外面的新鮮空氣裝進(jìn)來，就要把原來瓶內(nèi)的空氣“趕”出去。這個(gè)辦法不錯(cuò)，除了水，還可以用什么？生6：沙子也可以?！\(yùn)用大概念解決生活實(shí)際問題是提升學(xué)生核心素養(yǎng)的真正落腳點(diǎn)。筆者利用問題鏈的形式，將問題轉(zhuǎn)化為思維可視化的過程。在問題引導(dǎo)的過程中，學(xué)生思維實(shí)現(xiàn)了向高階思維的正向遷移。（1）問題導(dǎo)向，解決生活實(shí)際問題“你能用這個(gè)塑料瓶幫老師裝一瓶會(huì)場外的新鮮空氣嗎？”，這問題看似簡單，其實(shí)背后折射出學(xué)生概念建構(gòu)及應(yīng)用的真實(shí)反饋，也是學(xué)生思維可視化的落點(diǎn)——建立知識(shí)與生活的聯(lián)系，運(yùn)用大概念解決生活實(shí)際問題。對(duì)于筆者提出的問題，如果學(xué)生已經(jīng)建立“空氣能夠占據(jù)空間”的認(rèn)知，就會(huì)想到要用這個(gè)塑料瓶裝一瓶外面的空氣，就要先將瓶里原有的空氣排出，再讓外面的空氣重新占據(jù)這個(gè)瓶子，而不是直接把瓶子帶到外面再帶回來就可以的。（2）正向遷移，實(shí)現(xiàn)“教—學(xué)—評(píng)”一體化學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)遷移應(yīng)用的過程，即思維進(jìn)階的過程。為了更好地運(yùn)用大概念，幫助學(xué)生進(jìn)一步鞏固所學(xué)“空氣能像水、沙子一樣占據(jù)空間”，還可以通過制作“噴泉”來檢測學(xué)生大概念建構(gòu)的情況，以及反饋評(píng)價(jià)教師本堂課的目標(biāo)達(dá)成情況，實(shí)現(xiàn)“教—學(xué)—評(píng)”的一體化。制作“噴泉”這種經(jīng)典的生活應(yīng)用既富含科學(xué)樂趣，又與空氣占據(jù)空間的知識(shí)應(yīng)用緊密相連。無論是設(shè)置問題鏈，在不斷追問的過程中解釋、應(yīng)用生活實(shí)際問題，還是利用實(shí)際操作，促進(jìn)學(xué)生實(shí)現(xiàn)正向遷移，都是為了幫助學(xué)生真正形成大概念，提高學(xué)生解決生活實(shí)際問題的能力。這也是運(yùn)用可視化工具，促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)。通過課堂教學(xué)實(shí)踐，筆者發(fā)現(xiàn)優(yōu)化后的課堂，學(xué)生的思維參與度更高，每個(gè)學(xué)生在原有前概念的基礎(chǔ)上，都要經(jīng)歷“質(zhì)疑—修訂—實(shí)踐探究—再修訂—建立新概念—應(yīng)用解釋”的過程，而質(zhì)疑和批判精神是學(xué)生科學(xué)思維的關(guān)鍵。在黑板上呈現(xiàn)每個(gè)學(xué)生的思維圖像，不僅方便課堂交流研討，而且可以直觀呈現(xiàn)不同學(xué)生的思維過程，推動(dòng)后續(xù)的實(shí)踐探究。三、走向基于大概念的單元可視化教學(xué)基于大概念的單元可視化教學(xué)是對(duì)教師如何教、學(xué)生如何學(xué)的一次變革。它反映了新課改背景下教師教學(xué)理念的轉(zhuǎn)變，對(duì)促進(jìn)學(xué)生思維可視化活動(dòng)的設(shè)計(jì)與改進(jìn)提出了全新挑戰(zhàn)。首先，教師缺乏思維可