高梦波 芦韦 | 学习进阶理念下小学科学单元整体教学的实践研究——以湘教版科学三年级植物单元为例

教育的主阵地是学校，学校教育的主要场所是课堂。“双减”政策出台后，强化了学校教育的主阵地作用，向课堂教学要质量，从而推进教育高质量发展。小学科学课程对全民科学素质提高、科技强国建设起到奠基作用，科学课堂提质增效是落实科教兴国战略的重要举措。

小学科学是一门融合了物质科学、生命科学、地球与宇宙科学、技术与工程四个领域内容的综合性学科，课程以核心概念为纽带，以主题单元为组织形式，引领学生探索四个领域的知识，发展学生的科学素养。科学核心素养的形成并非一朝一夕之功，而是在长期科学探究实践过程中，基于获得的科学观念、习得的科学思维和形成的态度责任中，不断内化生成。

在小学六年的科学学习里，学生的科学探究实践是整体的、有层次的螺旋上升。这就要求科学教学以进阶式安排学习内容和探究活动，引导学生在进阶学习中，对核心概念的理解由浅及深、由表及里，思维的练习由简单到综合，科学素养的发展不断丰富和深厚。

学习进阶理念是时代发展的产物。随着社会的发展，人类知识的激增，而人类的学习能力并未快速增长，因此学校课程知识该如何合理化设计成为教育界共同思考的课题。在这样的背景下，学习进阶理念应运而生。学习进阶理念认为，学生在学习科学核心概念的过程中，存在一种潜在发展序列，此序列作为小中高科学课程内容的主轴，从而形成整体一致、前后连贯、逐渐深入的课程体系。科学学习是一个逐渐累积、不断演进的过程，学生对某一内容主题核心概念的理解存在多种不同的中间水平，在学习该核心概念相当长的时间段中，学生对核心概念理解和思考将日趋成熟、不断深入。

依据学习进阶理论，围绕大概念教学，在对湘教版三年级教材和学生学情进行分析的基础上开展植物大单元整体教学设计的研究，引导学生实现科学学习进阶，为课堂提质增效探索方法与路径。大单元整体教学设计是教师在理解和梳理单元内容、明确大单元科学概念、调查学生学情的基础上，设计出有针对性的教学活动，以此实现学生对科学概念的深度理解。因此学习进阶理论下的单元整体教学策略将从规划大单元体系的宏观层面和细化探究活动设计的微观层面进行阐述。

（一）立足宏观层面，规划大单元体系 

1.教材分析，明确单元定位

植物是自然世界中生命世界领域的重要组成部分，湘教版小学科学教材在一至六年级依据学生认知特点和水平，分不同单元主题布设了植物主题内容的学习，见图1。

依据学习进阶理论，对一至六年级植物主题内容进行整体纵向分析：一年级学生认识及观察身边常见的植物，初步感受植物与人的关系。二年级学生在种植和简单记录植物的生长变化中，获得植物生长的基本需求知识。三年级学生将获得植物结构和各部分功能的认识，并感受植物从种子萌发、生长到开花、结果和死亡的整个生命历程。四年级和六年级，学生对植物的认识不再聚焦于植物本身，而是不断扩大视角，认识植物与环境的相互适应、植物与动物之间相互依存的关系，感受植物在整个生态系统中的作用。

在对教材进行分析后，我们明确了三年级的两个植物单元在小学整个植物主题学习中起到承上启下的重要作用。

一、二年级的植物内容在三年级两个植物单元有了进一步的巩固与发展，同时三年级的植物内容学习，有利于学生构建植物结构与功能相适应的科学观，能够为后续四、六年级学习生物与环境、生态系统等内容奠定科学观基础。由此可见，三年级的植物单元学习及科学概念建构，对小学植物领域内知识的整体构建和学科科学概念的形成尤为关键。因此，为了能够更好地帮助学生学习三年级植物单元内容，开展学习进阶理论下的大单元整体教学设计研究尤为必要。

图1 湘教版小学科学一至六年级课程内容

2.围绕单元内容，找准学科核心概念

《人是如何学习的》一书中指出专家与新手的主要区别在于，当获得大量知识时，专家会围绕核心概念来组织这些知识，再利用这些概念进行进一步思考，而新手则是对知识进行简单的罗列。因此围绕核心概念，开展整体单元教学，有利于学生在头脑中构建知识网络。而核心概念学习的布设是按照学习进阶的理论，展开一系列由简单到复杂、相互关联的概念序列。

《义务教育科学课程标准（2022年版）》（以下简称课标）中设置了13个学科核心概念，这是所有学生在义务教育阶段应掌握的科学课程的核心内容。在单元整体教学设计中，教师应先解读课标和教材，梳理把握单元的学科核心概念、学习内容，明确核心概念和学习内容、学习内容与学习内容间的关系，这是单元整体设计的前提和关键。

三年级植物主题是生命科学领域的重要组成内容，主要通过学生观察并经历完整的种植过程，获得植物结构与功能间的认识。课标中3~4学段关于植物内容要求中提出“学生要能够描述植物一般由根、茎、叶、花、果实和种子构成；描述植物的生存和生长需要水、阳光、空气和适宜的温度；描述植物的根、茎、叶、花、果实和种子具有帮助植物维持自身生存的相应功能；举例说出植物从生到死的生命过程；描述植物通过种子繁殖后代，有的植物是通过根、茎、叶等繁殖后代”。

通过梳理之后，我们可以发现“生命系统的构成层次”“生物体的稳态与调节”“生命的延续与进化”是湘教版三年级科学《植物的秘密》及《植物的一生》两个单元的学科核心概念。这些学科核心概念的建立，最终有助于学生形成结构与功能、系统与模型、稳定与变化等跨学科概念，见图2。

图2《植物的秘密》及《植物的一生》概念进阶

3.重构单元教学顺序，编排概念发展序列

学生是学习的主人，是科学教育的主体，教师在设计教学内容时要基于学生心理特点、认知水平和知识经验。湘教版三年级第四单元《植物的秘密》分别布设了植物的身体、根的奥秘、茎的奇妙和叶的神奇四课，旨在引导学生在整体认识植物结构的基础上，再分课时了解根、茎和叶的功能特点。

第五单元《植物的一生》布设了种子萌发、小苗快长、开花结果和植物的生命周期四课，旨在引导学生经历认识种子、播撒种子、观察植物生长、了解植物花和果实的结构与功能，梳理植物的生命过程。依据对教材两单元内容的分析，发现如果按照教材编排的顺序开展教学，易导致课程活动与活动间知识关联性不强，探究活动按着预设顺序进行，学生自主探究动机低，而这与课标课程理念相悖。课标倡导以探究和实践为主的多样化学习方式，要激发学生学习科学的内在动机。

因此立足课标，基于教材和学生的学情分析，可按照如下思路对湘教版三年级下册两个植物单元实施大单元整体教学：学生开启植物种植，从植物的生长变化去观察发现植物的各个器官，同时了解植物各器官对植物生长变化的作用，梳理观察记录，归纳总结植物的一生，对两个单元内容进行整合。课程调整结构及科学概念发展序列安排见图3。

图3 《植物的秘密》及《植物的一生》课程结构调整图

（二）围绕学习进阶阶段，细化探究活动设计 

1.了解学生认知水平，找准学习进阶的起点

学生不是空着脑袋走进课堂的，在日常生活中，学生用自己的方式尝试解释周围的自然界，在与世界对话的过程中，头脑中形成了他们的独特理解，这就是学生的前科学概念。依据最近发展区理论，学生的发展有两种水平：一种是学生的现有水平，另一种是学生可能的发展水平，两者之间的差距就是最近发展区。

在单元整体教学中，了解学生的现有水平也即调查学生关于植物内容的前科学概念，找准学生学习进阶的起点，有利于学生概念构建从前科学概念到科学概念的转变。为了更好地了解三年级学生关于植物结构与功能的前概念，笔者运用问卷的方式对三年级105名学生进行了调查研究。

表1 三年级学生前概念调查结果分析

从调查结果中发现，大部分三年级学生对植物结构有一定的认识，他们从身边绿植的日常观察中了解了植物具有根、茎等结构，但其认识不完整，不能系统准确地说出根、茎、叶、花、果实和种子。从对植物器官功能的调查反馈中，可以看出部分学生关于植物结构与功能的认识属于空白阶段，并没有建立起前科学概念，即学生并没有思考过根、茎、叶等结构的功能。多数学生对植物结构和功能的认识呈现出横断性的特点，即学生通过科普书籍等渠道，获得了植物根、茎等科学语词或科学概念，但对语词的认识或概念的理解并不完整，具有直接植入的特征。

2.认真制订教学目标，找准学习进阶的节点

三年级有关植物单元的学习要持续一段时间，学生科学概念建立的过程在这持续一段时间的学习里是复杂的动态发展的过程。由于学生前概念具有顽固性的特点，在学习过程中，学生会不断经历前概念和科学概念的博弈，整个学习过程有前概念的学习起点，也有科学概念建立的学习终点，在起点与终点之间，存在多个中间节点，而中间节点则是学生思维发展和概念建构的脚手架。基于单元整体教学和学生实际情况，教师要明确学习进阶的中间节点，把握每个阶段的教学目标，帮助学生实现从前概念到科学概念的转变。

学习进阶的中间节点包括单元目标、课时目标和活动目标等。以种子萌发3课时内容为例，举例说明学习进阶节点的设计，见图4。

图4 “种子萌发”一课学习进阶的节点

植物的生长从种子开始，在种子萌发的进阶设计中，按照学生对种子的认识由表层到深层、由结构到功能、由认识到实践的逻辑顺序设计3课时8个学习活动。在课时1活动1、2中，让学生从观察种子的外部结构到解剖种子、了解内部构造，由表及里形成对种子的认识。基于对种子结构的认识，在课时2活动1、2、3中，引导学生探究种子萌发的条件，为课时3播撒种子，亲自种植奠定知识基础。

3.精心组织探究活动，搭建学习进阶的台阶

课标倡导学生主动参与、动手动脑、积极体验、经历科学探究的过程。在探究活动中，学生在具体事物的支持下，不断发展、完善科学概念的构建。因此在教学中，教师要基于学习进阶理念，结合学生课外种植体验，精心设计课堂探究活动，搭建坚实的学习进阶台阶，促进学生深度学习的发生。

（1）真实问题情境与实践验证相结合

教育不仅是一个学习的过程，也是一个生活的过程，教育本身是为未来生活做准备，教育离不开学生生活。学生探究活动中问题的提出要来源于生活，要是学生生活中真实能观察到或涉及的问题。因此学习进阶理论下的探究活动要以学生真实生活中的问题为学习起点，引发学生共鸣，激发探究动机。同时课程中要创设动手实践的机会，鼓励学生在课堂中、生活中动手动脑，不断构建概念。

在研究种子萌发的条件时，可从学生身边挖掘真实问题情境材料。比如，在学生播种油菜种子之后，出现了一部分种子迟迟未萌发，而其余同学的种子早已成功萌发长出小苗的情况，于是一些同学主动发来图片，寻求未萌发解决策略。此时，教师可顺水推舟，请学生说说自己种植中遇到的问题，从而引发种子萌发所需条件的讨论，在充分讨论并设计实验的基础上，提供实验材料，让学生亲自实践找到问题的答案。

面对学生日常生活中难以直接观察到的根系功能的学习时，教师可以从学生的日常生活中发现问题。创设真实问题情境是帮助学生降低学习难度，实现进阶跨越的有效方法。如学生在给植物浇水的过程中，有的学生习惯对着植物根部浇水，有的同学倾向于往植物叶子上浇水，面对这两种方式，教师可提出问题：植物用什么“喝水”？两种真实存在的浇水方式，充分引发了学生的认知冲突，有效地实现了学习动机的激发。同样地，学生讨论之后，通过亲自实验，亲眼见证了植物“喝水”的部位，由此学生的学习在真实的探究活动得以有效发生。

（2）任务驱动与自主发现相结合

“任务驱动”的教学方法是引导学生在真实的任务情境中进行学习和探索，激发学生为完成任务而引发强烈的求知欲及获得任务完成后的成就感，进而培养学生勇于独立探索的自学能力。任务驱动往往被看作被动学习，而学习进阶理论下的探究活动设计，则是让任务驱动式和学生自主发现相结合。

线上学习叶序知识时，教师可以布置一项任务：给学生10分钟，观察家中多种植物的叶子，观察叶子在茎上的排列方式，用图画的形式绘制下来。学生先在任务的驱动下观察和描绘，然后相互交流，当发现某一种叶序自己没有观察到而其他同学观察到的时候，会激发强烈的观察欲望，即使下课，也要努力在小区里找到这种叶序甚至更多种叶序。由此，我们可以发现，任务驱动与自主发现并不冲突，任务驱动下仍然会有自主发现的意愿。

在单元整体教学中，教师发布制作“校园植物志”的课外探究任务，鼓励学生课后2~3人组成研究小组，利用课后服务及课外小组活动时间，选择校园内一种植物进行深入的研究。要求有植物植株整体及枝、叶、花的局部特征的照片或手绘图片及功能介绍，同时拓展该植物其他知识如植物药效、植物仿生等内容。在任务的驱动下，学生在共同合作探究的过程中温习了植物结构与功能知识，同时为了使作品更准确科学更全面，学生往往会自己主动搜集资料，不断丰富自己的植物志。

（3）自然笔记描绘探究痕迹

小学生对生命科学领域的学习主要在现象论阶段，认知过程可概括为：观察—描述—解释。因此在学生概念进阶建构中，可以运用自然笔记的形式充分落实观察和描述过程，让学生的探究逐步留痕，让知识显性表达。

以花的结构一课为例，按照学生生命科学领域认知的过程“观察—描述—解释”这一逻辑开展教学，引导学生在观察油菜花的基础上，对花的结构进行描述，并在观察更多花的基础上，了解花的一般特点。在大单元整体教学中，为了让学生在头脑中初步构建学科核心概念和跨学科概念，解释这环节尤为重要，为此在解释环节设计了“自然笔记”任务，让学生每一步的探究学习都留下痕迹。

学生在前期学习的基础上，在自然笔记中完成了一株植物根、茎、叶各部分的结构和功能的绘画及文字描述。学习花时，在观察花的图片和实物的基础上，教师可以请学生在“自然笔记”的那株植物上画上花的部分，并用问题串的形式引导学生思考讨论花的功能，如花瓣颜色绚丽多彩一般是为了什么？雌蕊和雄蕊的作用是什么？在了解植物单个器官花的结构和功能后，为了能将花与整体植株建立关联，可以请学生阅读自己制作的自然笔记，并在上面写下“花在绽放成长的过程中，植物各部分是如何提供支持与帮助”以及“花为植物的生长作出了哪些贡献”。

图5 学生手绘的自然笔记

在整个记录的过程中，学生再一次将植物各器官系统间的关系进行了整体的关联，同时对生命的各系统分工合作，共同维持生长发育有了更深刻的认识。自然笔记中的那株不断完整的植物不仅体现了学生的观察记录和思考，也是学生头脑中不断构建的植物概念体系。知识不再是碎片式的储存，而是不断丰富和完整的一棵知识“大树”。

科学学习内容的进阶安排与设计是课标强调的重点。课标明确提出：学生科学学习要基于学生的认知水平和知识经验，科学安排学习进阶。一是学习内容由浅及深、由表及里、由易到难，二是学习活动从简单到综合。学生科学概念的学习和建构并非一蹴而就，而是在长期的科学学习过程中，不断修正、完善，逐渐形成的，具有阶段性发展的特点。在进阶发展学生科学概念的过程中，还要注重学生科学思维、探究实践及科学态度与责任的培养，真正将提质增效落在实处。

注：本文刊发于《新课程评论》2023/05「研究」栏目。本文摘要、关键词与参考文献等详情见纸刊。