指向?qū)W科核心概念的小學(xué)科學(xué)教學(xué)：以“宇宙中的地球”為例

指向?qū)W科核心概念的小學(xué)科學(xué)教學(xué)：以“宇宙中的地球”為例小學(xué)科學(xué)課程內(nèi)容涉及物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、天文學(xué)、地球科學(xué)等領(lǐng)域知識(shí)，其中，天文學(xué)領(lǐng)域中時(shí)間上的“無限”在小學(xué)階段難以探索，空間上的“無限”便構(gòu)成了小學(xué)階段認(rèn)識(shí)宇宙的基礎(chǔ)，需要學(xué)生具有較強(qiáng)的空間想象能力。這就要求教師教學(xué)中要注重學(xué)生“空間宇宙觀”的初步構(gòu)建。在此基礎(chǔ)上，小學(xué)科學(xué)教學(xué)需整體布局，圍繞“宇宙中的地球”這一核心概念，將具體科學(xué)事實(shí)與抽象學(xué)科概念建立聯(lián)結(jié)，以形成體系，體現(xiàn)小學(xué)科學(xué)課程學(xué)習(xí)目標(biāo)的連續(xù)性和進(jìn)階性。一、建構(gòu)學(xué)科核心概念，構(gòu)建空間宇宙觀（一）分析目標(biāo)人群，提煉問題本質(zhì)為優(yōu)化學(xué)校教育生態(tài)，促進(jìn)學(xué)校教育健康發(fā)展，2020年起，我校開展了“義務(wù)教育學(xué)業(yè)質(zhì)量監(jiān)測(cè)”項(xiàng)目活動(dòng)，每年5月中旬，采用“年級(jí)全覆蓋、學(xué)生全參與、學(xué)科等比例抽樣、相關(guān)因素全測(cè)”的組織方式，對(duì)我校畢業(yè)生進(jìn)行學(xué)科內(nèi)容、能力水平和相關(guān)因素三方面的監(jiān)測(cè)。從報(bào)告數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)，我校2022屆畢業(yè)生在“地球在宇宙中的運(yùn)動(dòng)”內(nèi)容方面的得分降低（如表1所示），評(píng)價(jià)和設(shè)計(jì)科學(xué)探究能力較2021屆學(xué)生有所降低（如表2所示）。另外，從相關(guān)因素看出，學(xué)生學(xué)習(xí)堅(jiān)持性得分逐年降低（如表3所示）。基于數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，對(duì)學(xué)生對(duì)“宇宙中的地球”這一概念的掌握進(jìn)行了進(jìn)一步的調(diào)查研究，總結(jié)如下：（1）學(xué)生方面。學(xué)生很少關(guān)注天文類相關(guān)的短視頻、科普內(nèi)容和新聞時(shí)事，沒有儲(chǔ)備大量相關(guān)天文知識(shí)，大部分天文類知識(shí)來源于學(xué)?？茖W(xué)課程教材，知識(shí)構(gòu)建較為機(jī)械固化、平面化，對(duì)教師教學(xué)中提供的天文學(xué)知識(shí)被動(dòng)接受，缺乏對(duì)常見天體現(xiàn)象的觀察，缺乏自主思考習(xí)慣和探索精神。學(xué)生對(duì)天文類知識(shí)缺少真實(shí)體驗(yàn)，缺乏一定的空間想象力，導(dǎo)致對(duì)常見天體的形狀、大小、位置和運(yùn)動(dòng)變化無法精準(zhǔn)描述。（2）教師方面。教師對(duì)課標(biāo)解讀不到位，過于依賴教材，未及時(shí)關(guān)注和更新相關(guān)教學(xué)內(nèi)容，導(dǎo)致所授知識(shí)呈靜態(tài)化，加上宇宙類課程內(nèi)容抽象，較其他教學(xué)內(nèi)容來說難度增加，在教學(xué)過程中只注重基礎(chǔ)知識(shí)講解，缺乏有效的建模指導(dǎo)和實(shí)踐反饋，任務(wù)布置缺乏延伸性和持續(xù)性；一系列遷移、延伸問題并未出現(xiàn)在教學(xué)環(huán)節(jié)中，課后布置的拓展任務(wù)超出學(xué)生能力。（3）學(xué)校方面。本校班級(jí)課外閱讀讀本由學(xué)校征訂、學(xué)生征訂和學(xué)生捐獻(xiàn)三部分組成。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，涉及宇宙類知識(shí)的讀本較少且陳舊。很多天文現(xiàn)象需要互動(dòng)體驗(yàn)來彌補(bǔ)教材內(nèi)容上的抽象，僅靠學(xué)生空間想象力難以掌握核心概念，而學(xué)校多媒體設(shè)備老化，未及時(shí)更新，無法提供體驗(yàn)性環(huán)境。（二）拆解核心概念，聚合學(xué)習(xí)內(nèi)容《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》中指出：通過對(duì)學(xué)科核心概念的學(xué)習(xí)，理解物質(zhì)與能量、結(jié)構(gòu)與功能、系統(tǒng)與模型、穩(wěn)定與變化4個(gè)跨學(xué)科概念（如圖1所示）。其中，“宇宙中的地球”屬于天文學(xué)領(lǐng)域，這一核心概念可以分解成地球是一顆行星、地球繞地軸自轉(zhuǎn)、地球圍繞太陽公轉(zhuǎn)、月球是地球的衛(wèi)星、地球所處的宇宙環(huán)境、太空探索拓展了人類對(duì)宇宙的認(rèn)知等學(xué)習(xí)內(nèi)容，又根據(jù)學(xué)生不同學(xué)段設(shè)置了不同的學(xué)習(xí)要求，旨在幫助學(xué)生在學(xué)習(xí)該學(xué)科核心概念時(shí)形成物質(zhì)與能量、系統(tǒng)與模型、穩(wěn)定與變化等跨學(xué)科概念?；凇读x務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》要求，將該學(xué)科核心概念內(nèi)容要求整合成空間宇宙觀、長(zhǎng)期觀察實(shí)踐活動(dòng)和自主探究能力三個(gè)方面，意在促進(jìn)學(xué)生對(duì)“宇宙中的地球”這一核心概念的掌握。1.空間宇宙觀結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)，先讓學(xué)生從描述太陽的位置變化和月球形狀變化開始，利用太陽及周圍熟悉建筑物位置辨認(rèn)方向，通過圖片、視頻等讓學(xué)生知道地球的形狀及大小，地球所處的位置，地球與月球、太陽之間的空間關(guān)系，初步了解太陽系結(jié)構(gòu)，利用軟件了解各個(gè)星座方位，知道星座的意義，意識(shí)到地球是太陽系的一顆行星，太陽是銀河系中的一顆普通恒星，銀河系是宇宙中的一個(gè)普通星系，激發(fā)學(xué)生對(duì)宇宙結(jié)構(gòu)、起源和演化的好奇和探索，引導(dǎo)學(xué)生在認(rèn)識(shí)宇宙過程中形成科學(xué)精神、科學(xué)思想和科學(xué)方法，最終使學(xué)生嘗試從無限空間的角度審視宇宙，構(gòu)建空間宇宙觀。2.長(zhǎng)期觀察實(shí)踐活動(dòng)空間宇宙觀的形成是個(gè)緩慢且持續(xù)的過程，天體的運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律需要長(zhǎng)期觀察活動(dòng)支撐，這也是培養(yǎng)學(xué)生良好學(xué)習(xí)堅(jiān)持性的重要手段。低學(xué)段學(xué)生的學(xué)習(xí)，需要教師做好正確示范。教師可以跟學(xué)生一起通過圖畫或者貼圖方式觀察一年中月亮形狀變化情況，為其中段認(rèn)識(shí)地球、月球和太陽的運(yùn)動(dòng)關(guān)系打下扎實(shí)基礎(chǔ)。學(xué)生通過觀察一天中太陽位置的變化，而后觀察一個(gè)星期、一個(gè)月甚至一年中太陽位置的變化，再利用星座活動(dòng)圖觀察一年中星座形狀及位置的變化，了解星座劃分意義和常見的天文現(xiàn)象，歸納總結(jié)天體在天空中的運(yùn)動(dòng)及地球的真實(shí)運(yùn)動(dòng)。學(xué)生通過觀察一年中物體影長(zhǎng)的變化，聯(lián)系太陽運(yùn)動(dòng)與四季變化兩者之間的關(guān)系，用天體運(yùn)動(dòng)知識(shí)來解釋自然現(xiàn)象。3.自主探究能力在長(zhǎng)期觀察實(shí)踐中，在求知欲和好奇心的驅(qū)動(dòng)下，學(xué)生主動(dòng)探索學(xué)習(xí)，激發(fā)內(nèi)在學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，在掌握觀察、實(shí)驗(yàn)、測(cè)量、推理、解釋等科學(xué)方法后，能針對(duì)自然現(xiàn)象提出問題、做出假設(shè)、制訂計(jì)劃、搜集證據(jù)、處理信息、得出結(jié)論、表達(dá)交流和反思評(píng)價(jià)，利用學(xué)校、家庭、社區(qū)的各種資源自主設(shè)計(jì)探究模擬實(shí)驗(yàn)，解決實(shí)際問題。二、圍繞學(xué)科核心概念，制訂課程實(shí)施目標(biāo)（一）培養(yǎng)空間宇宙興趣培養(yǎng)學(xué)生對(duì)地球與宇宙領(lǐng)域知識(shí)的興趣，通過各種方式了解宇宙，如閱讀宇宙科普類書籍、觀看宇宙類科普短視頻或者紀(jì)錄片、收聽宇宙類時(shí)事節(jié)目，掌握一定的地球與宇宙領(lǐng)域的知識(shí)，可以解釋身邊一些天體現(xiàn)象，體驗(yàn)知識(shí)帶來的樂趣，產(chǎn)生進(jìn)一步探索宇宙的興趣。（二）加強(qiáng)教學(xué)內(nèi)容整合“宇宙中的地球”學(xué)習(xí)內(nèi)容涵蓋一至六年級(jí)，比較零散，教師要對(duì)教材內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整、取舍、修改、補(bǔ)充和整合。除此之外，還要加強(qiáng)知識(shí)學(xué)習(xí)，如其與其他學(xué)科、現(xiàn)實(shí)生活、社會(huì)實(shí)踐之間的聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)學(xué)生對(duì)核心概念的深度理解、有效構(gòu)建和靈活運(yùn)用。例如，在上“月相變化”這節(jié)課時(shí)，教師可以利用中秋節(jié)主題設(shè)置情境問題“為什么十五的月亮十六圓”，引導(dǎo)學(xué)生回憶低學(xué)段所記錄的月亮變化情況，觀察和思考月相，進(jìn)而自主設(shè)計(jì)模擬實(shí)驗(yàn)探究月相背后的真相，在探究中了解月球本身不發(fā)光這一科學(xué)概念，地球、月球、太陽三者大小、形狀和位置關(guān)系，地球與月球的運(yùn)動(dòng)方向和周期。（三）注重教學(xué)方法改革教師教學(xué)中應(yīng)創(chuàng)設(shè)與學(xué)生年齡、心理、生活經(jīng)驗(yàn)相符合的教學(xué)情境，引發(fā)其認(rèn)知沖突。例如，上“北極星不動(dòng)的秘密”這一課時(shí)，學(xué)生已有的認(rèn)知是天體都在做東升西落運(yùn)動(dòng)，教師可以通過展示太陽運(yùn)動(dòng)變化和四季夜空變化視頻，提問“所有的天體都是在做東升西落運(yùn)動(dòng)嗎”，引發(fā)學(xué)生獨(dú)立思考，激發(fā)學(xué)生自主探究，小組合作完成模擬實(shí)驗(yàn)。（四）精心設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)探究和實(shí)踐是科學(xué)學(xué)習(xí)的主要方式，教師教學(xué)中應(yīng)積極開展啟發(fā)式、探究式、互動(dòng)式、體驗(yàn)式和項(xiàng)目式的教學(xué)活動(dòng)。例如，上“浩瀚的宇宙”這一課時(shí)，教師可以出示銀河系動(dòng)圖，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注宇宙背景與銀河系視覺上的對(duì)比、銀河系旋臂的運(yùn)動(dòng)情況，自主探究模擬銀河系的盤面和旋臂，即選用什么材料模擬盤面，怎樣模擬旋臂運(yùn)動(dòng)；引導(dǎo)學(xué)生思考模擬銀河系與實(shí)際銀河系的區(qū)別，用游戲體驗(yàn)銀河系旋臂運(yùn)動(dòng)，觀看太陽系在銀河系中的運(yùn)動(dòng)視頻。課后布置用圖畫方式猜測(cè)銀河系其他星系運(yùn)動(dòng)情況、銀河系運(yùn)動(dòng)情況、河外星系運(yùn)動(dòng)情況，幫助學(xué)生形成初步的宇宙觀。（五）充分利用、開發(fā)資源《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》要求，教師應(yīng)有意識(shí)、有目的地開發(fā)和利用各種地球與宇宙領(lǐng)域教學(xué)資源。例如，在上“晝夜交替”這一課時(shí)，可利用網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)通訊展示處于東西方位距離較遠(yuǎn)的兩個(gè)地區(qū)，讓學(xué)生真切感受每個(gè)地區(qū)晝夜時(shí)間的不同，體會(huì)時(shí)差這個(gè)概念，課后可開展記錄當(dāng)?shù)匾荒耆粘鋈章鋾r(shí)間的觀察活動(dòng)。這樣學(xué)生會(huì)意識(shí)到同樣的上下學(xué)時(shí)間日出、日落時(shí)間不同，從而產(chǎn)生對(duì)此現(xiàn)象的探究興趣。三、聚焦學(xué)科核心概念，推進(jìn)課程實(shí)施（一）宣傳文化，營(yíng)造良好氛圍“宇宙中的地球”核心概念涉及地球、月球、太陽運(yùn)動(dòng)及其影響等內(nèi)容，但學(xué)生對(duì)此缺少實(shí)際體驗(yàn)感知。因此，學(xué)校層面要大力宣傳空間科學(xué)文化，布置校園走廊和文化墻，設(shè)立科技展覽角，定期開展含宇宙主題的科技節(jié)活動(dòng)；班級(jí)層面要選擇符合學(xué)生年齡、心理及知識(shí)建構(gòu)特征的圖片和文字素材布置班級(jí)文化角和班級(jí)走廊，定期出一次宇宙主題的黑板報(bào)，每周組織一次宇宙主題的晨會(huì)課。（二）巧用情境，注重生活聯(lián)系科學(xué)課程來源于生活，服務(wù)于生活。如可設(shè)置“為學(xué)校植物掛銘牌”活動(dòng)，學(xué)生通過實(shí)地考察校園植物分布，通過告知方位及利用熟悉建筑物和生活經(jīng)驗(yàn)記住方位，通過此活動(dòng)初步感知空間方位，較好地完成校園分布圖的繪制。（三）科學(xué)建模，自主探究實(shí)踐模型是掌握“宇宙中的地球”這一核心概念的重要工具。學(xué)生通過親身經(jīng)歷選擇模型材料、制作模型、對(duì)模型進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)探究等過程，構(gòu)建空間科學(xué)概念和培養(yǎng)探究能力。模型亦可作為串聯(lián)整合各個(gè)碎片化學(xué)習(xí)內(nèi)容的重要手段，如制作的地球結(jié)構(gòu)模型除了用于研究地球結(jié)構(gòu)，還可以用于研究地球運(yùn)動(dòng)，日、地、月三者運(yùn)動(dòng)及宇宙中地球位置等實(shí)踐探究活動(dòng)，這有助于學(xué)生構(gòu)建系統(tǒng)與模型、物質(zhì)與能量等跨學(xué)科概念。（四）融合學(xué)科，強(qiáng)化實(shí)踐運(yùn)用科學(xué)課程是一門體現(xiàn)科學(xué)性質(zhì)的綜合性基礎(chǔ)課程，因此更加注重與其他學(xué)科之間的融合和應(yīng)用。如將勞動(dòng)教育中的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)勞動(dòng)融入地球運(yùn)動(dòng)與四季變化內(nèi)容的學(xué)習(xí)，及種植過程中植物生長(zhǎng)的變化，讓學(xué)生切實(shí)感受到地球在運(yùn)動(dòng)及其帶來的影響，驅(qū)動(dòng)學(xué)生進(jìn)一步探索、實(shí)踐。（五）利用資源，延長(zhǎng)實(shí)踐周期學(xué)生在實(shí)踐活動(dòng)中會(huì)反復(fù)經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)問題—解決問題—發(fā)現(xiàn)