大单元教学下科学概念层次模型与评估

大单元教学是我国科学教育关注的热点问题之一。科学课程标准提到，要探索大单元教学，积极开展主题化、项目式学习等综合性教学活动，促进学生举一反三、融会贯通，加强知识间的内在关联，促进知识结构化。教科版教材注重采用大单元的组织形式，让学生形成连贯的思维以及整体认识。在三年级“水”单元教学中，我们尝试运用科学概念驱动大单元教学，并对比传统单课教学评估其有效性。

一、大单元教学内涵与实施路径

大单元教学立足于大概念统领，注重单元内容的结构与联系，关注和体现学生的认知规律。大单元教学中，教师在发展情境中以清晰的学习路径调控与干预教学，在一个相对完整的单元周期内，依托大概念统领下的单元课程内容，朝着某一个具体的核心概念或跨学科概念进行结构化的教学，帮助学生最终获得对问题、现象、事物、事件等的完整解决或解释。

“水”单元的科学概念为，物质发生变化时，有的还是原来的物质，有的不是原来的物质（物理变化和化学变化的概念雏形）。我们运用此概念统摄单元教学内容，具体实施方法如下。

第1课进行单元问题驱动，提出问题：水是什么样子的？水还有哪些特点？

第1～7课，引导学生了解水的更多特点（如水的三态变化特点和溶解特点），并将每一课学习的概念点用图示方式记录下来；第8课，让学生感受更多其他物质的变化特点，同样用图示方式记录下来（如图1）。

基于整个单元的知识进行单元总结，让学生补充说出水的更多特点，完成单元问题闭环。同时，归纳总结本单元的科学概念，即水、水蒸气和冰在一定的条件下可以互相转化，物质发生变化时，有的还是原来的物质，有的不是原来的物质。

单课教学偏重于各课的独立意义，忽视课与课、课与单元之间的联结，这导致整个单元没有核心驱动问题，也没有核心概念来统摄整个单元的教学内容，也就无法发挥大单元教学的优势。分析图1可以知道，大单元教学关注单课的独立意义，同时关注课与课、概念与概念之间的意义联结。单元学习结束后，学生获得更加上位的科学概念，同时获得对问题或现象等的解释。

二、科学概念层次模型

科学概念是组成科学知识的基本单元，当概念与概念发生联系时，就能共同揭示更为宏观的概念，或者是更加上位的规律和原理。因此，我们把科学概念层次模型分为5个层次：无概念、具体概念、核心概念、跨学科概念和普适概念。其中，科学概念多分布于“具体概念”层次中，规律、原理和理论多分布于“核心概念、跨学科概念和普适概念”这三个层次中。各科学概念层次模型的内涵见表1。

基于以上科学概念层次模型的具体内涵可知，学生学习科学概念不是一蹴而就的，而是经历了从简单到复杂、从具体到抽象、从低级到高级、从零乱到成体系的认知发展过程。

三、科学概念层次评估

1.评估设计与实施

评估采用问卷形式，以匿名方式进行调查。问卷发放前，实验班和非实验班学生都学习了“水”单元。问卷主要分为两部分（见表2）：第一部分（第1～18小题）主要检测学生是否达到概念层次1、2、4，第二部分（第19～20小题）主要检测学生是否达到概念层次3（此内容中层次5超出小学生的认知水平）。本次问卷调查以班级为单位，实验班采用大单元教学方法，非实验班采用单课教学方法，实验班共43人参与测试，非实验班共37人参与测试。我们通过比较实验班学生与非实验班学生做题的准确率（百分比）分析他们的各概念层次。回收问卷后，我们利用Excel软件制作图表，展开具体分析。

2.调查目的与对象

调查的目的是评估科学概念层次模型所对应的概念发展水平，主要从四个方面进行评估，即基于单元的事实知识（旨在考查科学概念层次模型的无概念层次），基于单元的小概念（旨在考查科学概念层次模型的具体概念层次），基于单元的大概念（旨在考查科学概念层次模型的核心概念层次），基于单元中与科学有关的概念（指认识世界本身的方法，例如对比实验法，旨在考查科学概念层次模型的跨学科概念层次），依次代表概念水平等级（见表3）。调查结果见表4。

3.调查结果与分析

（1）基于单元的事实知识的教学效果分析（0级）

通过对比分析数据我们发现：在事实性知识方面，实验班学生的做题平均准确率比非实验班学生的大致高出13%左右，这说明，实验班学生在这方面的掌握水平总体高于非实验班学生的掌握水平。但是在判断“水蒸气是否有重量”时，非实验班学生的准确率反而比实验班学生高出大概37%。这说明，实验班学生有两个知识点的准确率低于70%，非实验学生有三个知识点的准确率低于70%。

（2）基于单元的小概念的教学效果分析（1级）

通过对比分析数据我们发现：在小概念知识方面，实验班学生的平均准确率比非实验班学生高出10%左右，这说明，实验班学生在这方面的掌握水平总体高于非实验班学生的掌握水平。这说明，实验班学生在“液体”与“沸腾”两个概念点上的准确率远远低于70%，非实验学生有四个概念点的准确率低于70%，分别是“液体”“沸腾”“结冰”“融化”。

（3）基于单元的大概念的教学效果分析（2级）

对于19题的7个小题，通过数据对比分析我们发现：在解释单个概念与单个概念之间的关系方面，实验班学生在“水的三态变化”这一知识点上的总体掌握水平高于非实验班学生，做题平均准确率也比非实验班学生高出14%左右。这说明，非实验班学生在“蒸发”“沸腾”两个概念点上的做题准确率低于70%，而实验班学生的做题准确率几乎都高于80%。

对于13题和20题，通过数据对比分析我们发现：大概念下的大单元教学有助于学生获得对所有概念的综合理解。针对单元第一个大概念“水、水蒸气和冰是同一种物质”，实验班学生和非实验班学生的做题准确率分别是83.7%和67.6%；针对单元第二个大概念“物质发生变化时，有的还是原来的物质，有的不是原来的物质”，实验班学生和非实验班学生的做题准确率分别是86.1%与73.0%。

（4）基于单元中与科学有关的概念的教学效果分析（3级）

通过对比分析数据我们发现：在学习对比实验方法时，实验班学生的总体掌握水平要高于非实验班学生，做题的平均准确率也比非实验班学生高出25%左右。这说明非实验班学生在设计对比实验时的准确率都低于70%。

比较实验班和非实验班学生在各级概念层次上的平均值，可以发现：实验班学生在各级概念层次上的掌握水平全都高于非实验班学生，大约领先10%～25%。这说明大单元教学在一定程度上能帮助学生在习得事实性知识、理解与构建科学概念、认识世界本身的方法论、综合理解概念之间的关系等方面取得成功。

（作者单位：广东省深圳市大鹏新区葵涌中心小学）