“核心概念”指向的科学教学设计实践
张灿永
摘 要： 英国的温·哈伦认为学习科学课程时掌握了14个核心大概念就能读懂科学.义务教育阶段的科学教学应特别强调每位学龄儿童的科学学习基础，教师要重视整合教材，课前要精准提炼每节课的核心概念，在课堂设计上凸显学生的灵动探究，积极建构科学核心概念，课后参与拓展延伸，从而提升学生的核心素养，真正实现回归科学本源的教学.
关键词： 核心概念;学情;学为中心;课后拓展
《科学教育的原则和大概念》（温·哈伦编著，韦钰译）一书中提出了科学教育的14个大概念，它们包括物质、能量、遗传、细胞、力和运动等等，其核心要点是学生只要掌握了这些核心概念，就能读懂科学这门课程.当然，此观点是十分准确的.科学核心概念是位于课程中心的概念性知识，包含了重要概念、原理、规律等的基本理解和解释，是科学课程结构的主干部分.综观浙江省义务教育阶段自小学一年级至初中九年级共9年的学习时间，学生能否全面理解科学核心概念，完全依赖于每一章节每一节的核心概念的教学.也就是说，每一节课也有核心概念，下面以浙教版（2013年）八年级科学上册第一章第三节“水的浮力”为例，其中涉及的核心概念有浮力、重力、浮沉等概念.如在课堂及作业训练中把握这几个核心概念的内涵、外延及拓展的内容，基本上能达到教学的预期目的.
1 课前“以学定教”，确定框架：提炼核心概念
基于学情的教学才是真正的因材施教.目前，针对初中学生数理基础薄弱、逻辑计算能力低下、科学素养缺乏等现状，课前对学生进行“摸底式”诊断，教师能得到第一手的学情资料，以便对教材“进行适度的调整、修订等方式”的整合，以便精准调整课堂教学内容和授课策略，以期待达到最佳的教学效果.以浙教版科学八年级上册第一章第3节“水的浮力”为例，本节课可谓难点集中，运算要求极高，教学面临多重困难.加之联系密切的密度计算、压强压力计算已经调整至七年级上册和七年级下册的教学内容中，因此关联知识点不是大多遗忘，就是一知半解.在上述的多种因素考虑下，本节核心概念可再次分解为二级核心概念，二级核心概念又可分解为三级核心概念，三级核心概念又可分解为四级核心概念……（见表1）.
教师需要在课堂中展示多种教学智慧才能化解这些难点.
2 课中“学为中心”，灵动设计：构建核心概念
通过精准摸底、诊断式备课后，对学生的学情已经了然于心.对事先预设的核心概念有浮力、重力、浮沉的条件、浮沉条件的综合应用等等.如何突破这些核心概念，有赖于课堂的创新活动设计和相应的教学过程.课堂需要设计如下活动：
活动1：见第11页图1-16，将物体挂在弹簧测力计下，读出测力计的读数F1，再将物体部分浸入水中，读出测力计的读数F2.
思考：F1 ﹥ F2，为什么？
构建浮力的概念：液体对浸入其中的物体产生一个竖直向上的力，应明确竖直向上.（浙教版科学八上第12页无“竖直”两字，而华师大版科学八上第68页有“竖直”两字，笔者认为应该有“竖直”两字）.
活动2：探究浮力大小的相关因素.
让学生自己设计实验方案进行探究.探究中引导好三个问题：
（1）对实验有什么更好的改进？
（2）要定量研究水的浮力大小与物体排开水的多少的关系，需要做什么？
（3）阿基米德原理的正确表达（文字表达和数学表达）.
对活动的设计优先于过程的设计，让死的课本变成活的“生本”，从而积极调动学生的学习积极性和自觉性，达到精准教学的目的.鉴于学生计算能力的欠缺，在完成上述探究后必须进行模型建构.
下面对阿基米德原理的建构和应用作如下探讨：
2.1 数学模型建构
用公式代入法解答浮力问题时，直接应用公式F=ρ液gV排液来解答浮力，引导学生应用三步法解答问题：对于漂浮、悬浮等情况，直接运用二力平衡法来解答问题;对于物体置于液体中，弹簧测力计读数减小等现象时，直接运用二力相减法，即F浮=G-F拉来处理;对于上下表面压力差已经知道的情况下，直接用“成因分析法”，运用直接相减的处理方式，即F浮=F向上-F向下.
2.2 对模型的反思归纳
在四大模型建构中，“公式代入法”比较规范，运用公式直接代入时，ρ液的单位必须是kg/m3，V排液的单位必须是m3，同时有两个导出公式：ρ液=F浮/gV排液; V排液=F浮/ρ液g.数学模型的建立能使得学生快速有效地解决问题，这还需要学生精准选择公式以达到“秒杀”的解题目的，需要学生自身不断地加以总结、归纳、比较、研究，从而全面建构核心概念，以达到提高学科核心素养的目标.
3 课后拓展延伸，学以致用：融合核心概念
课堂教学因课时、教师综合能力的限制而带有天然的局限性，教学停留在《初中科学课程标准（2011年版）》的教学范围内，在核心素养培养的大环境下很有必要在课后对教学进行适度的延伸、提高和拓展，从而实现更大范围的实践与研究.事实上，大多数学生的研究、创新、发明是通过课外时间的不断比较、归纳、实验、实践才得以成功的.那么，浙版（2013年版）八年级科学上册第一章第三节“水的浮力”如何拓展呢？拓展需要解决两个问题：一是拓展什么？二是如何拓展？
根据steam和STEM教育的启示，对“物体在液体中的浮沉条件”这一内容可以做以下一些拓展.如“密度计的使用原理”“潜艇发展历史”“热气球气艇的工作原理及应用”等拓展性课程的开发与研究，要注意课程的内涵和深度，能够注意教材的适切性、灵活性、科学性等，从而达到适度拓展、精准提升的目的.同时，引导学生撰写科技小论文.科技小论文是用来表述科学研究和描述科研成果的文章，是探讨、研究问题的一种手段，又是学术交流的一种工具. 指导学生写物体浮沉和浮力研究的小论文，要引导学生学会根据课题来查阅有关资料，阅读相关书籍，通过观察、实验、阅读，尽可能多地占有资料，切实学会运用学过的知识写分析和解决某一实际问题的文章，如撰写“物体浮沉条件的推导和应用”“物体浮沉成因研究”“潜水艇设计及研究”等小论文，可以发表到“中学理科”“理科园地”“少年发明与创造”等刊物上.这种科学拓展活动既要符合学生对学习的内在需求，有助于调动学生学习的积极性;又有助于让学生在活动中学到知识、形成能力、提高素质，无疑是一种极优化的学习方式.
4 实践与思考
课堂教学的成功与否，有赖于教师对学情的精准把握，有賴于教师对教材的精要处理，有赖于教师对课堂的活动和过程的精巧设计，更有赖于对课后拓展的适度开发和科学引导.科学教学过程中指向、凸显了核心概念，能顺势形成核心内容的逐渐建构，从而确立科学学科知识的框架，就容易使学生全面深入建立科学学科体系的内容.
另外，核心素养的落地生根，也有赖于课程核心概念的深度理解和重点掌握，而课程核心概念的教学更加有赖于每一堂课的核心概念的教学.可以说，每一堂课的教学质量如何将决定整体学科的教学水平.依照《科学教育的原则和大概念》（温·哈伦编著，韦钰译）一书的14个科学核心大概念的框架，高质量完成每堂课的核心概念教学，最终实现提升全体中国国民的科学素养的科学教学，其现实意义是深远的.因此，在单节课堂的设计研究上，教师要充分研究教材，精准确定教学框架.从而能够精准设计课堂模式，让学生真正从自我探究的科学境界中构建核心概念，最终达到提升核心素养的教学终极目标，并能够自主拓展开发，把科学教学从课堂延伸到课外，把科学从文本内容过渡到鲜活的生活与生产，积极实现社会参与，真正实现学生质的提升，这是我们十分乐意看到的情景.
参考文献：
[1]竺红波.科学课堂因走进生活而精彩[J].宁波市教育科研，2009（3）：68-71.
[2]中华人民共和国教育部.初中科学课程标准[M].北京：首都师范大学出版社：2011.
[3]朱幕菊.走进新课程──与课程实施者对话[M].北京：北京师范大学出版社：2002.
[4]吴刚平.校本课程开发的定性思考[J].课程.教材.教法，2000（7）.
[5]刘雄英.校本课程：以人为本，[J].沙洋师范高等专科学校学报， 2003（6）.
[6]张世善.依托地方和学校资源 研究开发校本课程[J].课程.教材.教法， 2003（12）.
[7]朱清时.科学（七年级上下册、八年级上册）[M].杭州：浙江教育出版社，2013.
摘 要： 英国的温·哈伦认为学习科学课程时掌握了14个核心大概念就能读懂科学.义务教育阶段的科学教学应特别强调每位学龄儿童的科学学习基础，教师要重视整合教材，课前要精准提炼每节课的核心概念，在课堂设计上凸显学生的灵动探究，积极建构科学核心概念，课后参与拓展延伸，从而提升学生的核心素养，真正实现回归科学本源的教学.
关键词： 核心概念;学情;学为中心;课后拓展
《科学教育的原则和大概念》（温·哈伦编著，韦钰译）一书中提出了科学教育的14个大概念，它们包括物质、能量、遗传、细胞、力和运动等等，其核心要点是学生只要掌握了这些核心概念，就能读懂科学这门课程.当然，此观点是十分准确的.科学核心概念是位于课程中心的概念性知识，包含了重要概念、原理、规律等的基本理解和解释，是科学课程结构的主干部分.综观浙江省义务教育阶段自小学一年级至初中九年级共9年的学习时间，学生能否全面理解科学核心概念，完全依赖于每一章节每一节的核心概念的教学.也就是说，每一节课也有核心概念，下面以浙教版（2013年）八年级科学上册第一章第三节“水的浮力”为例，其中涉及的核心概念有浮力、重力、浮沉等概念.如在课堂及作业训练中把握这几个核心概念的内涵、外延及拓展的内容，基本上能达到教学的预期目的.
1 课前“以学定教”，确定框架：提炼核心概念
基于学情的教学才是真正的因材施教.目前，针对初中学生数理基础薄弱、逻辑计算能力低下、科学素养缺乏等现状，课前对学生进行“摸底式”诊断，教师能得到第一手的学情资料，以便对教材“进行适度的调整、修订等方式”的整合，以便精准调整课堂教学内容和授课策略，以期待达到最佳的教学效果.以浙教版科学八年级上册第一章第3节“水的浮力”为例，本节课可谓难点集中，运算要求极高，教学面临多重困难.加之联系密切的密度计算、压强压力计算已经调整至七年级上册和七年级下册的教学内容中，因此关联知识点不是大多遗忘，就是一知半解.在上述的多种因素考虑下，本节核心概念可再次分解为二级核心概念，二级核心概念又可分解为三级核心概念，三级核心概念又可分解为四级核心概念……（见表1）.
教师需要在课堂中展示多种教学智慧才能化解这些难点.
2 课中“学为中心”，灵动设计：构建核心概念
通过精准摸底、诊断式备课后，对学生的学情已经了然于心.对事先预设的核心概念有浮力、重力、浮沉的条件、浮沉条件的综合应用等等.如何突破这些核心概念，有赖于课堂的创新活动设计和相应的教学过程.课堂需要设计如下活动：
活动1：见第11页图1-16，将物体挂在弹簧测力计下，读出测力计的读数F1，再将物体部分浸入水中，读出测力计的读数F2.
思考：F1 ﹥ F2，为什么？
构建浮力的概念：液体对浸入其中的物体产生一个竖直向上的力，应明确竖直向上.（浙教版科学八上第12页无“竖直”两字，而华师大版科学八上第68页有“竖直”两字，笔者认为应该有“竖直”两字）.
活动2：探究浮力大小的相关因素.
让学生自己设计实验方案进行探究.探究中引导好三个问题：
（1）对实验有什么更好的改进？
（2）要定量研究水的浮力大小与物体排开水的多少的关系，需要做什么？
（3）阿基米德原理的正确表达（文字表达和数学表达）.
对活动的设计优先于过程的设计，让死的课本变成活的“生本”，从而积极调动学生的学习积极性和自觉性，达到精准教学的目的.鉴于学生计算能力的欠缺，在完成上述探究后必须进行模型建构.
下面对阿基米德原理的建构和应用作如下探讨：
2.1 数学模型建构
用公式代入法解答浮力问题时，直接应用公式F=ρ液gV排液来解答浮力，引导学生应用三步法解答问题：对于漂浮、悬浮等情况，直接运用二力平衡法来解答问题;对于物体置于液体中，弹簧测力计读数减小等现象时，直接运用二力相减法，即F浮=G-F拉来处理;对于上下表面压力差已经知道的情况下，直接用“成因分析法”，运用直接相减的处理方式，即F浮=F向上-F向下.
2.2 对模型的反思归纳
在四大模型建构中，“公式代入法”比较规范，运用公式直接代入时，ρ液的单位必须是kg/m3，V排液的单位必须是m3，同时有两个导出公式：ρ液=F浮/gV排液; V排液=F浮/ρ液g.数学模型的建立能使得学生快速有效地解决问题，这还需要学生精准选择公式以达到“秒杀”的解题目的，需要学生自身不断地加以总结、归纳、比较、研究，从而全面建构核心概念，以达到提高学科核心素养的目标.
3 课后拓展延伸，学以致用：融合核心概念
课堂教学因课时、教师综合能力的限制而带有天然的局限性，教学停留在《初中科学课程标准（2011年版）》的教学范围内，在核心素养培养的大环境下很有必要在课后对教学进行适度的延伸、提高和拓展，从而实现更大范围的实践与研究.事实上，大多数学生的研究、创新、发明是通过课外时间的不断比较、归纳、实验、实践才得以成功的.那么，浙版（2013年版）八年级科学上册第一章第三节“水的浮力”如何拓展呢？拓展需要解决两个问题：一是拓展什么？二是如何拓展？
根据steam和STEM教育的启示，对“物体在液体中的浮沉条件”这一内容可以做以下一些拓展.如“密度计的使用原理”“潜艇发展历史”“热气球气艇的工作原理及应用”等拓展性课程的开发与研究，要注意课程的内涵和深度，能够注意教材的适切性、灵活性、科学性等，从而达到适度拓展、精准提升的目的.同时，引导学生撰写科技小论文.科技小论文是用来表述科学研究和描述科研成果的文章，是探讨、研究问题的一种手段，又是学术交流的一种工具. 指导学生写物体浮沉和浮力研究的小论文，要引导学生学会根据课题来查阅有关资料，阅读相关书籍，通过观察、实验、阅读，尽可能多地占有资料，切实学会运用学过的知识写分析和解决某一实际问题的文章，如撰写“物体浮沉条件的推导和应用”“物体浮沉成因研究”“潜水艇设计及研究”等小论文，可以发表到“中学理科”“理科园地”“少年发明与创造”等刊物上.这种科学拓展活动既要符合学生对学习的内在需求，有助于调动学生学习的积极性;又有助于让学生在活动中学到知识、形成能力、提高素质，无疑是一种极优化的学习方式.
4 实践与思考
课堂教学的成功与否，有赖于教师对学情的精准把握，有賴于教师对教材的精要处理，有赖于教师对课堂的活动和过程的精巧设计，更有赖于对课后拓展的适度开发和科学引导.科学教学过程中指向、凸显了核心概念，能顺势形成核心内容的逐渐建构，从而确立科学学科知识的框架，就容易使学生全面深入建立科学学科体系的内容.
另外，核心素养的落地生根，也有赖于课程核心概念的深度理解和重点掌握，而课程核心概念的教学更加有赖于每一堂课的核心概念的教学.可以说，每一堂课的教学质量如何将决定整体学科的教学水平.依照《科学教育的原则和大概念》（温·哈伦编著，韦钰译）一书的14个科学核心大概念的框架，高质量完成每堂课的核心概念教学，最终实现提升全体中国国民的科学素养的科学教学，其现实意义是深远的.因此，在单节课堂的设计研究上，教师要充分研究教材，精准确定教学框架.从而能够精准设计课堂模式，让学生真正从自我探究的科学境界中构建核心概念，最终达到提升核心素养的教学终极目标，并能够自主拓展开发，把科学教学从课堂延伸到课外，把科学从文本内容过渡到鲜活的生活与生产，积极实现社会参与，真正实现学生质的提升，这是我们十分乐意看到的情景.
参考文献：
[1]竺红波.科学课堂因走进生活而精彩[J].宁波市教育科研，2009（3）：68-71.
[2]中华人民共和国教育部.初中科学课程标准[M].北京：首都师范大学出版社：2011.
[3]朱幕菊.走进新课程──与课程实施者对话[M].北京：北京师范大学出版社：2002.
[4]吴刚平.校本课程开发的定性思考[J].课程.教材.教法，2000（7）.
[5]刘雄英.校本课程：以人为本，[J].沙洋师范高等专科学校学报， 2003（6）.
[6]张世善.依托地方和学校资源 研究开发校本课程[J].课程.教材.教法， 2003（12）.
[7]朱清时.科学（七年级上下册、八年级上册）[M].杭州：浙江教育出版社，2013.
