地球與宇宙科學(xué)領(lǐng)域的課程教學(xué)設(shè)計與實施

張琦

科學(xué)課程視野中的地球與宇宙科學(xué)領(lǐng)域

2016 年，習近平總書記在首個“中國航天日”到來之際作出重要指示，強調(diào)要“激發(fā)全民尤其是青少年崇尚科學(xué)、探索未知、敢于創(chuàng)新的熱情，為實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的中國夢凝聚強大力量”。2019 年，習近平總書記發(fā)表了題為《共謀綠色生活，共建美麗家園》的重要講話，強調(diào)“順應(yīng)自然、保護生態(tài)的綠色發(fā)展昭示著未來”“地球是全人類賴以生存的唯一家園”。

宇宙與地球科學(xué)在探索宇宙空間、應(yīng)對全球氣候變化、防災(zāi)減災(zāi)、解決資源短缺和環(huán)境污染、建設(shè)生態(tài)文明等關(guān)乎國家環(huán)境、經(jīng)濟、社會可持續(xù)發(fā)展和人民身體健康的諸多重大領(lǐng)域，發(fā)揮著重要的作用。在義務(wù)教育階段，科學(xué)課程中的地球與宇宙科學(xué)領(lǐng)域是落實習近平生態(tài)文明思想的重要載體，旨在引導(dǎo)學(xué)生探索浩瀚星空，認識不同層次的天體系統(tǒng);理解人與自然是生命共同體，樹立敬畏自然、順應(yīng)自然和保護自然的人地協(xié)調(diào)觀。因此，從事科學(xué)教育的教師需要在價值觀上達成共識，充分認識到地球與宇宙科學(xué)領(lǐng)域在科學(xué)課程中的重要性。

地球與宇宙科學(xué)領(lǐng)域的內(nèi)容設(shè)計

指向課程素養(yǎng)目標的內(nèi)容設(shè)計有不同的層次：在凝練核心概念的基礎(chǔ)上，精選學(xué)習內(nèi)容和內(nèi)容要求，明確學(xué)業(yè)要求，最后針對教師提出的教學(xué)策略和學(xué)習活動建議。其中，學(xué)業(yè)要求是指學(xué)生在完成了本概念的學(xué)習后，在課程素養(yǎng)目標的4 個不同維度應(yīng)該具備的行為表現(xiàn)。

領(lǐng)域核心概念的演變

在2011 版的初中（7—9 年級）科學(xué)課程標準中，地球與宇宙科學(xué)領(lǐng)域有2 個主題：①地球在宇宙中的位置，包括星空、太陽系與星際航行、銀河系和宇宙3 部分內(nèi)容;②人類生存的地球，包括地球、地殼運動和地形變化、土壤、水體、天氣和氣候5 部分內(nèi)容。

在2017 版的小學(xué)（1—6 年級）科學(xué)課程標準中，地球與宇宙科學(xué)領(lǐng)域包括3 個主要概念：①在太陽系中，地球、月球和其他星球有規(guī)律地運動著;②地球上有大氣、水、生物、土壤和巖石，地球內(nèi)部有地殼、地幔和地核;③地球是人類生存的家園。

本次義務(wù)教育科學(xué)課程標準設(shè)置的學(xué)科核心概念，是所有學(xué)生在1—9 年級應(yīng)該掌握的核心學(xué)習內(nèi)容。秉持傳承與創(chuàng)新的原則，基于科學(xué)課程的性質(zhì)、理念和核心素養(yǎng)要求，地球與宇宙科學(xué)領(lǐng)域提出了“宇宙中的地球”“地球系統(tǒng)”和“人類活動與環(huán)境”3 個統(tǒng)領(lǐng)1—9 年級的核心概念（圖1）。3 個核心概念符合國際科學(xué)教育發(fā)展趨勢，語言表達更為精煉，也更好地銜接高中地理分科教學(xué)的要求。

領(lǐng)域?qū)W習內(nèi)容的重構(gòu)

以“宇宙中的地球”這一核心概念為例?；诂F(xiàn)行的小學(xué)和初中科學(xué)課程標準，在與國外科學(xué)課程同領(lǐng)域?qū)W習內(nèi)容進行比較研究的基礎(chǔ)上，“宇宙中的地球”從行星地球出發(fā)，逐漸擴展到地月系、太陽系、銀河系，再到整個宇宙。這樣的變化沒有改變1—9 年級的主要學(xué)習內(nèi)容，但邏輯線索更加清晰，由近及遠，由簡單到復(fù)雜，有序地呈現(xiàn)地球所處的不同層次的宇宙環(huán)境。

小學(xué)階段重點關(guān)注地球、月球和太陽系統(tǒng)，比如為什么地球繞地軸的自轉(zhuǎn)決定晝夜交替，地球圍繞太陽的公轉(zhuǎn)形成了四季更替。這些都是與學(xué)生日常生活最密切的與天體運動相關(guān)的自然現(xiàn)象。小學(xué)階段的學(xué)習為學(xué)生到初中階段認識整個更大尺度的宇宙空間奠定基礎(chǔ)（圖2）。

同時，為了更好地回應(yīng)當前我國建設(shè)航天強國的大背景，本次修訂結(jié)合科技發(fā)展前沿，新增了人類探索太空的學(xué)習內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注我國在天文觀測、深空探測等相關(guān)領(lǐng)域的最新進展，比如“了解人造衛(wèi)星和載人航天的歷史，知道太空環(huán)境對人體健康的影響，關(guān)注我國航天事業(yè)的進展（5—6 年級）”“了解人造衛(wèi)星的主要類型和應(yīng)用;了解開發(fā)太空資源和外層空間面臨的挑戰(zhàn)，關(guān)注我國空間站建設(shè)和深空探測事業(yè)的進展（7—9 年級）”等，旨在激發(fā)學(xué)生探索太空的好奇心，增強民族自信心和自豪感。

領(lǐng)域內(nèi)容要求的學(xué)習進階設(shè)計

培育核心素養(yǎng)的課程，不能依然保持以知識點為序列的內(nèi)容組織邏輯，而是要以大觀念、大任務(wù)或大主題重構(gòu)課程內(nèi)容;既要遵循學(xué)科邏輯，又要重視學(xué)習邏輯;圍繞素養(yǎng)培養(yǎng)， 綱舉目張，實現(xiàn)課程內(nèi)容“少而精”（王湛，2021）。

為了避免羅列海量知識，達成課程內(nèi)容“少而精”的依據(jù)是什么呢？本次地球與宇宙科學(xué)領(lǐng)域主要是基于學(xué)生的認知發(fā)展規(guī)律、學(xué)生已有的知識基礎(chǔ)、學(xué)生的生活經(jīng)驗，對接高中地理分科學(xué)習要求，以及上一版課程標準使用的調(diào)研反饋意見與國際科學(xué)課程比較的研究結(jié)果，精選內(nèi)容要求，合理安排學(xué)習進階;根據(jù)由淺入深、由表及里、由易到難的原則，規(guī)劃適合不同學(xué)段的螺旋上升的內(nèi)容要求（圖3）。

在對現(xiàn)行科學(xué)課程標準和教材的使用情況進行調(diào)研的過程中發(fā)現(xiàn)，地球與宇宙科學(xué)領(lǐng)域的“月相”是教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習的難點之一。下面以“月球是地球的衛(wèi)星”為例，說明內(nèi)容要求的學(xué)習進階設(shè)計（表1）。

比如，2017 版小學(xué)科學(xué)課程標準在1—2年級要求學(xué)生“描述月相的變化現(xiàn)象”，本次修訂將其改為“描述每天觀察到的月亮形狀是變化的”，強調(diào)學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，通過長期觀察，獲得關(guān)于月球亮面的形狀是變化的這一認識，并不直接出現(xiàn)“月相”二字。3—4 年級在修訂后強調(diào)月球是地球的天然衛(wèi)星，以區(qū)別于人造機器衛(wèi)星，這樣的文字表達更加準確;根據(jù)調(diào)研意見反饋，刪除了“描述月相變化的規(guī)律”。在5—6 年級，修訂后要求學(xué)生知道新月、上弦月、滿月、下弦月4 種典型的月相，并能說明月相的變化情況。本次修訂到7—9 年級才要求學(xué)生通過認識地球、月球和太陽之間的相對運動，形成對月相變化規(guī)律的認識，并且要求學(xué)生能夠通過三球儀模型解釋日食和月食的成因。

總之，2022 年版科學(xué)課程標準的修訂圍繞核心素養(yǎng)要求，精選學(xué)習的內(nèi)容要求，注重知識的結(jié)構(gòu)化，以解決真實情境下的復(fù)雜問題為導(dǎo)向，按照學(xué)習進階的思想設(shè)計多樣化的探究實踐活動，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習動機，助力學(xué)生形成可遷移的科學(xué)思維能力。

地球與宇宙科學(xué)領(lǐng)域落實核心素養(yǎng)的主要路徑

變革教學(xué)方式是落實核心素養(yǎng)最重要的路徑之一。以“宇宙中的地球為例”，突顯領(lǐng)域特色的教學(xué)方式主要包括以下3 種。

持續(xù)觀察 如引導(dǎo)學(xué)生直接用肉眼觀察或借助簡單儀器，觀察天體運行、晝夜更替、季節(jié)變化和星座等，注重觀察的長期性。同時，結(jié)合圖文和視頻等資料，采用口述、文字、圖表等方式分享交流觀察到的第一手信息。

模型建構(gòu) 如引導(dǎo)學(xué)生通過制作簡單的實物模型，把大尺度的天體運動具象化，理解地球的自轉(zhuǎn)與晝夜交替、公轉(zhuǎn)與季節(jié)更替、月相的周期性變化等與天體運行相關(guān)的自然現(xiàn)象，培養(yǎng)學(xué)生模型建構(gòu)的思想和運用模型解釋現(xiàn)象的能力。

多媒體資源整合 如利用紀錄片、短視頻、手機應(yīng)用程序等在線教學(xué)資源，以及社區(qū)的科技館和天文臺等戶外學(xué)習場所，建立動態(tài)的、開放的課程教學(xué)資源庫，拓展學(xué)生的視野，激發(fā)探究興趣，豐富學(xué)習體驗。

地球與宇宙科學(xué)領(lǐng)域跨學(xué)科概念的學(xué)習

跨學(xué)科概念是指模糊了不同學(xué)科或領(lǐng)域邊界，在多個學(xué)科或領(lǐng)域中普遍適用的，能反映其內(nèi)在統(tǒng)一性的相對穩(wěn)定的概念（李春艷，2016）。本次科學(xué)課程標準修訂提出了物質(zhì)與能量、結(jié)構(gòu)與功能、系統(tǒng)與模型、穩(wěn)定與變化4 個跨學(xué)科概念。強調(diào)跨學(xué)科概念的學(xué)習，一是因為其體現(xiàn)了各科學(xué)領(lǐng)域之間客觀存在的共通性，可以使學(xué)生更好地把握科學(xué)的整體連貫性;二是希望借此促進學(xué)生對不同領(lǐng)域知識的遷移和應(yīng)用（高云峰，2021）。

在地球與宇宙科學(xué)領(lǐng)域，教師有很多機會依托課程標準的內(nèi)容要求，幫助學(xué)生在掌握本領(lǐng)域核心概念的基礎(chǔ)上學(xué)習跨學(xué)科概念，以形成對自然現(xiàn)象更完整和更深入的理解。

以核心概念“地球系統(tǒng)”中的“水循環(huán)”內(nèi)容要求為例。水循環(huán)是地球表層系統(tǒng)中最重要的物質(zhì)循環(huán)之一，太陽輻射和地球重力作用是水循環(huán)的驅(qū)動力（圖4）。在太陽能的作用下，海洋表面的水受熱蒸發(fā)形成水汽。水汽隨大氣運動，一部分進入陸地上空，在一定條件下釋放熱量以雨雪等降水形式到達地面。然后轉(zhuǎn)化為地下水、土壤水和地表徑流，其中地下徑流和地表徑流最終又回到海洋。在蒸發(fā)的過程中，太陽能轉(zhuǎn)化為水的重力勢能;在形成降水的過程中，重力勢能轉(zhuǎn)變?yōu)橛晁昂恿鞯膭幽?。在能量轉(zhuǎn)化的同時，通過水循環(huán)，海洋不斷向陸地輸送淡水，補充和更新陸地上的河流、湖泊、冰山等水體，從而使水成為可再生資源。與此同時，水循環(huán)通過河流的侵蝕、搬運和堆積等作用，推動了地表物質(zhì)的遷移，塑造了豐富多彩的地表形態(tài)。

參考文獻

[1] 李春艷. 中學(xué)地理課程中的概念建構(gòu)與學(xué)習進階[J]. 課程·教材·教法，2016，36（04）：38-43.

[2] 義務(wù)教育科學(xué)課標修訂組. 義務(wù)教育科學(xué)課標（2022 年版）解讀[M]. 北京：高等教育出版社，2022..