建构 ● 解构 ● 重构——小学科学单元活动整体设计的思考

  摘要：本文针对目前科学探究活动设计中过于局限于教材、偏重于某一课时细小活动设计的不足，提出探究活动设计要有单元整体观，要以科学概念为内核，充分考虑教材和学生两个教学设计中最主要的变量，按“知识逻辑与认知逻辑相统一”的思路进行有效设计，并结合具体的单元提出了整体设计的操作策略。

关键词：科学   探究活动  整体设计   策略

从这几年的科学教育研究来看，更多的教师在关注“科学探究”的同时，兼顾到了“科学概念”的研究，但主要关注零星的个案，或者就一课一例的探究活动进行优劣或者多样化设计，很少从当前小学科学教材的体例出发进行单元活动整体设计的研究。本文试以小学科学单元整体设计为研究视角，探讨单元活动整体设计的基本思路和操作策略，解决教师在“用教材教”过程中所面临的“无处下手”、“难以下手”、“随便下手”等诸多问题，提高科学教学的实效。下面以小学科学“热能”主题下《温度与水的变化》、《热》单元为例，谈单元活动整体设计中的“建构”、“解构”和“重构”策略。

一、活动建构——从科学概念和活动构成出发建构单元活动

小学科学从以主题和事实为中心的课程设计发展到了目前以科学概念中心的课程设计，这是科学教育发展的必然。那么教材是如何围绕科学概念设计科学探究活动的呢？这是单元整体设计必须思考的第一个问题。

1、找准科学概念的定位

科学概念是有组织的、有不同覆盖程度的、用抽象语言表达的、超越主题和事实的一些观念和思想。教师拿到科学教材后，可以从科学概念和活动构成出发解读教材，要对单元的核心概念在教材体系中的位置、具体科学概念和与之相应的探究活动等诸要素逐一进行梳理，从总体上把握单元的教学目标取向、内容特点和活动系列，即读懂读通教材。

如“热能”主题是小学科学“物质科学”的内容之一，主要通过观察和研究身边的冷热现象，从“能量”的角度引导学生理解热能的一些表现形式。教科版教材中关于“热能“提出了以下不同层次的两组科学概念：

核心概念：热是一种能量形式。

具体概念：

●温度是表示物体冷热程度的，物体的温度可以用温度计进行测量。

●物体由冷变热或由热变冷的过程中会发生体积的变化，大多的固体、液体和气体都具有受热时体积膨胀，遇冷时体积缩小的性质。

●水在自然界有液态、固态、气态三种存在状态，水的状态变化与热量有关，水的三种状态之间可以互相转化，这使水在自然界中产生了循环运动。

●对一个物体来说，物体失去热量，温度下降；物体获得热量，温度上升。

●热能从一个地方传到另一个物体，热总是从高温物体传向低温物体，直到物体温度相等为止，不同物质传递热的本领是不同的。

2、明晰探究活动的内容

科学探究活动是科学概念教学的外显，是看得见的可操作的内容，是促进学生科学概念发展的有效载体。教材设计了哪些探究活动？这些活动对应于哪些科学概念？这是解读教材中必须把握的关键，我们可以通过画图的方式表达出探究活动的构成情况。

如“热能”概念的教学是从小学生研究热现象主要从“物体的冷热”开始的，冷热现象又是与“温度”紧密联系起来。因此，教科版小学科学教材以温度作为切入口，围绕“热能”这个主题，教材主要设计了两个单元：三下《温度与水的变化》和五下《热》。这两个单元中教材主要建构了以下科学探究活动：

其中三年级《温度与水的变化》单元主要涉及“温度”、“水的三态变化”、“水在自然界的循环”三个内容，从冷热现象引出温度测量意义和方法，并以水的三态变化为研究的重点，研究温度变化与物体状态变化的关系。五年级的《热》单元从给身体增加热量引入，研究热量变化与物体体积变化的关系，并对热传递现象进行研究，重点研究两个内容，一是物体的热胀冷缩现象，二是热传递现象。

二、活动解构——从知识逻辑和认知逻辑出发解构单元活动

在对教材有了初步感知和总体把握后，接下来就从“科学概念”和“探究活动”的逻辑关系出发展开“剖析”和“解构”，以理清隐匿于教材活动背后的逻辑关系，即活动结构的分析。目前版本“热能”主题下两个单元的设计，先研究物体受热或受冷后物体状态的变化，再研究物体受热或受冷后物体体积变化。这样的活动设计顺序是否符合知识逻辑和认知逻辑协调发展的关系，试作如下讨论：

1、从知识逻辑来看，教材设计了一个怎样的知识发生发展的过程？

知识逻辑指的是知识间的相互联系，前面知识应该是后面知识的铺垫，后面知识是前面知识的发展，两者形成紧密的结构，不可随意设置，前后颠倒。

从现行热能单元的设计思路看，三年级的探究思路是“测量水的温度→结冰和熔化的观察→蒸发和凝结的观察→水的三态变化”；五年级的探究思路是“给水加热→液体热胀冷缩观察→空气热胀冷缩观察→金属热胀冷缩观察→热传递。”科学概念发展指向：温度变化→物体状态变化→体积变化→热传递。因此，教材设计了先研究“三态变化”、再研究“热胀冷缩”的进程，这符合知识逻辑吗？事实上，温度变化使物体体积发生变化是渐变，而温度变化引起物体状态变化是突变。同理，对“物体状态变化”的解释是建立在渐变的基础上的，即微粒间相对的距离和热量有着密切的关系，当热量变化到一定的量的时候，就引起了质的变化。所以，从知识间的逻辑关系来看，应是研究“热胀冷缩”在前，研究“物体状态变化”在后。

2、从认知逻辑来看，学生经历了一个怎样的认知发展的过程？

认知逻辑就是认识事物的一般过程和基本规律，探究活动设计要要符合学生的年龄特点和认知水平，科学概念的发展应与学生的认知能力发展相适应，遵循由易到难、由具体到抽象、由简单到复杂、循序渐进的原则。如热能的两个单元，认识“水的状态变化与热量有关”在前，认识“温度变化引起水的体积变化”在后，这样的顺序是否符合学生的认知逻辑呢？以下是我们的实践体会：

教学中我们发现：三年级的学生认识水的三态是有难度的，难点在“水蒸气”，对“雾、霜、白汽、露、云”等归类学生容易混淆，对“冰和水蒸汽之间的变化”难以理解。对大部分学生来说，理解“温度变化引起体积变化”比“温度变化引起三态变化”要直观得多，“理解温度变化”比“理解热量变化”简单得多。因此，“水的状态变化与热量有关”概念建构在三年级是难以一步到位的，是阶段性的认识，还有待于发展。

五年级《热》单元前半部分是有关“热胀冷缩”的内容，它的难度显然比三年级的“水的三态变化”低得多，学生更易接受。后半部分涉及了热量和热传递的知识，在知道了热传递和温度之间的关系后，对热量变化的理解就容易多了。因此，三下《温度与水的变化》单元中提出的让学生理解“温度变化引起物体状态变化”，在这个单元中才可能发展到“热量变化引起物体状态变化”的层面上来。可五年级的《热》单元中没有引导学生用热量变化的观点再来解释“水的三态的变化”，没有跟进到这个层次，显然两个单元在科学概念的建构上并不严谨。

三、活动重构——从学生主体和概念发展出发重构单元活动

尊重学生的认知起点和主体水平，是对教材进行解构和重构的根本出发点。如何围绕科学概念重构形式活泼、难度适中、结构合理的探究活动？这是单元整体设计必须思考的第三个问题。

在活动重构中，我们应遵循的原则是：科学探究活动设计要符合儿童的年龄特点和认知特点，站在儿童的角度设计我们的教学活动，体现概念建构的阶段性和发展性特点。所谓阶段性，是指科学探究活动要符合儿童的年龄特征，在不同年级建构的科学概念层次不同，年级越低越要关注具体概念；所谓发展性，是指具体概念要围绕核心概念展开，由浅入深，形成梯度，逐步向核心概念方向发展。

为此，我们建议将五年级中“温度和水的体积变化”和“热胀冷缩”部分放到三年级中，不妨组成《物体的冷和热》单元，初步建立起温度引起物体体积的变化，体积的变化是由内部微粒变化引起的具体概念。把难度相对较高的“水的三态变化”放到五年级的《热》单元，把“热传递”和“水的三态变化”组合成新的《热》单元，让学生感悟温度变化在一定条件下还会引起物体状态的变化，这是由量变到质变的结果。这两个单元重整后，具体设计如下所示：

1、三年级《物体的冷与热》活动设计

从上面示意图可知，三年级的重点是“温度变化引起物体的体积变化”。单元设计时，由冷热现象导入，引出用温度表示物体冷热的意义和测量方法，再具体观察水在温度变化后引起的变化，重点落在体积变化上来，即水的热胀冷缩，在此基础上研究“液体、固体、气体”的热胀冷缩现象，用并用游戏的方式帮助理解热胀冷缩现象的原因。

2、五年级《热》单元活动设计：

从上面示意图可知，五年级的重点是“热量变化引起物体的三态变化”。单元设计时，由热源引入，先研究“热传递”，让学生体会“热是由温度高的地方向温度低的地方传递，”理解温度的变化实质是热量的传递，为研究“水的三态变化”作知识上的准备，这是单元的第一层次。接下来重点研究“水的三态变化”，重点落在对三态变化的解释上来，即引导学生“由温度变化引起水的三态变化”向“热量变化引起了水的三态变化”上来，这是科学概念的发展，让学生感悟量变引起质变的道理。单元的第三部分为拓展，主要介绍水在自然界的循环。

从以上设计可以看出：研究的视角由从小到大，由具体到宏观，逐步拓展，逼近核心概念，由认识“温度变化引起物体体积变化”向“热量变化引起物体状态变化”方向发展，由“温度变化认识冷热现象”不断向“热量变化解释冷热现象”方向提升，逐步认识到温度变化是热量转移的结果，使宏观的认识是建立在具体直观的认识的基础上。通过重组设计，使两个单元在科学概念上形成紧密结构，难易度分配更显合理，让学生在科学探究活动的不断推进中真正建构起“热是一种能量形式”的核心概念。

综上所述，我们认为探究活动结构化设计时要处理好以下三个关系：

●要把握教材目标和单元目标的关系。单元设计时关注“科学概念和科学探究”目标指向，向上追溯本主题单元在全册教材的位置，向下要了解目标的分解和单元间的结构。

●要把握单元目标和课时目标的关系。单元设计时关注单元导入课、展开课、小结课的不同目标定位，各课之间互相呼应，形成结构化效益。

●要把握活动和活动间的结构关系。单元设计时要体现 “知识逻辑”和“认知逻辑”的协调发展，由浅入深，体现活动的结构化效益。

参考资料

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