指向科學(xué)大概念的5E教學(xué)設(shè)計

摘" 要" 隨著我國新課程改革的推進，大概念教學(xué)模式已成為我國教育領(lǐng)域的熱點問題。《義務(wù)教育科學(xué)課程標準（2022年版）》提倡遵循“少而精”的教學(xué)原則，將教學(xué)聚焦于科學(xué)核心概念。以新課標為基礎(chǔ)，結(jié)合大概念教學(xué)與5E教學(xué)模式特點，探討并構(gòu)建能夠促進義務(wù)教育科學(xué)課程更符合新課標要求的教學(xué)模式，以增強學(xué)生對科學(xué)概念的理解，實現(xiàn)學(xué)生科學(xué)核心素養(yǎng)的形成。通過設(shè)計具體的教學(xué)方案展開教學(xué)實踐，用教學(xué)數(shù)據(jù)論證大概念教學(xué)與5E教學(xué)融合對學(xué)生科學(xué)學(xué)習(xí)的有效性。

關(guān)鍵詞" 大概念教學(xué)；5E教學(xué)模式；新課標；核心素養(yǎng)；教學(xué)設(shè)計

中圖分類號：G632.4" " 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2024）23-0-05

0" 引言

科學(xué)是一門需要學(xué)生自主構(gòu)建概念的探索性課程，但目前的科學(xué)教學(xué)仍依賴知識傳授。零散、碎片化的科學(xué)知識在學(xué)生腦海中的堆砌，不利于學(xué)生學(xué)習(xí)自主性的培養(yǎng)和科學(xué)思維的發(fā)展，科學(xué)課堂亟須尋求新的教學(xué)方法和理念?？茖W(xué)教育的最終目標是促進學(xué)生對科學(xué)本質(zhì)的理解，促使學(xué)生自主建構(gòu)科學(xué)概念[1]，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)核心素養(yǎng)。為了落實該目標，《義務(wù)教育科學(xué)課程標準（2022年版）》（以下簡稱新課標）提出聚焦核心概念，在學(xué)習(xí)學(xué)科核心概念的基礎(chǔ)上，理解跨學(xué)科概念[2]。大概念的精要之處就是要體現(xiàn)科學(xué)學(xué)科的基本內(nèi)容，反映科學(xué)本質(zhì)，但科學(xué)大概念的落實離不開具體的教學(xué)實踐[3]。因此，在新課標指導(dǎo)下，結(jié)合科學(xué)教學(xué)的特點，本研究以初一“觀察生物”單元為例，探討基于科學(xué)核心大概念的更符合新課標要求的科學(xué)教學(xué)路徑和方案，以促進學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展。

1" 適應(yīng)新課標的科學(xué)教學(xué)相關(guān)理論分析

2022年3月教育部頒布的《義務(wù)教育科學(xué)課程標準（2022年版）》提出要立足學(xué)生的核心素養(yǎng)，將科學(xué)課程的目標分為科學(xué)觀念、科學(xué)思維、探究實踐和態(tài)度責(zé)任四個方面。同時，新課標注重科學(xué)概念間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)[4]。為了改變現(xiàn)階段科學(xué)教育存在的問題，提高學(xué)生對科學(xué)學(xué)習(xí)的積極性，可以在教學(xué)中引入5E教學(xué)模式和大概念教學(xué)，以構(gòu)建更符合新課標的科學(xué)教學(xué)路徑。下面是對科學(xué)教學(xué)路徑相關(guān)理論的解讀：

根據(jù)科學(xué)知識結(jié)構(gòu)特點，提煉5E教學(xué)模式思想對教學(xué)流程進行設(shè)計。5E教學(xué)模式是1989年美國科學(xué)課程研究的領(lǐng)軍者拜比（R.Bybee）在建構(gòu)主義理論基礎(chǔ)上提出的一種科學(xué)教育的教學(xué)模式[5-6]，共分為引入、探究、解釋、遷移、評價五個學(xué)習(xí)階段[7]。5E教學(xué)模式的核心旨在關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性，打破以教師講授為主的傳統(tǒng)教學(xué)模式的禁錮，以學(xué)生為中心，讓學(xué)生深入理解遷移知識，成為知識的探索者。

新課標提出要用科學(xué)大概念引領(lǐng)科學(xué)教學(xué)內(nèi)容，提倡進行大概念教學(xué)。2017年，教育部在頒布的《普通高中課程方案（2017年版）》中首次提出大概念教學(xué)。2022年4月頒布的新課標中，強調(diào)聚焦概念教學(xué)，用科學(xué)大概念統(tǒng)領(lǐng)科學(xué)教學(xué)內(nèi)容。由此可見，科學(xué)大概念在科學(xué)學(xué)習(xí)中起著關(guān)鍵作用并服務(wù)學(xué)生的核心素養(yǎng)發(fā)展。

2" 科學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀分析

現(xiàn)階段，大多數(shù)科學(xué)教師偏重于概念講授，在教學(xué)過程中重概念記憶而輕概念理解。就學(xué)生的科學(xué)學(xué)科成績和科學(xué)技能發(fā)展來看，該教學(xué)模式不利于學(xué)生認識科學(xué)的本質(zhì)，形成完整的科學(xué)知識網(wǎng)絡(luò)，阻礙學(xué)生解決實際問題能力的發(fā)展。

2.1" 教學(xué)內(nèi)容分析

浙教版七年級上冊《科學(xué)》教材“觀察生物”單元以“生命系統(tǒng)的構(gòu)成層次”這一核心概念統(tǒng)領(lǐng)教學(xué)內(nèi)容，單元教學(xué)按照細胞水平→生物個體水平→生物多樣性的順序?qū)訉舆f進，旨在對學(xué)生的前科學(xué)概念進行知識重構(gòu)，并使學(xué)生從細胞、組織、器官、系統(tǒng)、個體、群體等方面建立完整的物質(zhì)系統(tǒng)層次理念網(wǎng)絡(luò)。

2.2" 學(xué)情分析

學(xué)生在小學(xué)階段已經(jīng)接觸過許多生物，對生物的特點及生活習(xí)性有一定的了解，但是對生物的相關(guān)知識沒有經(jīng)過系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，不能建立完整的“物質(zhì)系統(tǒng)的層次”體系。本章節(jié)內(nèi)容從微觀層面深入研究，促進學(xué)生建立生物體、系統(tǒng)、器官、組織、細胞之間的關(guān)系理念，完善知識結(jié)構(gòu)。

3" 基于科學(xué)大概念的5E教學(xué)單元整體教學(xué)設(shè)計

為了解決初中科學(xué)大概念教學(xué)實踐中存在的問題，有針對性地提出相應(yīng)的對策，實現(xiàn)學(xué)生科學(xué)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，在新課標指導(dǎo)下，進行科學(xué)學(xué)科大概念統(tǒng)攝下的教學(xué)設(shè)計，以實現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)進階。

3.1" 教學(xué)流程設(shè)計

威金斯、卡拉·馬歇爾、南希·弗雷等學(xué)者通過對大概念教學(xué)的探索研究，最終將該教學(xué)過程簡化為準備、建構(gòu)、應(yīng)用、反思四個階段[8]。大概念教學(xué)的四個階段與5E教學(xué)模式的五個環(huán)節(jié)相互對應(yīng)、目標一致，因此可以將二者融合進行科學(xué)教學(xué)活動過程的設(shè)計。大概念教學(xué)與5E教學(xué)相融合教學(xué)流程圖見圖1。

3.2" 以大概念為統(tǒng)攝的單元教學(xué)目標與課時拆解

教科版七年級上冊《科學(xué)》教材第二單元“觀察生物”主要分為6小節(jié)共17課時的內(nèi)容，根據(jù)2022年新課標的教學(xué)要求，將本單元的教學(xué)目標按照科學(xué)核心素養(yǎng)即科學(xué)觀念、科學(xué)思維、探究實踐、態(tài)度責(zé)任四個方面進行劃分，基于“生命系統(tǒng)的構(gòu)成層次”這一科學(xué)大概念分別設(shè)計單元教學(xué)目標和分課時教學(xué)目標。本單元以生物的微觀層次為線索，分別從細胞水平、生物個體水平、生物多樣性等方面實現(xiàn)科學(xué)概念結(jié)構(gòu)化。第一節(jié)“生物與非生物”從學(xué)生的生活經(jīng)驗出發(fā)，展現(xiàn)生物的基本特征；第二節(jié)“細胞”通過對細胞學(xué)說、細胞結(jié)構(gòu)等內(nèi)容的講解，為后續(xù)學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)；第三節(jié)“生物體的層次結(jié)構(gòu)”涵蓋了細胞的分裂、生長與分化，動植物的組織、器官和系統(tǒng)等內(nèi)容，逐步建立結(jié)構(gòu)和層次的理念；第四節(jié)“常見的動物”和第五節(jié)“常見的植物”根據(jù)不同的分類標準對動植物進行分類，幫助學(xué)生了解不同類別生物的主要特征及生活習(xí)性；第六節(jié)“生物多樣性”對前幾節(jié)內(nèi)容進行了拓展，促進單元整體科學(xué)概念的結(jié)構(gòu)化，同時激發(fā)學(xué)生保護生物多樣性的責(zé)任感。

3.3" 挖掘“觀察生物”單元大概念

大概念是整個單元教學(xué)的核心，教學(xué)流程的展開都是圍繞它而展開的[9]。因此，在進行教學(xué)設(shè)計之前，要提煉教材中的大概念，為教學(xué)活動的開展奠定統(tǒng)領(lǐng)目標。大概念是具體知識背后的核心內(nèi)容，必須基于單元課程內(nèi)容，在新課標的指導(dǎo)下，指向?qū)W生科學(xué)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。依據(jù)新課標，從“觀察生物”的單元課程內(nèi)容來看，其指向的學(xué)科核心大概念為“生命系統(tǒng)的構(gòu)成層次”。再從這個核心大概念出發(fā)，依次劃分出次級大概念、基礎(chǔ)概念以及基本知識（學(xué)科事實與現(xiàn)象），形成單元概念圖。教學(xué)設(shè)計時要挖掘單元整體思想，提煉教學(xué)單元大概念，用大概念梳理各個層級概念之間的內(nèi)在聯(lián)系，形成單元系統(tǒng)的概念結(jié)構(gòu)。同時，在教學(xué)過程中，教師要創(chuàng)設(shè)整體教學(xué)情境，引發(fā)學(xué)生興趣，讓學(xué)生產(chǎn)生認知沖突進而自主探究，層層遞進，促使學(xué)生對科學(xué)事實進行總結(jié)歸納，最終實現(xiàn)學(xué)生新知的建構(gòu)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。

4" 教學(xué)實踐效果分析

通過測驗的方式對使用本案例進行教學(xué)實踐后的效果進行分析。

4.1" 實驗對象選擇與實驗?zāi)康?/p>

實驗對象選擇浙江省杭州市某初中七年級的703班和704班（兩個班各有37名學(xué)生），兩個班均屬于平行班并且由同一個科學(xué)教師進行授課，將703班作為對照組，704班作為實驗組。本研究通過對比基于科學(xué)大概念的科學(xué)課程5E教學(xué)設(shè)計與傳統(tǒng)科學(xué)教學(xué)兩種教學(xué)方式的教學(xué)效果、學(xué)生新概念的掌握情況、第一次月考成績及單元考試成績情況，尋找更符合新課標的科學(xué)教學(xué)路徑和方案。

4.2" 統(tǒng)計分析方法

運用SPSS 25.0對學(xué)生的第一次月考成績（前測）和七年級上冊“觀察生物”單元測試成績（后測）進行t檢驗分析，主要用到以下兩種方法。

1）對703班和704班的前測成績、703班和704班的后測成績分別進行雙側(cè)檢驗，對比兩個班的兩次成績是否有顯著差異；

2）對比704班的前后測成績，分析其后測成績是否顯著提高。

4.3" 實驗組對照組前測對比分析

對703班和704班的第一次月考成績做獨立樣本t檢驗，其結(jié)果如表1所示，由樣本計算的兩個班級之間的方差差異F值等于0.084，顯著性概率P為0.773（＞0.05，呈方差齊性），而t檢驗中兩個班級學(xué)生總成績顯著性（雙尾）是0.729，大于0.05，說明兩個班級的前測成績沒有顯著性差異。

4.4" 實驗組對照組后測對比分析

同樣對兩個班級學(xué)生的后測成績做獨立樣本t檢驗，其結(jié)果如表2所示。

根據(jù)數(shù)據(jù)分析，t檢驗中兩個班級學(xué)生總成績顯著性（雙尾）小于0.05，可以推斷兩個班級的均值有顯著性差異，即703班與704班的后測成績有顯著的差異，說明指向科學(xué)大概念的科學(xué)課程5E教學(xué)方式對學(xué)生的學(xué)習(xí)效果產(chǎn)生了明顯的影響。

4.5" 實驗組學(xué)生前后測成績單樣本檢驗

為了驗證不同的學(xué)習(xí)方式是否會對實驗組的前后測成績產(chǎn)生影響，本研究又對實驗組的兩次成績進行了單樣本檢測。如圖2所示，實驗組的兩次成績均服從正態(tài)分布。

在單樣本檢驗中，將前測和后測兩次成績作為變量，其結(jié)果見表3。

根據(jù)實驗組前后兩次考試成績可以分析出，實驗班后測所表現(xiàn)出的對科學(xué)概念的掌握能力強于實驗之前，且有顯著性差異，因此，本文研究的基于5E教學(xué)模式的科學(xué)大概念教學(xué)設(shè)計是可行的。

5" 總結(jié)與建議

對實踐教學(xué)效果進行量化分析的數(shù)據(jù)表明，指向科學(xué)大概念的科學(xué)課程5E教學(xué)方式對學(xué)生的學(xué)習(xí)效果產(chǎn)生了較顯著的影響，在提高學(xué)生的概念理解能力方面比傳統(tǒng)的教學(xué)方法更有效。其中，大概念教學(xué)將零散的知識、科學(xué)事實與基礎(chǔ)概念等聯(lián)系起來，形成一個系統(tǒng)的概念圖，使科學(xué)知識更加結(jié)構(gòu)化，實現(xiàn)知識之間的深度聯(lián)結(jié)和拓展。而在核心大概念目標的指引下，5E教學(xué)模式通過引入、探究、解釋、遷移、評價的教學(xué)環(huán)節(jié)，對學(xué)生概念變化的過程起著重要作用，促進了概念的理解。在真實情境中以任務(wù)的形式引導(dǎo)學(xué)生認知發(fā)展，激發(fā)了學(xué)生的好奇心，讓學(xué)生修正了在之前學(xué)習(xí)、生活中形成的錯誤“前科學(xué)概念”，從而建構(gòu)起新的科學(xué)概念體系。將大概念教學(xué)與5E教學(xué)模式相結(jié)合，可以有效培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)觀念、科學(xué)思維、探究實踐、態(tài)度責(zé)任等方面的科學(xué)核心素養(yǎng)，促進新課標指導(dǎo)下科學(xué)教學(xué)目標的落實。

為了充分體現(xiàn)該教學(xué)設(shè)計的優(yōu)勢，總結(jié)以下幾點教學(xué)經(jīng)驗。

5.1" 注重學(xué)生概念建構(gòu)，教學(xué)體現(xiàn)科學(xué)整體思維

在教學(xué)過程中，通過提煉教材中的大概念，層層遞進，讓學(xué)生將所學(xué)知識點聯(lián)結(jié)起來，為之后學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，促進完整科學(xué)概念體系的建立，從而形成整體的科學(xué)學(xué)習(xí)意識，實現(xiàn)科學(xué)思維發(fā)展。

5.2" 聚焦大概念，立足科學(xué)核心素養(yǎng)發(fā)展

新課標重視學(xué)科大概念，要求以學(xué)科大概念為核心，發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)。因此，教師在設(shè)計科學(xué)教學(xué)流程時科學(xué)概念的引出要切合實際，強調(diào)情境性學(xué)習(xí)，以學(xué)生為主體，讓學(xué)生在探究的過程中通過對具體事實的理解、歸納總結(jié)，自主構(gòu)建大概念。

5.3" 理論與實踐結(jié)合，強化科學(xué)學(xué)習(xí)

只有在充分理解的基礎(chǔ)上學(xué)生才能進行概念的構(gòu)建，而探究式實踐活動能幫助學(xué)生不斷修正認知，在利用新的概念解釋其他科學(xué)問題、科學(xué)事實的過程中，能夠促進學(xué)生把握科學(xué)本質(zhì)，樹立正確的科學(xué)觀。

6" 參考文獻

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