小学科学单元教学设计的基本表征与实践路径

摘 要 随着《义务教育科学课程标准（2022年版）》的颁布实施，单元教学已成为小学科学教学的关键着力点。从整体把握教学设计的角度出发，单元教学有利于落实科学育人价值的统一性，推动学生探究实践的自主性，强化综合评价的有效性。小学科学单元教学设计包括层级知识结构、进阶主题探究、关联任务驱动三种基本表征。为有效开展单元教学，可以按照课程标准与教材内容进行整体布局，围绕单元教学总目标实行分课时推进，实施全程评价，同时利用单元小结帮助学生提高反思能力，进而培育学生科学核心素养。

关  键  词 小学科学；单元教学设计；大概念；学科核心素养

立足学生核心素养发展的小学科学教学要培养学生终身发展与社会发展所需要的正确价值观、必备品格和关键能力[1]。伴随着小学科学育人目标的优化，单一课时教学将很难契合学生核心素养的培育目标，小学科学碎片化教学转为整体化单元教学势在必行。单元教学设计是摆在小学科学教师面前的一道难题，如何在新课标与旧教材并存、课时少而内容多的局面下实施单元教学的研究尚显不足。鉴于此，本文从整体把握教学设计的角度，研究单元教学培育学生科学核心素养的依据、基本表征与实践路径，以期为小学科学单元教学提供一些帮助。

一、小学科学单元教学设计依据

《义务教育科学课程标准（2022年版）》（以下简称《新课标》）提出，要充分发挥科学课程的育人功能，培育学生核心素养。素养本位的小学科学教学需要提升学科的育人价值，单课时教学难以匹配学生科学核心素养的发展，完整的单元教学是培育学生科学核心素养的有效教学方式，其依据主要体现在以下三个方面。

1.单元教学可以达成育人价值的统一性

培育学生核心素养是对三维目标的整合优化，是小学科学学科育人价值的提升。传统小学科学教学过度关注知识与技能目标，对过程与方法以及情感态度价值观目标有所忽略，导致教学陷入知识零散琐碎的误区，学生难以建立学科知识体系。单课时强调知识点的教学，难以满足学生核心素养培育的目标，因此，发展学生科学核心素养要有单元教学设计与之相适配[2]。因为它可以使学生在探究过程中掌握问题解决的方法，树立正确的情感趋向与价值观，巩固科学知识与技能，进而达成对三维目标的整合。

单元教学能够达成对三维目标的整合，是因为其具备研究性学习的属性与完整的学习模块。首先，单元教学在大概念统摄下，对知识进行优化重组，结合学生认知发展规律，强化科学情境中的学习迁移能力。它突破了传统的一课一练的学习方式，而是利用学习内容组织学生开展研究性学习。其次，单元教学是完整的学习模块。学生通过单元教学系统地学习过程与方法，掌握知识与技能，进而逐步形成情感、态度与价值观，最终实现对三维目标的整合。单元教学可以培养学生在特定情境下利用知识解决问题的关键能力，乐于解决疑难问题的必备品格，追求妥善解决问题的价值观。

2.单元教学可以推动学生探究实践的自主性

《新课标》中明确提出，加强探究实践重点在于教师能否推动学生探究实践的自主性。教师不是简单地把科学事实讲给学生，而要带领学生探究科学发展的一般规律，突出学生的主体地位，引导学生经历完整的探究实践过程，对教师的教学要求也从呈现事实转向展示论证。

首先，教师如果仅呈现具体的科学事实，就会导致学生只看到事物局部，而见不到整体。只有把学生作为主体，经历自主探究实践，深入理解科学学科知识结构，才会使学生从浅层学习逐步进入到深度学习[3]。探究实践的主要特点是以证据为基础，通过信息分析和逻辑推理得出结论。小学科学学科知识结构包括科学知识与技能、科学思维与方法和价值观念等知识要素。科学知识与技能具有显性知识特征，思维方法与价值观念则表现为隐性知识特征。教师在教学中容易关注到显性的科学知识与技能，却时常忽视隐性的思维方法与价值观念，导致学生只知道表面现象，而不理解科学的本质及其产生的原因，学习是被动且低效的。其次，单元教学以展示论证的方式推动学生的探究实践。小学科学教学中的展示论证主要以某位科学家为例，将学生作为主体，让他们经历像科学家一样的思考过程，并将这种专家思维运用到自己的探究活动中。小学科学教学是启发学生创造性思维的学科，如果只通过呈现事实来转述科学家的结论，学生仅会按照教师的要求完成任务。而展示论证可以为学生提供思维图式与认知模型，使他们有能力开展自主探究，在深入理解学科核心概念的同时，促进知识迁移与创新。因此，单元教学设计是将学生作为主体，通过问题情境的创设，围绕某一科学主题，将相关科学知识与技能融合，引导学生经历一次完整的探究实践过程。

3.单元教学可以强化综合评价的有效性

单元教学设计的侧重点在于从“教案”到“学案”的转变[4]。由于教案是教师从自身视角为出发点设计教学方案，在教学中经常会出现师生课堂预期不对等的情况。学案是教师为指导学生学习而编制的文本，它是站在学生的视角设计并呈现学生的学习过程以及掌握程度，是以学生学的角度说明学什么、怎样学以及是否学会。单元教学设计只有以学情作为切入点，以学定教，才能让综合评价的有效性真正落到实处。

首先，单元教学设计是以学生是否学会为起点，基于目标制定评价方案，通过评价指标引导学习过程。其次，各个学习活动教师都会设计与学习目标相匹配的任务单以及分级评价量规，以便使学生在学习过程中能够实时反馈和自我评价，有利于他们了解自己怎样学可以达成目标。例如，在“植物”单元的教学过程中，教师为每一课时和学习环节设计任务单，有针对性地指导学生的探究实践，同时设计与任务单相匹配的评价量规，全面客观地反映学生学业水平[5]。单元教学设计可以为各个学习阶段的学生搭建脚手架，帮助他们顺利完成学习任务，提高学习效率。因此，单元教学设计能够真实反馈学生学习效果，强化综合评价的有效性。

二、小学科学单元教学设计基本表征

小学科学单元教学应该如何设计？国际上通行的主要有教育技术路线、建构主义路线以及把两者相整合的三种单元设计思路[6]。本文针对当前小学科学教学知识零散化的问题，设计层级知识结构单元教学；针对探究实践表象化的问题，设计进阶主题探究单元教学；针对跨学科教学拼凑化的问题，设计关联任务驱动单元教学。

1.层级知识结构单元教学

以“知识内容”领域为主，教师可以设计层级知识结构单元教学。遵循教育技术路线，此类单元教学设计通过目标导向，利用模块化学习建构内容体系，旨在促进对学科核心概念的深层理解。大概念具有统摄价值，可以吸纳众多学科知识，揭示事物的本质与联系。小学科学应围绕大概念组织课程内容，在新旧知识之间建立联系，在理解科学概念、规律、原理的基础上，逐步形成对客观事物的总体认识。围绕大概念组织建构具有层级知识结构的学习单元，有助于学生掌握基本科学知识，进而形成初步的科学观念。

小学科学教材主要是以知识点为主的单课时编制章节，容易造成学习内容的零散琐碎和知识量的纷繁复杂。因此，设计层级知识结构单元教学对学习内容进行梳理提炼，并对科学知识进行归纳概括，有助于提升学生对科学概念的理解。如“动物”单元，强调发展学生的观察能力、比较能力和组织分类能力。但教师在讲授这部分内容时，往往容易把动物的具体特征作为教学重点，讲授更多的是每种动物的身体结构、生命周期、生活习性等，却没有在大量科学事实的基础上进一步引导学生归纳概括，导致学生在头脑中形成的都是零散的知识点。因此，在“动物的器官”一课，教师可以举例：兔子的眼睛、马的眼睛、牛的眼睛都长在头的两侧，这有利于它们在进食的同时，时刻警惕周围环境的变化；老虎的眼睛、狮子的眼睛、豹子的眼睛都长在头的前面，这使得它们目光准确，有利于追击猎物。在此基础上，教师可以引导学生建构“食草动物的眼睛通常长在头的两侧；食肉动物的眼睛通常长在头的前面”这个一般概念。当学生再学习“动物的牙齿”“动物的爪趾”时，就可以在不同科学事实的基础上形成相应的概念。在此基础上，教师适时帮助学生对相关内容进行梳理提炼，最终使学生形成“生物体的结构与功能相适应”这一大概念。

2.进阶主题探究单元教学

以“探究实践”领域为主，教师可以设计进阶主题探究单元教学。遵循建构主义路线，进阶主题探究单元以科学主题、实验探究、观点表达为关键要素，重视完整的学习过程与探究经历的设计。科学主题是指自然现象中与人类生存、命运相关的哲学思想。教师在小学科学教学中将大量的时间用在了教授探究技巧和实践操作上，却忽略学生对科学本质的理解，以及对科学家思想的探索。科学教师的重要职责是找到科学中的主题思想，在学生了解自然、解决科学问题之前引导他们形成探究实践的意识。关于探究实践，一方面需要教师指导学生将宽泛抽象的主题思想转化为具体的探究主题；另一方面则需突破教材固有结构，采用系统方法对教材中存有内在联系的内容进行审视分析、重新组合。在保证教材原有总课时不缩减的前提下，对教材内容进行筛选或次序调换，把具有关联性的知识点依据内在特征组合为新的探究主题。进阶主题探究单元教学围绕大概念组织实施，从低阶到高阶设计系统化教学环节，开展探究实践活动。

当前，小学科学教材的编排方式主要以独立探究活动呈现。尽管它能比较完整地体现某一章节的教学内容，但是在培养学生探究实践能力方面缺乏系统性。《新课标》提出：“在了解和探索自然、获得科学知识、解决科学问题，以及技术与工程实践过程中，形成科学探究能力、技术与工程实践能力和自主学习能力”。因此，教师可以将探究实践能力融入课程内容中进行组合再设计。例如，教师可以整合“拱形”“圆顶形”“球形”等教学内容，围绕“物体都有特定的结构，这种结构与其功能相适应”这一大概念，设计“物体结构”单元探究活动。在“拱形的力量”一课，教师结合课内实验和课外观察，引导学生探究：“你认为拱形的承载力与哪些因素有关？”师生一起通过实验讨论影响拱形承载力的因素，结合之前列举有关拱形的实例，帮助学生理解“拱形承载重量时，能把压力向下向外传递给相邻的部分，拱形各部分相互挤压，进而结合得更加紧密”这个一般概念。在讲“圆顶形”时，可以让学生通过观察去描述圆顶形的特点，学会利用圆顶形结构加工制作简易模型。在学习“球形”“悬索”等内容时，教师可逐步放手，在探究实践中层层递进，以促进学生理解“物体的结构如何与其功能相适应”这一大概念。由此可见，进阶主题探究单元教学不是线性依照教材内容进行授课，而是根据探究主题对教材内容进行结构化重组。这不仅能让学生理解探究实践的一般过程与方法，而且可以促进学生在实践过程中形成初步的自主学习能力。

3.关联任务驱动单元教学

以“跨学科”领域为主，教师可以设计关联任务驱动单元教学。遵循整合课型路线，关联任务驱动单元教学，通过任务驱动建立起学科之间的关联，目的是促进学生对跨学科概念的深度理解与迁移应用。任务驱动是指以完成任务的形式，融入相关学科知识，进而解决问题，以教学内容、资源环境和社会生活为纽带，促进跨学科理解目标的达成。

例如围绕“太阳能房屋”设计跨学科单元教学。首先，总任务的设计目标是指向跨学科概念理解的。如果在设计总任务时仅仅要求学生围绕太阳能房屋模型的制作而开展，尽管学生会利用多学科知识去完成，但也只是跨学科拼盘式的手工制作课。当总任务的设计是以“探究利用太阳能加热房间的有效方法，总结影响热效率的因素以及相互关系”为主题展开时，学生需要应用多个学科知识去思考影响室内温度变化的因素。从这个角度出发，总任务是围绕跨学科理解实施的。其次，总任务的学习过程需要多个课时。为实现跨学科理解的目标，各个分任务要基于核心问题建立相互关联。例如，任务一“太阳能房屋的朝向”是体验窗户朝向对房屋温度的影响；任务二“太阳能房屋的颜色”是领悟墙壁色彩对房屋温度的影响；任务三“挑战热空气”是巩固散热、绝缘对房屋温度有影响的知识。学生在完成各个任务的过程中，需要建立“能量的运动或能量形式的变化叫作能量转换”“散热器能吸收大量的热，而释放则非常缓慢”“绝缘可以应用在太阳能房屋，以保持屋内温度”“太阳能是指太阳以光线的形式到达地球的能量”“空间加热是在封闭空间加热空气的热能转化”等一般概念。同时，还需要运用“观察比较不同太阳能房屋的加热效率”“利用信息建立一个有效率的太阳能房屋模型”“分析绝缘保温材料的应用”“通过测量收集数据，并制作图表”“交流与表达本组实验的结果，其他组倾听并表达认同或质疑的原因”等探究技能。学生在学习过程中要将这些一般概念联系起来，进而为理解跨学科概念奠定基础。通过观察、比较、分析、测量、制作图表、建立模型、交流与表达等探究过程技能训练，旨在使学生不仅能动手做，而且会动脑想。在任务驱动下学会思辨，让他们能够运用科学探究方法解决实际问题，同时学会利用科学语言提升与他人交流和沟通的能力。