核心素养发展导向的小学科学概念教学实践-以“摆的快慢”一课为例

核心素养发展导向的小学科学概念教学实践——以“摆的快慢”一课为例引言在基础教育课程教学改革深化的大背景下，概念教学作为知识结构化与认知建构的重要路径，已成为小学科学教学的研究热点。然而，当前小学科学概念教学仍面临诸多现实问题。其一，概念建构缺乏系统性。科学课堂仍较多聚焦知识点讲解，忽视概念的建构过程。这容易导致学生对知识的理解停留在浅层，缺乏深层的有意义学习，无法实现概念的系统建构。其二，概念应用不够充分。科学概念多侧重于解释现象，缺乏梯度化迁移场景设计，导致学生高阶思维培养不足。现有研究虽已关注科学概念与素养导向的关联，但在教学实施路径的系统性、评价设计的可操作性以及学科实践的本土化适配等方面仍有探索空间。基于

UbD

（UnderstandingbyDesign）理论，立足核心素养，可构建素养发展导向的小学

科学概念教学模式，即设计目标（Design）、问题驱动（Drive）、深度建构（Deepen）、应用概念（Do）、动态评价（Dynamicevaluation），简称

5D模式，其实现路径如图1所示。首先，围绕科学概念，依据核心素养，明确教学目标并设计驱动性问题，为概念教学实践提供指引。其次，概念教学实践包含深度建构与应用概念两大核心环节，建构概念环节涵盖聚焦问题、探究活动和问题研讨，通过这三个步骤渗透科学思维、探究实践与态度责任等核心素养；应用概念环节则通过创设新情境，引导学生运用已建构的概念解决实际问题，在实践中进一步提炼和升华概念。在建构概念和应用概念的协同作用下，学生逐步形成科学观念，进而达成核心素养的培养目标。最后，通过动态评价，全程评估教学实践中学生的素养发展情况。现阶段部分小学科学教师开展概念教学时，仍侧重基础知识的掌握，忽视知识与概念的内在关联，且缺乏对学生能力与素养的系统性培养，导致教学目标设计片面化，阻碍学生的综合发展。教学目标能够为概念教学的开展指明方向。教师不仅要将学生需要掌握的基础知识纳入教学目标中，还要围绕学生核心素养的培养要求设计教学目标，助力学生综合发展。因此，教学目标设计应构建“概念为基—素养为纲”的协同框架。

科学概念是设计教学目标的学科根基。但核心概念与跨学科概念过于宽泛抽象，通常不适合直接指导具体教学活动，因此需要梳理科学概念与具体知识的内在关联，为教学提供精准指引。每一个概念并非孤立存在，而是按照一定的层次顺序和内在联系形成的有组织的概念体系。基于此，可构建“跨学科概念—学科核心概念—次级概念”的概念层级结构，“计量时间”单元1—5

课的学习内容和具体知识如图2所示。通过前三课的系统学习，学生已建构起日晷、燃香钟、水钟三类计时工具的认知模型。在“机械摆钟”一课中，学生聚焦单摆的周期性运动特点，认识到摆钟的发明运用了“摆的等时性”原理，但尚未理解摆钟如何精确实现每分钟60次摆动。作为知识链的延续，“摆的快慢”一课需引导学生探究单摆周期的影响因素（如摆长、摆幅等），以此完善学生对单摆运动特点的认识。这一探索过程不仅揭示了摆钟设计中“等时性+可调周期”的双重科学原理应用，也能让学生在实际操作中领悟到装置结构与功能的密切关联。

核心素养是设计教学目标的育人指向。新课标在“教学建议”中指出，确定教学目标要围绕核心素养，依据学业要求和学业质量标准，建立具体学习内容与核心素养表现之间的关联，符合学生的认知水平和已有经验。对标教学目标，可厘清问题层级，设计基本

问题驱动课堂。而判断一个问题是不是基本问题的关键在于“目的”而不是“形式”，我们重点要看的是这些问题是否能引导学生像专家一样思考。基于此，可构建“事实层—概念层—思维层”三级问题链：事实层聚焦现象认知，概念层追问原理本质，思维层侧重分析论证。以“摆的快慢”一课为例，具体问题层级如图3所示。由图

3

可知，本节课以一个核心问题和三个基本问题为导向，通过蛇形摆演示聚焦核心问题，借助创新教具开展对比实验，针对性解决基本问题①和基本问题②，最后汇总分析全班实验数据，完成基本问题③的探究。整个过程通过创新教具贯穿四大问题的解决，在实践中培养学生的专家思维。明确概念教学目标、设计驱动性问题，是概

念教学顺利开展的前提，同时需将核心素养培养融入概念的深度建构与应用全过程。以“摆的快慢”一课为例，概念教学实践围绕建构与应用两大核心环节，分为以下四个具体步骤。（一）创设情境，聚焦问题

建构主义认为，学习总是与一定的问题情境相联系。情境问题可以激起学习者积极的情绪，使其更好地利用自身已有的认知结构和生活经验，对当前所学知识进行“同化”和“顺应”，从而达到一定意义上的建构。

原问题情境吸引力不足，学生多处于浅层参与状态，缺乏主动探究意识，难以推动概念的深度建构。为有效激发学生的探究兴趣，本节课改用蛇形摆教具导入课堂情境（如图4）。将15个摆绳长度依次递增的单摆排成一行，同时释放后会呈现动态波浪效果。这一现象既能从视觉上激发学生兴趣，又能引导其观察发现，蛇形图案的形成源于多个单摆的摆动速度存在差异，进而自然聚焦本课核心问题：“摆的快慢与什么因素有关？”教师引导学生先独立思考，说出猜测依据，

再以小组为单位展开讨论。结合课堂实录，学生可提出多种猜测，如摆长、摆球质量、摆动幅度、初始释放高度、摆绳材质与粗细、空气阻力、摆球形状等。这些丰富的猜测为探究提供了多元方向，教师可指导学生设计实验逐一验证，同时引导其区分影响因素的主次关系。此外，教师还可提示学生从摆的结构角度思考影响因素，进而渗透“结构与功能”跨学科概念。

（二）探究实验，建构概念

探究实验是概念深度建构的重要环节。结合本节课以往的教学实践经验，发现实验实施过程中存在以下两个问题（见表1）。针对以上课堂真实问题，我们探寻“破解之道”，开发了“双线—四摆”创新教具（如图

5），旨在促进概念教学高效实施，同时发展学生的核心素养。该创新教具从左到右依次编号为

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号摆、2号摆、3号摆、4号摆，4个单摆的摆锤质量、摆绳长度、摆绳材质均不相同。教学中，教师让学生自主选择

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个合适的单摆开展对比实验，这一设计实则对学生的对比实验设计思维提出了更高要求。教师引导学生观察“双线—四摆”创新教

具，并出示4个单摆的详细参数信息（见表2）。教师通过阶梯式问题引导学生运用控制变量

法开展探究。在探究摆锤质量的影响时（基本问题①），学生易误选1号摆与3号摆。教师先解释控制单一变量的原则，学生发现二者还存在绳长与材质差异，随后修正选择，以1号摆与2号摆做对比，确保绳长、材质相同，仅摆锤质量为唯一变量。在研究摆绳长度的影响时（基本问题②），针对学生选择2号摆与3号摆的常见错误，教师引导学生辨析二者的材质差异，最终确定选用

1

号摆与

4

号摆进行对比实验。创新教具中

3

号摆的“材质干扰陷阱”为刻意设置，旨在倒逼学生深度辨析实验变量，助力其实现从经验感知到方法提炼的跨越。

（三）分析研讨，解释问题

研讨环节通过数据解析显化科学思维，是深化概念的有效手段。教师需引导学生分析各组实验数据，聚焦基本问题③：“我们是怎么知道的？”（即我们是如何得知摆的快慢与哪些因素有关的）。相较于其他问题，这一问题能清晰呈现学生的思维阶梯，更具探究价值。分析摆绳长度相关数据时，学生可直接得出“摆绳越短，摆动越快”的结论；但处理摆锤质量数据时（如

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号摆36/36/35

次、2

号摆

37/35/36

次），数据的微小差异易使学生误判摆锤质量为影响因素。此时教师应分步引导，先强调规范操作以提升数据准确性（如固定摆角、减少人为干扰），再引导学生自主思考“摆锤质量是否影响摆动快慢”。对异常数据的溯源分析，既能强化控制变量的实验原则，又能培育学生的实证精神，如当学生发现数据异常源于操作偏差时，会深刻理解科学探究的严谨性，最终实现知识构建与科学态度养成的双重目标。

本节课通过“重探究、轻结论”的方式实现概念深度建构。以课堂真实问题为出发点，开发“双线—四摆”创新教具，结合思维可视化研讨，引导学生自主建构单摆摆动快慢的科学原理，进而领悟摆钟可通过调控运动周期实现每分钟60次摆动，推动认知从知识层面向概念层面跃进。深度学习意味着学生不再是简单吸纳静态化学科知识体系，更为重要的是实现个体化学科知识结构的自主建构，灵活应用于问题解决，形成可持续发展的学习素养。

（四）情境拓展，应用概念

迁移应用作为概念教学实践的两大核心环节之一，是强化学生概念理解的关键环节。通过创设新情境，引导学生将科学概念转化为问题解决能力，可实现认知内化与实践外显的素养发展闭环。

迁移应用的基本流程为“创设情境—识别问题—运用概念—解决问题”。在新情境中，学生先识别其中的科学、工程或社会性问题，再运用所学科学概念展开分析，最终完成问题解决，实现概念的迁移应用。概念迁移程度可从情境复杂度、问题多元性、概念整合度等三个维度衡量（如图6）。图6中长方体体积越大，代表概念迁移程度越高。“教学评一体化”是以素养为导向的，而素养

是一个综合性的概念，只有教、学和评在日常教学中始终围绕素养展开，素养目标才有可能真正达成。在概念教学中，可依据核心素养目标，构建素养导向的课堂评价体系。本节课围绕探究、论证、兴趣、应用等四个维度，设计了课堂个人评价表（见表3），同时将教师评价性语言贯穿课堂全过程。课堂评价能够在一定程度上，监测核心素养在概念教学实践各环节的落实情况。针对当前小学科学概念教学中概念建构与应

用低效、核心素养转化脱节的现实困境，本研究立足素养导向的概念教学范式改革，基于UbD理论构建核心素养导向的小学科学概念教学

5D

模式。该模式通过设计目标、问题驱动、深度建构、应用概