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摘要：小学科学以核心概念贯穿始终，是以主题单元为组织形式的综合性课程。以主题“热”单元为例，以“主题”为线索，以科学课程标准为依据，以知识概念图为基础，结合学生认知水平对“热”单元进行研究，通过梳理、分析“热”单元的结构，整合教学内容，结合不同学段学生的认知水平，设计适合于学生的主题单元探究课程，可以让学生对科学知识有更加全面的认识。
关键词：小学科学；主题单元；主题“热”单元；教学设计
随着科学技术和社会的高速发展，世界各国纷纷对教育进行改革，倡导综合课程，促进探究学习。2017年1月，教育部颁布了《义务教育小学科学课程标准（2017年版）》，从新的课程标准来看，把小学六年学习时间划分为1~2年级、3~4年级、5~6年级三个学段[1]，关注学生的认知水平，强调科学探究的重要意义，以核心概念贯穿整个科学教育。小学科学是以主题单元为组织形式的综合性课程，倡导生活与科学的联系。那么，组织主题单元的教学内容、安排主题单元的教学顺序是进行科学教学的保证。根据不同学段学生的认知水平，结合科学课程标准，明确主题单元知识网络结构，建构适合学生的主题单元探究课程，可以为一线教师主题单元教学实施提供借鉴和参考。
一、关于主题单元教学
在国内对主题单元探究教学的研究大多集中在某一个固定单元的教学内容的整合，缺乏对小学科学教学内容的整体分析。并且，在小学科学教学中，鲜有教师注重教学内容的衔接，对主题单元教学内容没有做系统的整合，使得学生在学习过程中，难以对所学知识有一个系统的科学认识。本研究将主题单元教学定义为：围绕某一大主题展开的、以相关科学知识为补充，充分发挥学生主动性，形成对所学知识体系的建构，以提高学生思维能力为目标的教学方式。主题单元教学要遵从以下基本理念。
1.以学生为中心，面向全体学生
主题单元教学要面向全体学生，依据学生个性发展，以学生为中心，遵循不同年龄阶段学生的心理认知发展水平，分析主题与子题之间的关系，探讨主题单元内容的选择与顺序安排，设计出适合学生学习的主题单元课程，使每位学生都能获得良好的科学教育。
2.回归生活实际，加强知识整合
在主题单元教学过程中，一方面我们应该让学生回归生活，从身边的生活现象入手，结合学生的认知特点，选择与学生日常生活联系紧密的、感兴趣的教学内容。这不仅可以激发学生学习科学的兴趣，引发他们提出问题，还有助于提升学生学习科学的主动性与自觉性，并且能够综合自己所学，解决生活中的问题。同时，我们还要加强主题单元知识的整合，形成知识网络。
3.注重学生探究过程，建构知识体系
在主题单元教学中，各种探究活动需要学生之间的合作，观察、实验、制作等活动让学生动手与动脑，使其在亲自体验探究的过程中提出问题、分析问题、解决问题，在体验科学探究的乐趣中加强知识间的衔接，促进学生的认知建构和知识迁移。
二、主题单元教学过程的设计
主题单元教学设计首先是对单元的整体内容进行选择，然后依据课程标准和学生学习特点安排教学顺序。本文以科学课程标准为依据，以知识概念图为基础，结合学生认知水平对主题“热”单元进行研究（以教科版科学教材为例）。
1.学习内容分析
有关“热”的核心概念较多，不同核心概念下还涉及子概念，使得学习内容分析尤为重要。学习内容分析的目的是分析学习内容的目标，确定学习内容的范围和深度，这与“教什么”“学什么”有关；分析学习内容中各项知识与技能之间的相互关系，为教学顺序的安排打下基础，这与“如何教”“如何学”有关[2]。在此基础上介绍学习内容的分析过程和方法，掌握学习内容的应用技术。科学课程标准以核心概念贯穿整个小学科学教学。主题“热”单元属于物质科学领域，其相关科学知识包括能量层级——热能；物质层级——物体的特征和变化、材料的性质、水和空气的特征。同时包括地球与宇宙领域中的学习内容：地球被一层大气圈包围着；地球表面有由各种水体组成的水圈，即天气的变化和水循环，这些均与“热”的相关概念有关。虽然，这些知识在科学课程标准中属于地球与宇宙范畴，但为了使“热”单元的知识内容更加完整，所以将其调整到这一主题单元。“热”在科学课程标准中的位置如图1。根据科学课程标准所提出的四维目标[3]可以对“热”的相关概念进行整合与分析。
1.科学知识
知道物体具有一定特征——有温度，知道用温度来表示物体冷热的程度，知道温度的计量单位。知道水结冰时（0~4℃）体积会膨胀，叫做反膨胀。知道有阴、晴、雨、雪、风等天气现象。知道物体的热胀冷缩性质。加热和冷却也可以改变某些物质的状态。知道热的传递方向，知道传热的方法叫热传导。知道材料具有一定的性能——导热性，不同材料制成的物体，导热性能是不一样的。知道良导体和不良导体。知道运动的物体具有能量，知道热是自然界中存在的能量形式。
2.科学探究
观察和研究作为测量工具的常用液体温度计的主要构造。描述测量物体温度或空气温度的方法。能够使用简单的仪器——温度计测量物体的温度，并使用恰当的计量单位进行记录。通过实验，知道温度是影响水结冰和沸腾过程的重要因素。使用气温计测量气温并记录，描述一天中气温变化的大致规律。调查和说明生活中哪些器材、设备或现象中存在热能及其与其他能量之间的转换。
3.科学态度
主题“热”单元主要培养学生对“热”相关概念有探究的兴趣。让学生在探究的过程中尊重事实，记录实际的测量数据，并以事实为依据做判断。鼓励学生在运用多种材料、多种思路、多样方法完成实验探究。如物体的热胀冷缩、热传递等。
4.科学、技术、社会与环境
让学生根据自己学到的“热”知识在日常生活中灵活应用。让学生意识到保护环境的重要性。2017年版的科学课程标准中“热”单元没有了“了解常用的传热和隔热方法”，但是为了使学生对“热”的认识更加全面，该内容将在重构主题单元架构中出现。2017年版的科学课程标准中添加了“知道水结冰时体积会膨胀”，该内容在教科版科学教材中是“液体的热胀冷缩”的拓展，对学生而言理解起来偏难，因此该内容需要根据学生的情况进行调整。在物质的变化——水的变化下，2017年版的科学课程标准增加了水的三态之间的变化等内容，使得这部分内容更加充分，有利于学生建构知识网络。
2.学生认知水平分析
在教学设计之前，对学生的认知水平进行分析，通过问卷和访谈的方式，全面了解学生对热的前概念情况，并分析产生的原因。同时，对学生进行后测，分析其掌握情况，为接下来的教学做好准备。针对主题“热”单元的知识，以及彭香主编《小学生前科学概念研究》中关于小学生“热与生活”“热的现象和本质”前科学概念的测量及分析[4]可以看出，三年级学生对水的三种形态比较熟悉，但是难以对和水的三态变化相关的自然现象进行合理的解释，如对水的汽化、升华、凝华的分析有困难。四、五年级的学生对热的理解是不正确的，没有学生认识到热是物体内部的粒子运动，而把热看成了一种物质，难以区别温度和热量；对热胀冷缩是有认识的，但是只是认识现象，对热胀冷缩的本质即体积的变化还没有深刻的认识；对热传递的方向大部分学生能够清楚地认识到，但是对于热传递的三种方式学生不是很明确；对物体的传热性能有一定认识，对生活中的保温和散热也有一定了解，对热平衡和能量守恒认识是有困难的。结合上述分析，可以建构主题“热”单元教学框架图。
3.主题“热”单元教学内容的整合
根据2017年版的科学课程标准的要求，结合热的知识体系，为了使不同学段的学生能够对所学“热”单元的相关知识有一个整体的了解，重新建构教学内容。由于“热”单元的知识较多，且相互关系之间较为紧密。因此在1~2年级就要让学生对“热”有一个基本的概念，从生活入手，能够对他们观察到的事实、现象有一定的感知；在3~4年级培养学生对“热”的探究能力，并对现象和事实做出合理的解释；在5~6年级则是借助直观形象的实验材料理解抽象概念、探究科学规律。这样逐步深入地探究“热”的相关学习内容，可以起到事半功倍的效果。主题“热”单元的教学目的是让学生了解热的相关知识，认识热相关的性质特点，揭示生活中的科学奥秘。根据主题“热”单元教学框架图，重建教学，见表2。重建后的教学内容，更加全面、有层次，也更加系统。根据学生认知发展水平，选择了温度与气温、认识天气、水的三种状态作为主题“热”单元的起始内容，是因为这些内容与学生日常生活密切，学生能够亲身感知到，会对“热”的相关知识产生好奇，由此打开了学生探究“热”奥秘的兴趣之门。水的三态变化、天气的形成、热胀冷缩和热传递属于“热”的核心概念，是本单元的重点，主要让学生去亲历探究的过程，掌握核心概念。总结我们的天气观察、设计制作保温杯、尝试进行热能的转化是对“热”的应用，对生活的回归，让学生通过本单元的学习可以解释生活中的实际问题。以上教学内容层层递进、环环相扣，在不同学段有不同的要求，探究的内容层层深入。从生活中提炼出科学知识，再回到生活的应用中去，真正培养了小学生的科学素养。本研究通过建构主题“热”单元结构模型，梳理“热”单元的知识网络，设计出适合于学生的主题“热”单元探究课程。这有助于提高教师教学效果，让学生对科学知识有更加全面的认识。优秀的教学设计需要教师认真研读课程标准、掌握学生的认知水平、熟悉教学内容等，在此基础上选择和变化，同时需要一线教师不断探索。
作者：徐燕曹 温庆 张煜 袁家林 单位：首都师范大学初等教育学院 北京第一实验小学 首钢技师学院
