大概念背景下小学科学实验教学设计与评价

马 南，张珊珊，焦广萍，玄翰雪

学科大概念是指围绕学科核心内容和教学任务，体现学科本质，能够将学科重要思想与相关内容联系起来的关键而特殊的概念。《小学科学课程标准》在四大领域选取了18 个概念构成了大概念，其中在物质科学领域选取了6 个主要概念，在生命科学领域选取了6 个主要概念，在地球与宇宙科学领域选取了3 个主要概念，在技术与工程领域选取了3 个主要概念。这些概念呈螺旋上升式分布在小学阶段的低、中、高三个阶段的学习过程中，《科学》二年级下册“磁铁”单元即围绕物质科学领域的“物质具有一定的特征”“磁力对某些物体有影响”等，又有技术与工程领域的“运用科学设计进行解决实际问题”，帮助学生形成一定的科学观念。而科学是一门探究性的课程，观念的形成也是学生进行科学思维和科学探究的过程，所以也能实现学生核心素养其他方面的同步发展。

大概念背景下的小学科学实验教学设计围绕大概念来建构单元实验内容中概念、规律的联系，使整个单元的实验教学具有整体性。通过围绕大概念背景来设计互相之间有联系的实验教学活动，能够培养学生思维的关联性和发展性。围绕大概念的单元实验设计更有助于体现核心素养培养的全面性与综合性。［1］所以，围绕大概念分单元实施实验教学设计，是落实学科核心素养的一个重要方法。基于以上，如何设计实验教学在教育教学中十分重要。本文以教科版小学二年级《科学》下册“磁铁”单元为例，详细阐述如何围绕大概念开展实验课堂教学活动设计。

一、小学科学实验教学的重要性

在小学科学教学中，教师要关注实验教学。小学科学实验有鲜明的特征，往往既生动又有趣，小学生对动手操作或在课堂上亲身参与实验十分感兴趣，这种好奇心会激发学习科学知识的热情、主动性和创造性，实验的重复性还会锻炼学生的意志，做实验的失败感也会引起学生探究科学问题的意识。［2］

（一）小学科学实验具有探究性、重复性、趣味性、实践性

学生发展已经具备了一定的生活常识，当遇到自己感兴趣、喜欢研究的问题时，他们会对照自己原本已经知道的概念，提出假设，再通过分析各种工具进行自主探究性的实验。多次重复做实验，能够让学生反复观察实验现象，思考其中的原理。另外，由于假设都是学生根据自己感兴趣的问题提出来的，他们会有非常浓厚的兴趣想要去探索，这样更有利于学生在实验中发现证据。从实验的现象和获得的证据出发，有助于学生构成科学概念。小学科学实验能力是一种综合能力，实验中提出假想和设计整个实验方案，可以锻炼学生的思索能力；钻研实验原因、剖析实验结果的过程能培养他们的逻辑思维能力和分析能力；实际的实验操作过程还能锻炼学生的动手能力；实验的汇报环节不仅培养学生的语言表达能力，还能培养他们小组协作的精神。这些都是非实验课程无法实现的。

（二）小学科学实验能够培养学生的科学素养

小学科学课程的总目标是培养学生的科学素养，让学生发展成为爱学习，会学习，终身学习的公民。而学生思维的发展和综合能力的提升对学生的发展尤为重要。学生观察实验现象，在头脑中形成初始印象，经过多方信息反馈，思维能够得到修正加工，从而形成概念、结论，同时也培养了学生认真观察、记录，并对记录进行比较分析、综合总结等思维能力。现代社会各行业领域的工作需要有认真的科学态度、严谨的科学作风、不怕困难勇于探索的科技人才，而小学阶段的科学实验可以培养学生具备这种优良品质。科学实验要求实验数据的准确性，要求实验者尊重客观事实，不能对实验数据造假。为避免实验的偶然性存在，实验要重复三次以上。实验前也要严格遵守实验操作规程的习惯，并有科学的实事求是的态度。可在做实验的过程中，实验并不会一次就成功，学生需要反复试验，不怕失败。学生在这一过程中体验了实验过程的艰辛，培养了毅力，并在最终实验成功时感受到和同学们分享成功的喜悦。

二、整合实验教学内容

要想进行一整个单元的实验教学设计，首先就要分析该单元的教学目标及教学内容。在选择教学单元的时候，需要在大概念背景下进行规划、组织单元内容。基于大概念理念的实验教学可以帮助学生对世界有一个完整的理解和认知，并理解核心概念，使学生内心对待科学有认真的态度，了解科学所具备的精神，掌握科学方法。［3］所以，教师要以大概念的发展为主要依据，把握学科知识，对不同课节的内容进行梳理。在教学一个单元的内容之前，教师应该根据课程标准和教材内容，确定先行组织者即大概念，然后将学习单元中零散、没有联系且易混淆的概念体系整合起来，完善学生的认知结构，通过实验中的亲身体验让学生学会探究、学会思维、学会创造，为课程内容的学习提供支撑，帮助学生了解实验中会出现更复杂、更难解决的问题，要勇于探索，这样学生才会获得逐步的提升。

“磁铁”单元，以“磁铁与周围物体相互作用”为主线，循序渐进地安排了一系列实验活动，包括身边哪些物体会受到磁铁的影响、磁铁如何与铁质物体相互作用、磁铁如何与磁铁相互作用等，让学生学习磁铁的特性，了解磁铁的应用领域。对于二年级学生来说，学习这一单元，关键在于能够亲身体验实验活动。学生在趣味化的实验中构建磁铁相关的主要概念，获得丰富的感性认识，才能为在高年级的学习中了解物质的基本特征和性质以及物体不同的运动形式、力的作用、能量等知识总目标奠定基础。

三、明确学习目标

“磁铁”单元的学习目标源自一至二年级有关的课程标准的下列学习元素［4］：

5.1有的力能直接观察到施加在物体上，有的力通过我们看不见的物质施加在不同物体上。

6.5磁铁具有磁性，可以作用于某些物体。

6.5.2 任何磁铁都有两个不同的磁极，同名磁极相斥，异名磁极相吸。

17.2技术包含人们使用和改造大自然的方法。

8.3工程设计需要考虑到现有条件和限制，并不断改进和完善。

教学中建构大概念研究背景是一个学生循序发展渐进的过程，很复杂，不是简单告知就可以解决的。在教学中教师要经常钻研教材，钻研新课标，单元学习目标必须具备整体性与可拆解性，将大概念适当地进行分解，找到每一章节之间的联系，通过一个个科学实验把零散的知识串珠成链，同时实践到每个知识点的教学中，完成每一节课的教学目标。分析与明确了教学目标之后，需要设计对应的教学活动与准备相应的实验器材，这直接指向了学科核心素养的培养与落实。［5］

四、设计实验教学活动与流程

（一）实验教学的设计目的

课堂教学活动的设计应让学生经历更多的科学实验过程，通过自己最真切的感受，发现并提出问题，明确探究目的与方向，从而开展深入的研究获得深层理解，最终头脑中形成科学核心概念，同时也可以培养学生的探究能力。而教师在实验活动中要做到大处着手、小处着眼，从知识点上梳理大概念下的知识点，帮助学生透过现象看到客观存在的事实，做出科学的决策。［6］

（二）具体单元的活动与流程设计

二年级下册“磁铁”单元第一节课的内容是“磁铁能吸引什么”，在这节课上学生们通过探索和总结被磁铁吸引的物体有哪些，并概括出能被磁铁吸引的物体所具有的共同特点，来了解磁铁的磁性，并通过实验了解到磁铁可以吸引铁一类的物体。在这节课的实验活动中，教师提供各种材质的物体，有易拉罐、水杯、石头、木片等，材料的选取及顺序往往会决定学生探究的方向。在实验过程中，有效的体验、有效的支持可以保证学生实验活动的有效实施。由于单元内课与课之间是紧密联系在一起的，属于连续的思考过程，学生对已有的碎片化的事实或经验开始出现深层次的思考。通过对本节课和本单元具体学习情况的思考和探究，学生逐渐明白磁力的含义是指磁铁与铁、磁铁与磁铁之间的力，也能认识到磁力可以穿透某些物体。这个概念将引导学生对“磁场”产生初步认识，引出“能量”的科学概念。［7］“磁铁怎样吸引物体”教学活动流程设计如下。

1.教学目标

（1）推力和拉力是常见的力。

（2）磁铁相隔一定距离或一些物体仍然会产生吸引作用。

2.教学内容

（1）为达成课标中“5.1 知道推力和拉力是常见的力”这一理论学习目标，实验中会利用小车，先了解直接接触物体产生的力，比如推力、拉力，再认识不直接接触物体产生的力。这里的认知过程的顺序能够帮助学生对概念进行构建。

（2）如果不直接接触小车想让它动起来，学生会想到用之前学过的知识，利用磁铁去吸，从而引出看不见摸不着却又真实存在的磁力。学生将在本课学习当中，慢慢体会到它的含义是指磁铁和铁、磁铁和磁铁之间的作用力。

（3）教师根据实际情况提供多种物体让学生自主探究，要注意体现材料的“结构性”，做实验时可以将物体由薄到厚进行试验，也可以将物体按照气、液、固三态试验。学生通过实验并与同学交流研讨得出磁铁和铁隔着一定距离和一些物体也能让小车动起来。

3.问题情境的创设

（1）学生根据平时自己的生活经验已经了解到推或拉能让小车前行与后退，但很少有学生会用实验手段研究小车运动与力的关系；或者直接接触小车并对其施加的作用力可以用“推力”和“拉力”等来描述。

（2）学生们发现在生活中磁铁可以吸引铁的物体，手推车可以在不接触手的情况下移动，那么磁铁可以隔着一段距离和一些物体把小车吸引过来吗？

4.教学活动设计（探究性活动）

基于情境引出以下探究性问题：

（1）怎样让小车动起来？实验材料：小车、棉线。

（2）你怎么在不碰它的情况下让一辆车行驶？实验材料：小车。

（3）当磁铁和小车之间有物体时，磁铁能使小车移动吗？实验材料：汽车、磁铁、布片、塑料尺子、贴片、纸张、玻璃、装水的塑料袋等。

【最后，教师小结，磁铁可以隔着一部分物体吸铁，可我们只测试了几种，如果换成其他的物体会怎样。磁铁产生的磁场我们肉眼看不见，但磁场可以穿透某些物体。如果把磁铁放在铁的中间会改变磁场的大小和方向，另外，如果磁铁和较厚的物体分开，磁性很弱，就很难吸铁。所以，磁场可以穿透的物体有一定的条件，非铁质物体、较薄的物体才可行。这最终指向磁场的认识。】

5.拓展实验

人们利用磁铁的这一特征制作带有磁铁的玩具，大家想来玩一玩吗？实验材料：纸蝴蝶、棉线、回形针、磁铁。

【教师要正确指导并鼓励学生参与其中，并提示要精准地控制好磁铁与回形针之间的距离，通过这个实验，让学生充分感受到磁铁隔着一定距离吸铁的磁力作用。】

五、落实学科核心素养，设计实验教学评价

（一）实验教学评价的原则

教师在落实教学评价时，需要做到多元化、多样性。除了有教师的测评、还要在课堂中让学生进行自我测评、同学或小组成员间相互测评，还可以加入家长对学生的测评。不仅最后要有总结性的测评，更需要有过程性的测评；不仅仅需要测评的数量，还要有测评的质量；也可以不局限纸质类的评价，还可以用探究学习活动、科学技术实验，甚至社会调查报告等多种教学方式方法进行分析测评。不同形式的测评互补，才能更丰富全面地评估学生的掌握水平和操作技能。［8］

（二）实验教学评价的内容

评价不仅包括基础知识和基本技能，还包括情感态度与价值观，教师要引导学生实现核心素养目标，注重学习过程与学习方法。因此，在评价学生探究活动时，教师要注重引导学生在多方面进行评价，让学生明白在活动中自己和同学在哪方面表现较好，哪些方面还有待于进一步努力，养成他们能够客观看待人和事的能力和态度。［9］

以小学二年“磁铁怎样吸引物体”一课为例，可以用教师测评，体现在学生进行探究活动时教师对学生进行过程性评价。比如，学生进行“如果我们不触碰到小车，用什么样的方法能让小车动起来？动起来的原因是什么”“磁铁与小车直接有物体相隔，磁铁能否让小车动起来”这两个探究活动时，教师应考虑学生对于活动的思考过程是否合理，学生为了让小车动起来都采取了哪些方法，这些方法是否合理。教师还要观察学生的实验操作是否准确，比如用磁铁吸引小车时磁铁是否保持平行于小车的状态以达到更好的效果。教师还要检查学生的实验记录是否规范，比如学生是否进行了预测和三次实验，是否每次都把实验结果记录到实验记录单的相应位置。进行评价时，教师应给学生充分的展示机会，比如教师可以让学生将学生活动手册上的记录结果在投影仪上进行展示，并在讲台上汇报结果，其他同学进行评价。教师要注意观察学生在学习过程中可能存在哪些问题，及时反馈给学生，并在学习过程中进行一定的调整。

（三）实验教学评价的方式

1.过程性评价

学生探究活动结束后，教师组织学生对实验结果进行汇报是非常有必要的，不仅可以锻炼学生的语言表达能力，也能够为学生的自评和互评提供土壤。学生的自我评价和小组内互评活动很重要，可以丰富学生本堂课取得的成果，弥补实际效果与教学预定目标的差距，发现错误的认知或过程的不再仅限于是教师，还有学生本人。学生实验结束后对实验结果进行总结和汇报以及聆听他人汇报的过程可以让学生认识到自己与学习目标的差距，学习其他同学更为合理有效的想法、做法以及学习方法等，知道哪些地方值得自己学习借鉴。而教师在这个过程中也起着重要的引导作用。在学生汇报完成后，教师可以询问其他学生是否有相同的观点和结果，汇报内容是否有值得学习的地方，是否有需要改进的地方。学生互评完成后，汇报的同学可以进行自评，说出自己通过实验发现了什么现象，教师由此判断学生是否达成学习目标，并找出自己可以改进的地方。［10］比如本课的科学知识技能目标要求学生了解到磁铁可以隔着距离和某些物体对铁产生吸引作用，磁铁可以对小车产生拉力。如果学生能够通过探究活动说出这样的结论就说明学生达成了相应的学习目标。通过探究活动和学生互评与自评，学生能够理解好的实验过程和标准的实验结果应该是什么样的。通过研讨，学生也完成了科学探究目标中的“能简单讲述探究过程，并与同学交流探讨。初步形成对实验过程进行探究、评价，并对不足之处进行改进的意识”。

2.终结性评价

当整个一单元的教学过程结束后，教师可以对学生进行终结性评价，考查学生对于本单元科学知识点的理解程度和对科学实验的探究能力。教师要考虑考察方法的多样性，可以是笔试回答问题，可以是完成一幅串联科学概念的思维导图，可以是学生分组进行学习总结汇报，也可以是教师对学生这个学期过程性评价的整合与总结。

以“磁铁”单元为例，对于实验的终结性评价可以通过试卷来考查。由于二年级学生已经有了一定的识字基础，但还是相对薄弱，所以问题应当简单精练，并且要结合实际生活，这样才有利于学生理解。如例题：

［单选题］5.下列材料中能够吸引铁的是（）

A.塑料B.磁铁C.铝盒D.木片

终结性评价的形式可以是组织学生完成一张思维导图，这将帮助学生对这个单元所学习到的科学概念进行梳理，如磁铁的性质：1 磁铁的种类有（条形磁铁）、（蹄形磁铁）和（环形磁铁）；2 磁铁能吸引的物体有（铁钴镍）；3 磁铁能（隔着物体）来吸引铁。由于学生刚接触思维导图，教师可以先做出思维导图的框架，再让学生填充括号内容，等学生熟悉后逐渐实现独立完成思维导图。［11］

终结性评价的形式也可以是让学生分组完成一项与磁铁有关的拓展活动，并分组进行汇报，既可以培养学生语言表达能力，又可以考验小组内合作能力，还能够考查学生对知识的理解和应用。如：让学生根据教师提供的资料探究银行卡，硬盘和磁悬浮列车的工作原理，将信息整合后再由每组的汇报员进行汇报。此活动可结合学生互评和学生自评来凸显课堂上学生的主体地位。

终结性评价的形式还可以是教师对学生某一单元学习的过程性评估的总结，连续性的记录可以直观地体现出学生的成长状况。这就需要教师在平时的探究活动中细心观察，认真记录，收集足够的数据，才能做出有效的评价。这样的评价可以让学生在学习中看到自己的提升，增强学习科学的信心，也能让还有所欠缺的学生明确自己的努力方向。而教师给出的评价内容也应该是全面的，多元的。由于科学教师授课班级较多，评价对象可以以组为单位，从而减小教师的业务压力，推进评价的实施进程。

大概念背景下小学科学实验教学设计是落实科学学科核心素养的重要方式.在教学实践中，教师应该重视实验教学设计，围绕大概念建构、整合教学内容与组织教学，从而实现学科育人目标。