核心素养-小学科学大单元教学实践

在20世纪中期之后，尤其是最近的二三十年，许多研究者投入儿童早期学习能力的研究中，对儿童的认知过程提出许多新的见解，给学校教学提供了新的启示。

（一）关于儿童学习的新发现

美国国家科学委员会在2007年的一份研究报告中对最近二三十年关于儿童科学教育的研究成果和发现做了系统总结。该报告指出：儿童是带着丰富的知识和技能进入学校的，在科学方面尤为显著。儿童甚至在学前就拥有一整套概念与概念框架，以及运用概念进行推理的能力。他们利用自我形成的理论、规则和一般原理把世界分成不同的领域，预测事物变化；利用它们解释现象、解决问题。即使在低年级，儿童也能参与非常复杂的科学思维活动，评价关于科学本质的深层观点。该报告将儿童学习科学的特点概括为以下六个方面。

1.儿童拥有丰富的关于自然的经验

任何文化背景的儿童都因有共同的经历而获得关于自然的共同经验，在四个领域尤为显著，儿童在早期就有广泛的学习，这四个领域与四门学科相联系，分别是简单力学现象（物理学）、人的心理行为（心理学）、生物的行为与结构（生物学）、材料的物质与组成（化学）。这些领域的经验为儿童建构科学知识和技能提供了坚实的基础。随着时间的推移和经历的变化，儿童对自然的理解也会发生分化，但儿童继续保持有共同的经验和理解是学习科学的基础。

2.儿童具有很强的推理能力和特定的推理方式

儿童不仅具有丰富的关于自然世界的经验，而且还带着许多一般的推理技能进入学校，这些技能将成为科学推理能力的基础。而且，对特定的领域，儿童倾向于采用特定的思考方式，无论怎样的文化背景，儿童对每一领域都倾向于以同样的方式来思考他们的经验，或者说几乎所有的儿童在这些领域都具有共同的观念基础。比如，对于生物，他们能正确辨认生物与非生物，理解生物在生物环境（生态系统）中所处的地位，知道环境为生物提供生存需求等。儿童的推理方式是特定的，不仅在于对给定的领域所有儿童都倾向于采用同样的方式，而且在于对不同领域他们能采用不同的推理方式。比如，在物理现象中，在观察从斜坡上滚下的球时，儿童懂得球没有“滚的愿望”，当球撞击墙时也不是球“要去”撞击。相反，在心理层面，当一个人或动物滑下斜坡时，儿童会认为某人或动物奔下斜坡是为了寻找食物，或某人撞击墙是因为生气等。也就是说，儿童理解物理事件的原因和心理行为的原因是不同的。同样，在对生物和人造物的提问方式中也可观察到这种特定的推理方式，在学习中儿童会问某一工具，比如扳手，是由什么组成的，他们知道与其他许多人造物一样，工具有用途；他们还知道生物，比如老虎，没有工具一样的用途，所以他们一般不会问生物是由什么组成或有什么用途的问题。

3.具有因果规则意识

学前儿童对抽象的模型非常敏感，这种敏感引导他们怎样思考事物的行为、生物的本质、物体空间位置与分布以及其他许多观念。比如，幼儿，甚至前语言期婴儿，就具有很强的因果规则的意识，而且不仅限于两件一起发生的事情，他们还知道怎样的原因先于结果，怎样的原因与特定的结果相联系，分类、归纳和其他推理形式似乎都由这样一些技能所引导。

4.儿童具有很强的建模能力

在学龄前早期，儿童就有用玩具、图画、车模、视频等扮演某种角色的意识。在扮演游戏中，儿童会把某一个物体作为另一个物体的替代物，如用方块代表茶杯、香蕉代表电话等，而且他们还理解这些物体原来的名称、特性和用途并没有改变。有研究表明，甚至幼儿园前的儿童就具有初步的建模能力。

5.儿童有思考观念和信念的能力

儿童还能理解他们自身和同伴的观念、信念和知识，具有评估知识的能力。儿童能把观念和信念与物质世界区分开来，这是他们基于证据进行解释和参与讨论的基础。

6.儿童是积极的探究者

儿童对探究有着异乎寻常的热情，不受固有观念约束，常常会提出令人惊奇的观点，做出惊人的发现。儿童对自然的理解会有显著的差异，在进入学校之前形成的技能会让他们得出错误的结论，但儿童的理解并不是错误结论的集合，他们是积极的探究者，他们能在某些领域从生活经验中抽象出规律并应用这些规律说明、预测和解释自然。

（二）概念转变的类型(www.xing528.com)

在对有关儿童学习的新发现进行总结的同时，美国国家科学委员会在该研究报告中还对科学概念转变的方式进行了概括，提出了以下三种类型。

1.概念阐释

概念阐释是简单的概念转变。比如，学生可能了解生物的解剖特征（如牙齿）反映着动物的生活方式。之后，他们可能会考察动物身体的其他部分（比如爪、生殖系统），并推测动物的行为（比如捕食、交配、合作）。这种类型与皮亚杰的同化相类似，在学生建构了一个概念的基础之后，新的证据、知识或经验与已有的认识一致，学生在原有基础上拓展对概念的认识，概念本身并没有发生变化，而在量和范围上获得拓展。由于概念本身没有发生质的变化，这样的概念转变相对容易实现。

2.概念重组

概念重组是以新的方式组织概念，是一种更具挑战性的概念转变。比如，要获得“空气是物质”的概念，学生需要同时改变对空气和物质概念的理解。在儿童最初的观念中，“空气”即意味着“什么都没有”。而一旦完成建构新的概念，原有的“空气即什么都没有”的观念将被抛弃。重组概念结构还包括原有被认为不同或分离的概念结合。比如，原来儿童会认为空气和固体与液体是完全不同的，后来他们认识到所有物质都由微小的微粒组成，并能以不同的状态存在。这需要从把物质理解为某种可以直接感知的东西（可以看到、感觉或触摸到的东西）转变到把物质理解为需要占据空间并具有质量的东西。这种类型与皮亚杰的顺应相似，儿童新的经验与原有的概念不一致，儿童需要通过修正或重组概念，以使概念适应新的经验。这样的概念转变可能非常困难，需要广泛而持续地对相关问题进行思考，需要有反复审视、提炼概念的机会。

3.建立新的解释

建立新的解释是最具挑战性的概念转变，这种概念转变需要学生对科学的高水平理解。比如，要理解原子—分子理论，他们要理解物质是由原子和分子组成，要理解物质微观组成的特性和相互作用等。新的解释水平能为许多其他现象提供更深入认识，将某一科学领域的解释与其他科学领域的解释联系起来。比如，一旦学生理解了原子—分子理论，他们将易于理解生命体的基本生物过程，而不限于原子—分子本身。发展新水平的理解是非常具有挑战性的任务，因为这样的转变不仅需要把原有的概念进行重组，而且要把它们置于一个更大的解释框架中。按照皮亚杰的说法，同化和顺应的交互作用使个体的认知结构不断发展，也就是在每一个解释水平上，都不断发生着概念拓展和重组，学习者不仅需要打破原有的知识框架、重组知识结构，并且经常需要借助于新的观念。因为这一过程的复杂性，学生需要大量的、持续的学习机会，需要有组织的学习材料与过程支持。

（三）关于儿童学习的新发现对小学科学大单元教学的启示

最近二三十年关于儿童学习的研究成果颠覆了我们对儿童的想象。新的研究成果既对小学科学大单元教学提出要求，同时也为改进教学，提升品质提供了可能的路径。

1.关注儿童已有经验及其对科学概念建构的意义

儿童在与自然系统的相互作用过程中获得了丰富的关于自然的经验和解决问题的技能，形成了自己解释世界的模式。这对我们教学提出了要求，要求我们关注儿童的经验，认知儿童的经验。更重要的是不仅要关注儿童的经验是什么，还要关注儿童利用经验思考问题的过程和方式。只有这样才能使我们的教学契合儿童的思维与思维过程。新的研究表明，儿童不仅建构着自己的概念，而且有整套的概念系统和解释世界的模式，这是机遇也是挑战。机遇是儿童建构了自己的概念和概念系统，使科学概念建构有了更坚实的基础；挑战是如何才能准确地把握儿童的认知和认知方式，使我们的教学更好地适应儿童的认知过程。

2.呵护儿童学习的主动性

儿童是积极的探究者，常会提出令人惊奇的观点，获得惊人发现。因此，让儿童保持学习的主动性应成为我们教师关注的重要内容。一方面要主动改进小学科学教学，给学生充分探究空间，让他们获得成功的体验，同时通过问题和活动引领，不断激发学生的好奇心和探究欲；另一方面，我们要在学校、班级活动中争取更多的空间，通过科技活动、学生社团科学展览等营造探究的氛围，让学生在获得概念和技能增长的同时得到不断激励。

3.提供有组织的系统的学习机会

在课程改革初期，曾有不少人认为，只要学生动起来，具体学习内容是不重要的。显然，这是一个误解，也违背常识。其实，有效的学习活动不仅需要具体内容，而且需要有组织的系统学习机会，这从概念转变的三种类型，尤其是后两种类型中可以清晰地看出来。不管是概念重组还是建立新的解释，涉及的都是复杂的概念系统，不仅有复杂的概念体系，而且还有不同的概念层次，要实现概念转变，没有有组织的、系统的学习机会是不可想象的。这对教师提出了两方面的要求：一是要把握科学概念与概念体系，根据它们之间的联系做系统的整体的安排；二是在教学中不应仅局限于小学阶段，更要关注概念体系，从整体角度把握小学阶段的学习要求，让小学阶段的学习成为今后建构完整概念体系的基础。