例说基于大概念的科学教学培训课件

基于形式——

四年级下册《认识几种常见的岩石》

活动一：进一步观察岩石还有哪些观察岩石的方法活动一：进一步观察岩石还有哪些观察岩石的方法活动二：怎样识别它们岩石阅读资料活动二：怎样识别它们比对资料，识别岩石活动三：岩石的特征与识别根据特征猜猜岩石惯常的教学流程了解观察岩石的一些方法。阅读岩石观察记录表，明确实验要求。观察岩石，记录结果。交流观察结果。比对岩石资料，识别岩石。根据岩石的主要特征，猜猜岩石的名称。惯常的教学目标（摘自《教学用书·四年级下册》）

知识概念：知道几种常见岩石的显著特征及用途；知道不同种类的岩石在结构和构造上有不同的特征；知道岩石的特征和它的成因有关。过程方法：学习几种观察岩石颜色、结构和构造的方法；根据岩石的特征对照有关资料来识别岩石。情感态度：激发研究岩石的兴趣。

惯常的学习过程分析如果以学生视角来分析他们的学习过程，那么，他们的活动通常是由教师或学习单指导下的按序操作，所要观察记录的内容往往源自教材、源自教师，而最终的知识指向是诸如花岗岩的特点等具体的事实性知识，知识的价值仅仅作用于本节课，也就是说，其他课中不再利用诸如花岗岩的特征之类的知识来进行学习。改进的教学流程观察记录岩石的五条特征，辨别哪条特征能将其从其他更多的岩石中区别出来。将岩石的主要特征汇总，利用资料表辨别岩石种类和名称。为何我们的观察不能将有些岩石辨别出来？【特征的获取】阅读资料表，了解科学家用哪些方法来获取进一步的岩石主要特征。利用新方法进一步获取岩石特征【颗粒、层理、化学反应】利用新特征和资料表，进一步辨别岩石。*根据岩石的特征猜猜岩石的名称。改进的学习过程分析如果再以学生视角来分析他们的学习过程，那么，他们的活动通常是由一个自己想要探究的任务（“这到底是一块什么岩石？”）来驱动的。探究活动是基于真正的实践——“获取特征→利用资料→辨别岩石→获取特征→利用资料→辨别岩石”。于是，学生们的观察过程具有了开放性、指向性，具有了内驱力。改进的教学目标知识概念：了解几种岩石的主要特征；特征有助于将一块岩石从其他岩石中区别出来；岩石新特征的出现帮助我们更好地区分岩石。过程方法：为识别岩石而使用不同的观察岩石的方法来获得岩石的特征；为识别岩石而将岩石的观察特征与岩石资料加以比对。情感态度：激发研究岩石的兴趣；体会证据在科学探究中的重要性。教学活动中的概念升华课时具体概念：（1）岩石具有不同的特征，这些特征能被观察到。（2）特征有助于将岩石从其他岩石中区别出来。（3）岩石的新特征的出现帮助我们认识岩石。教学活动中的概念升华学科核心概念：（1）物质具有不同的特征，这些特征能被观察到。（2）特征有助于将一种物质从其他物质中区别出来。（3）物质的新特征（新信息、新证据）的出现促使人类认识的提高。教学活动中的概念升华跨越学科界限的通用概念：（1）自然事物以不同形式存在，这些形式能被观察到。（2）事物或现象皆有与众不同的特征。（3）新证据的出现促进人类对世界的认识。

什么是大概念教学“概念”的概念概念：就是人们对客观世界的概括化的认识。本质：基于事实经验、知识概括、自我认知。范畴：人类长期实践而形成的较稳定的概念；学生实践中逐步形成的可发展的概念。特征：在新证据、新观念出现前保持稳定；在新证据、新观念出现时同化顺应；

同化拓宽概念外延，顺应改变概念内涵。什么是大概念教学具体概念反映自然界特定事件和事实的具体科学概念。比如：一片完整的叶具有共同构造，包括叶片和叶柄两部分；由于雨水的冲刷，土壤或土壤中的部分物质随着水流而流失，就是侵蚀;什么是大概念教学科学大概念在具体科学概念基础上形成的、对科学事实和科学探究更为宏观而概括性的认识和观念。包括两个层次:学科（物质科学、生命科学、地球与空间科学）内部通用的概念；跨学科（横贯科学各学科）的通用的概念。一是不同科学学科领域中的与下位的具体科学概念相联系的大概念——学科核心概念。当物质改变形式甚至变得仿佛看不见时，它的数量（重量）依然保持不变。降雨帮助塑造地形，并影响一个区域内的生物类型。水、冰、风、生物和重力会让岩石、土壤和沉积物碎裂成更细小的颗粒并被搬运到其他地方。物质科学领域声音能使物体振动，物体振动能产生声音食物中释放的能量最初来自太阳，植物利用阳光、空气、水通过化学过程制造养料生命科学领域生物生活在多样的环境中，环境的改变影响着那里的生物食物为动物提供了机体恢复、生长所需的原料，以及维持体温和运动所需的能量地球与空间科学领域风和水能改变地形地球绕着太阳转，月球绕着地球转，同时地球还绕着地轴自转。这些运动导致的自然现象包括昼夜交替、四季变化、阳光下的影子变化，以及日月星辰在不同时间里的位置不同工程与技术领域提问、做观察、收集信息可以帮助我们思考问题为了确定各种方案中哪个更能满足问题解决的标准和限制，需要对它们进行测试在工作与研究过程中并不会孤立地去审视和运用某个科学学科领域的核心概念，而且有时候一些核心概念之间的学科界限相对模糊。比如，在上述四个科学学科领域的核心概念中，均涉及到“能量的形式及其转化”。也就是说，某些情况下的核心概念或核心概念元素，会出现在几个不同的科学学科之中。类似于“能量”这样的核心概念元素将不同科学学科领域的核心概念组织起来，发展成跨越学科界限“通用概念”。二是与不同科学学科领域的核心概念相联系的更上位的跨学科概念——通用概念。自然界或人工领域中的因果关系通常能被识别，并用于解释各种变化。标准单位被用来测量与描述物理量，比如重量、时间、温度和体积。能量以各种不同方式存在，并能在物体之间转移。通用概念将通向更抽象的科学哲学领域。形式是指可观察到的客观事物的存在、组织和分类方式，以及它们所隐含的涉及到关系与影响的问题。比如，“自然界和人工领域的事物具有可观察的形式，这些形式可用于描述现象并作为证据”、“与时间有关的形式包括简单的变化速度和周期，这些形式能够预测事物的发展”。通向哲学领域：世界是客观存在的。因果关系是指事件的过程或结果与产生原因之间的关系及其解释。因果关系可以在特定环境中加以测试，并能预测与解释新环境中的事件。因此，以事件为中介来探究和解释因果关系成为科学探究的主要活动之一。比如，“设计简单的测试来收集证据以支持或反驳关于事件成因的想法”、“根据因果关系或相关关系进行分类，认识到相关关系不等于因果关系”。通向哲学领域：前因后果、报应论尺度、比例和数量是指事物存在或变化的规模大小，以及不同规模对事物的影响。就现象而言，关键是要认识到它在空间、时间、能量等不同测量属性上的关系，认识到它的规模变化会影响一个系统的结构和性能。比如，“用相对尺度（较大和较小、更热和更冷、更快和更慢）来描述对象”、“在极小到极大的范围内识别自然对象和可观察到的现象”。通向哲学领域：不同视角、不同尺度看到的世界是不同的。系统和系统模型是人们在研究各种事物和现象时经常要使用的基本概念。系统，是指人为想定的某个边界内的事物及其关系的整合。比如，“自然领域和人工领域的系统具有协同工作的各部分”、“一个系统是由一系列相关部分组成的整体，并能实现单个部分无法实现的功能”。系统模型，则是指通过物理隔离或外部条件控制来排除某个系统内外的一些无关因素而构建一个相对简化的模型。系统模型具有假设性和近似性，利用模型所做的探究可能是不准确或不可靠的，但它在预测系统的行为、诊断系统在功能上存在的问题或故障时是有价值的。通向哲学领域：事物并不是孤立存在的。能量和物质是所有科学与工程学科中的基本概念，通常与系统有关。跟踪能量和物质进出系统以及在系统内的流动，有助于理解系统以及它的局限性。比如，“物质是由微粒构成的，能量能以多种途径以及在物体之间进行转移”、“通过跟踪变化前后的物质流动和周期来认识物质守恒，并认识到物质的总质量不变”。对于工程技术而言，考虑系统内或进程内的能量和物质的输入、输出、流动或转化，同样重要。通向哲学领域：能量、物质不灭。结构和功能所有科学与工程学科中与系统以及因果关系有关的基本概念。物体或生物的形状及其亚结构决定了它的许多特性和功能。同样地，一个系统的运作也取决于某些关键部分的形状、相互关系以及相应材料的属性。“客观事物的结构的形状和稳定性与它们的功能有关”、“不同的材料具有不同的基本结构，这些基本构造有时能被观察到，并具有为功能服务的形状和部件”。结构与功能存在着因果关系。结构决定了功能，而功能的变化也促进了结构的改进。在工程技术中，后者往往更能促进学生创造性思维的发展。通向哲学领域：结构与功能相适应。稳定与变化稳定，是指系统在某些方面的条件保持不变。它意味着当某种细微的干扰消除后，系统将保持或恢复原先平衡的状态。稳定包括静态平衡、动态平衡，以及周期性的变化。稳定是变化的一种特殊形式，并受到观察尺度的制约。对于研究或构建某个自然系统或人工系统而言，影响系统的稳定性以及变化速度的因素是研究的关键所在。比如，“一些事物会发生变化而一些事物保持不变，事物变化可能很缓慢也可能很迅猛”、“某些系统看起来稳定，但是在更长的时间周期内它们最终会发生变化”。通向哲学领域：稳定是相对的，变化是绝对的。基于尺度、比例与数量——

五年级下册《证明地球在自转》

活动一：摆的特点观察摆在方向上的稳定性活动二：傅科摆阅读（观察）傅科摆资料活动二：傅科摆阅读其他证明地球自转的资料活动三：解释的去留对昼夜现象进行解释惯常的教学流程观察地球自转的事实，提出实验证明地球自转的可能性。通过改变单摆底座的方向来观察单摆摆动方向的特点。交流结果，得出“摆具有保持摆动方向不变的特点”结论。阅读“傅科摆”史实资料或观看“傅科摆”视频资料。交流傅科摆摆动过程中的显著现象。用“摆具有保持摆动方向不变的特点”来解释傅科摆偏转现象的成因。得出“傅科摆偏转现象是由于地球自转造成的”的结论。交流其他能够证明地球自转的证据。惯常的教学目标知识概念：知道摆具有保持摆动方向不变的特点；知道傅科摆是证明地球自转的有力证据。过程方法：通过摆的实验探究，了解摆的特点，并借此理解“傅科摆”的原理；通过“傅科摆”的史实资料来理解人类证明地球自转的过程。情感态度：懂得地球自转是需要实证的；认识到地球自转无法直接观察到，到能通过实验加以证实。惯常的学习过程分析如果以学生视角来分析他们的学习过程，那么，他们前半程的关于“摆的摆动方向稳定性”的探究活动通常是由教师或学习单引发的，因为学生们一开始并不会意识到地球自转与单摆摆动有丝毫关联。因此，他们通常是程序性地进行“操作—观察—记录”的活动，而无法理解活动的意义。在后半程的活动中，学生们利用“摆具有保持摆动方向不变的特点”来解释“傅科摆偏转现象是由于地球自转造成的”，似乎圆满地达成了知识目标，但实际上他们的证据并不充分、逻辑推理并不严密。因为根据傅科摆的偏转现象同样也可以得出“摆的摆动方向会发生缓慢地改变”的结论。因此，这种在教师引领下的推理过程无非是满足教学的需要，是一种假的推理。改进的教学流程对于现象的不同解释（源自前两课）皆有“证据”。傅科摆的两种解释：地球自转摆不转，地球不转摆在转。用单摆等向性不足以排除傅科摆的偏转。“如果摆架以极缓慢速度转动，能观察到摆的等向性吗”可见，思维难度。改进的教学流程从不同视角来观察火车行进等现象，并加以分析。通过交流，意识到“不同视角来观察同一个运动现象，会产生不同的观察结果”。观察并交流傅科摆的摆动特点。以地面视角分析傅科摆的偏转，并解释傅科摆偏转原因。尝试用傅科摆的摆动面为视角来分析地面的偏转，并解释傅科摆偏转的原因。傅科摆的模拟实验，通过改变单摆底座的方向来观察单摆在摆动方向上的特点，知道“摆具有保持摆动方向不变的特点”。改进的教学流程从单摆底座视角与摆动面视角分别来观察并交流结果（教学中，可以借助放置在不同位置上的玩具小兵人，以小兵人的视角来帮助学生观察与联想。当然，最好的方法是使用摄像头）。将傅科摆实验中的摆、地面及其观察结果与模拟实验中的摆、底盘及其观察结果建立联系。用“地球自转”来解释傅科摆偏转现象的成因，知道“傅科摆是证明地球自转的证据之一”。交流其他能够证明地球自转的实证案例。改进的学习过程分析如果再以学生视角来分析他们的学习过程，那么，他们的活动始终围绕着“不同视角来观察同一个运动现象，会产生不同的观察结果”这一学科核心概念不断前进的。借助火车前行的事实而得到的这个学科核心概念是容易被学生们接受的，然后在这一概念的支持下，来尝试解释傅科摆偏转现象的产生原因。再由单摆保持摆动方向不变的模拟实验来进一步检验他们的解释，最终知道“傅科摆偏转现象可以用地球自转来解释”。这种利用科学大概念和实证证据来支持解释的探究活动，远比先前的假推理更接近科学的本质。改进的教学目标知识概念：知道摆具有保持摆动方向不变的特点；知道傅科摆偏转现象可以用地球自转来解释；知道“不同视角来观察火车前行、傅科摆偏转、单摆摆动等运动现象，会产生不同的观察结果”；知道“对同一种运动现象或结果的解释，因不同的观察角度和已有认识而不同。改进的教学目标过程方法：通过从不同视角观察火车前行来获得“不同视角观察同一个运动现象会产生不同的观察结果”的概念；用上述概念以及单摆模拟实验来解释傅科摆偏转现象的成因。情感态度：激发研究地球运动及其现象的兴趣；体会证据对科学解释的影响。教学活动中的具体概念摆具有保持摆动方向不变的特点。傅科摆偏转现象可以用地球自转来解释。不同视角来观察火车前行、傅科摆偏转、单摆摆动等运动现象，会产生不同的观察结果。对同一种运动现象或结果的解释，因不同的观察角度和已有认识而不同。

学科核心概念当物体运动具有一定规律时，它未来的运动能被预测。不同的角度看物体的运动变化，会产生不同的观察结果。物体的某种变化过程或结果，可以有多种解释。对地球运动时所呈现的各种现象的解释，随着新证据的出现而不断修正。

跨学科通用概念同一个事件或事物以不同角度或尺度所观察到的结果往往不同。同一种现象或结果，往往有不同的解释，并受到观察角度或尺度、人类认识的影响。人类对世界的解释随着新证据的出现而不断修正。科学理论是对自然现象的解释，但并一定是真相。

基于结构与功能量——

四年级上册《食物在身体内的旅行》

惯常的教学流程活动一“吃下去的食物到哪里去了”，主要引导学生结合自己的经验来了解人体消化系统的主要器官及大致位置。活动二“人体的消化器官”，主要引导学生通过观察与实验来探究消化器官的结构与功能。惯常的教学流程交流食物在身体内的旅行过程。根据经验绘制人体消化系统的结构示意图。交流人体消化系统的结构示意图。阅读“人体消化系统结构图”。交流各个消化器官的特征与功能。通过模拟实验观察胃与食管的功能。了解人体的消化过程，修正人体消化系统结构图。惯常的目标设计知识概念：知道人体活动需要的能量来自于消化器官对食物中营养的吸收；知道人体的消化器官包括口腔、食管、胃、小肠和大肠，每个器官都有各自的功能，食物在人体内会按顺序进入这些消化器官，被消化吸收。惯常的目标设计过程方法：在已有经验基础上，绘制食物消化过程图，并能在不断认识的过程中，对自己画的食物消化过程图进行补充完善；查阅资料，了解有关食物在体内消化的过程，对照资料能够完善自己对人体消化器官的认识。情感态度：愿意在独立思考基础上，与他人分享结果，合作交流；正确对待研究中不完善的认识，善于在反复观察、研究中完善认识。惯常的学习过程分析如果以学生视角来分析他们的学习过程，那么，他们前半程的绘制和交流人体消化系统结构示意图，是基于日常生活情境与学生原始经验展开的，这有助于激发学生们的探究兴趣、整合原始认识。而在学习的后半程，无论是阅读“人体消化系统结构图”还是交流消化器官的特征与功能，均是基于人类已有的知识而不是学生们的探究经验。为了弥补学生探究经验的不足，教学中提供了两个模拟实验，然而这两个模拟实验与实际的人体器官在结构与功能上都相去甚远。因此，学习的后半程对学生的发展贡献不大。基于大概念教学的流程交流食物在身体内的旅行过程。根据经验绘制人体消化系统的结构示意图。交流人体消化系统的结构示意图。提供动物消化器官的实物，分组观察并记录消化器官的结构与特征（教师可提供鸡的食管、小肠，猪的胃、大肠。考虑到供应量的不足，可采用组际走动的活动方式）。根据消化器官的结构与特征，尝试分析不同器官及结构所具有的功能。基于大概念教学的流程交流动物消化器官的结构、特征及其相应功能。得出“动物（包括人类）的不同消化器官实现不同的消化或吸收功能”、“每个消化器官具有与功能相适应的不同结构”的概念。阅读“人体消化系统结构图”，了解人体的消化过程，知道“不同的消化器官具有不同的功能，它们有序地组成人体的消化系统，并协同工作”概念。修正人体消化系统结构图。基于大概念的学习过程分析如果再以学生视角来分析他们的学习过程，那么，他们的活动的前半程与惯常教学流程相似，但由于教学主旨的改变，绘制消化系统结构图可以改为集中式的板演。本课的变化主要集中在后半程，通过实物观察来了解消化器官的结构及其功能，这不仅为后续的“结构与功能”分析提供了直接经验，也摆脱了