摘 要：如何圍繞“少而精”的核心概念組織課程并實施教學已成為科學教育領域的基礎問題。教學設計正是落實教育理念的藍圖。從教學目標、教學內(nèi)容、教學過程、教學策略、學習評價等方面，闡述為什么以及如何圍繞核心概念進行教學設計。

關(guān)鍵詞：核心概念；教學設計；內(nèi)容分析

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2015）7-0036-5

核心概念是位于學科中心的概念性知識，包括了重要概念、原理、理論等的基本理解和解釋，這些內(nèi)容能夠展現(xiàn)當代學科圖景，是學科結(jié)構(gòu)的主干部分[1]。核心概念超越了那些孤立而散亂存在的事實或技能，側(cè)重于那些關(guān)鍵性的概念、原則和方法[2]。

傳統(tǒng)教育往往強調(diào)對事實信息的記憶和背誦，然而要達到深層理解的程度僅憑大量的事實記憶是遠遠不夠的，必然要涉及到對抽象概念原理的精心組織[3]。中小學學生的學習現(xiàn)狀往往表現(xiàn)為：學習興趣不高，科學探究能力不強，科學素養(yǎng)發(fā)展不理想[4]。因此，在知識爆炸背景下，科學教育研究者和實踐者共同聚焦核心概念，希望通過加強核心概念的教學，改善學生的學習現(xiàn)狀。

注重核心概念的教育理念已經(jīng)體現(xiàn)在各國的科學課程文件中。例如，美國2013年頒布的《新一代科學教育標準》（Next Generation Science Standards）充分整合當代基礎教育課程改革的核心理念，體現(xiàn)圍繞核心概念組織科學教育內(nèi)容的重要特點[5]。“靜電場”內(nèi)容分別在“運動與相互作用”“能量”和“波及其在技術(shù)領域的應用——信息傳遞”等三個學科核心概念下呈現(xiàn)。

由此可見，如何圍繞“少而精”的核心概念組織課程成為當代課程設計面臨的基礎問題。而如何通過教學促進核心概念的學習則成為教學面臨的基礎問題。圍繞學科核心概念進行課堂教學成為國際科學教育界關(guān)注的熱點[6]。而核心概念不是孤立的，每一個核心概念都包括若干重要的具體概念。因此，學生對核心概念的理解是通過大量相關(guān)具體概念的學習而逐漸深入的[7]。例如，“運動與相互作用”是核心概念，促進這一核心概念學習的具體概念包括：參考系、位移、速度、加速度、力、牛頓運動定律等等。而教學設計正是落實教育理念的藍圖。因此，如何圍繞核心概念進行教學設計，是解決具體概念促進核心概念學習的實施路線圖，是實現(xiàn)圍繞核心概念進行教學的理念與實踐對接的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是實現(xiàn)理論向?qū)嵺`轉(zhuǎn)化的中介。從某種意義上講，沒有圍繞核心概念的教學設計，就無法在課堂教學中有效促進學生對核心概念的理解。

傳統(tǒng)的教學設計有其時代和認識論的局限。表現(xiàn)在很多方面，例如，教學設計的思維方式表現(xiàn)為典型的笛卡爾思維——要素還原主義[8]。具體表現(xiàn)為：有些教學設計直指具體知識點的教學，缺乏核心概念的統(tǒng)領，往往只見樹木不見森林。這樣教學的結(jié)果就是，學生沉浸在瑣碎的具體概念之中，概念與概念之間缺乏邏輯聯(lián)系，更缺乏核心概念對大量具體概念的統(tǒng)攝。

因此，應該提升核心概念在教學設計中的地位和作用。圍繞核心概念進行教學設計，不僅是核心概念本身重要性的必然要求，而且是克服傳統(tǒng)教學設計局限性的必然要求。

教學設計有廣義和狹義之分，本文所指的教學設計屬于狹義的，即專指課堂教學設計。教學設計包括若干環(huán)節(jié)，本文僅從教學目標、教學內(nèi)容、教學過程、教學策略、學習評價等方面，闡述如何圍繞核心概念進行教學設計。

1 圍繞核心概念分析教學內(nèi)容

教學內(nèi)容是實現(xiàn)教學目標的知識、技能、思想方法等素材，是學生科學素養(yǎng)提升的載體。圍繞核心概念分析教學內(nèi)容，為設計合理的教學過程，選擇恰當?shù)慕虒W策略，提供依據(jù)。例如，分析“靜電場”內(nèi)容，可以分別圍繞“相互作用”和“能量”兩個核心概念選擇合適的教學內(nèi)容，設計不同的教學策略。圍繞核心概念分析教學內(nèi)容，有助于教師進一步深入挖掘具體教學內(nèi)容對促進學生核心概念理解的功能和價值，以利于把握教學難度，并在此基礎上進一步設計內(nèi)容取舍合理、難度適中的學習效果評價工具。

圍繞核心概念分析教學內(nèi)容，不單純是圍繞核心概念對物理學科知識的客觀分析，還應該結(jié)合教學內(nèi)容對應的教學目標，因為內(nèi)容只是實現(xiàn)目標的載體，實現(xiàn)同一目標可以借助不同載體。具體包括：

第一，從核心概念統(tǒng)攝下的學科知識角度看，教育內(nèi)容對應的核心概念是什么，以及教學內(nèi)容有什么，具體包括圍繞核心概念分析具體教學內(nèi)容的意義、內(nèi)涵、外延、關(guān)聯(lián)等等。例如，重力加速度g，可以圍繞不同核心概念分析其內(nèi)涵，從“運動與相互作用”核心概念出發(fā)，從運動的角度看，重力加速度是一切物體自由下落的加速度的統(tǒng)稱，因此又可稱作自由落體加速度；從相互作用的角度看，重力加速度是由重力產(chǎn)生的，即g=■，這便是重力加速度名稱的由來；從場這一核心概念角度看，與描述電場強弱的物理量電場強度和描述磁場強弱的磁感應強度類似，重力加速度也是描述場強弱的物理量，只是這種場是重力場而已，因此重力加速度又可以稱作重力場強度。

第二，在核心概念統(tǒng)攝的學科知識結(jié)構(gòu)的大背景下，考察教學內(nèi)容的發(fā)生、發(fā)展的過程，以及與其他知識的聯(lián)系等內(nèi)容。特別要注意物理學知識的變化和發(fā)展。這種發(fā)展和變化可以表現(xiàn)為兩種類型：一是隨著人們對客觀世界認識的不斷深入，物理知識的不斷豐富和擴展，但并不是對原有知識的否定，例如，人們對質(zhì)量的認識經(jīng)歷了從物體所含物質(zhì)的多少，到慣性質(zhì)量，到引力質(zhì)量，再到相對論質(zhì)量的認識過程。二是對原有物理知識的修正，這是由于人們對客觀世界認識的局限性，甚至偏頗，導致產(chǎn)生一些不太科學的認識，但并不能因此否定這些認識曾經(jīng)起到的作用和歷史意義，例如，對原子結(jié)構(gòu)的認識，從原子不可分割，到糟糕模型，到核式結(jié)構(gòu)，到玻爾模型，再到電子云模型。

第三，從促進學生對核心概念理解的角度，明確教學內(nèi)容在核心概念統(tǒng)攝下的認知結(jié)構(gòu)中所處的地位，考查教學內(nèi)容在整個課程中的功能。例如，從具體概念的角度看，在中學物理中動能定理反映了物體所受合力的功與動能變化之間的定量關(guān)系；但從促進“能量”這一核心概念理解的角度看，動能定理反映了做功是能量轉(zhuǎn)化的途徑，并且進一步反映了在能量轉(zhuǎn)化過程中，可以用合力做功來衡量動能轉(zhuǎn)化的多少，結(jié)合其他具體能量轉(zhuǎn)化與對應功的關(guān)系，得出一般意義上的功能關(guān)系。在此基礎上，促進學生對能量本身的理解，以及能量的流動、循環(huán)和守恒的理解。

值得注意的是，實現(xiàn)同一教學目標的教學內(nèi)容是可以替代的，也就是說可以選擇不同的教學內(nèi)容達到同一教學目標。例如，為了達成“會用打點計時器研究勻變速直線運動”這一教學目標，在分析數(shù)據(jù)時，可以用打點計時器打出的紙帶求出各計數(shù)點的速度，然后作出速度-時間圖像，分析物體運動的加速度；也可以根據(jù)“相鄰的相等時間內(nèi)的位移差等于加速度與時間平方的乘積”，即xn-xn-1=at2，求解物體運動的加速度。

還需要注意的是，教學內(nèi)容是為完成教學目標服務的，不能僅僅為了追求教學內(nèi)容的科學性和嚴謹性，而不顧學生的認知水平而追求知識教學一步到位，這也是教學階段性的體現(xiàn)。

2 圍繞核心概念確定教學目標

圍繞核心概念確定教學目標，就是在核心概念框架下制定并明確表述可操作、可評價的教學目標。

在核心概念框架下確定教學目標，至少有以下幾個優(yōu)勢：第一，學科核心概念通常是學生從幼兒園階段就開始接觸，并且通常與日常生活經(jīng)驗緊密聯(lián)系，往往積累了豐富的體驗，便于與學生原有的認知結(jié)構(gòu)建立聯(lián)系，容易引起學生興趣，喚醒求知欲望。第二，可以清楚表達學習內(nèi)容在核心概念中的地位，以及與其他相關(guān)內(nèi)容的聯(lián)系，有助于學生建立在核心概念統(tǒng)攝下的認知結(jié)構(gòu)。良好的認知結(jié)構(gòu)不僅是學生學習的重要目的之一，也是學生應用能力、探究能力等形成的重要條件。因此，圍繞核心概念確定教學目標，可以更有效地提升學生的科學素養(yǎng)，培養(yǎng)探究能力。第三，有利于學習效果評價。學生對核心概念認知的發(fā)展表現(xiàn)為學習進階。學習進階清楚地刻畫了學生在不同學習階段的認知發(fā)展水平。因此，在核心概念框架下確定教學目標，有助于依據(jù)學生的認知發(fā)展水平，制定合適的測試工具，對學習效果進行有效評價。

理解教學目標與核心概念的辯證關(guān)系是圍繞核心概念確定教學目標的前提。它們的辯證關(guān)系體現(xiàn)在：第一，在核心概念框架下認識教學目標，即在核心概念框架下教學目標是什么；第二，教學目標從哪些角度豐富和發(fā)展學習者對核心概念的理解。

圍繞核心概念確定教學目標，具體可從以下兩個方面入手：

第一，分析課程標準的具體內(nèi)容標準。但內(nèi)容標準一般是比較籠統(tǒng)的，需要結(jié)合教材內(nèi)容，細化內(nèi)容標準，才能轉(zhuǎn)化成具體的教學目標。分析課程標準應該特別注意兩點：一是分析內(nèi)容標準中的具體內(nèi)容在核心概念統(tǒng)領下的知識結(jié)構(gòu)中的地位與作用，以及與其他內(nèi)容的邏輯關(guān)系；二是分析內(nèi)容標準通過“了解”“理解”“應用”等行為動詞所體現(xiàn)的認知水平。

第二，分析學情。具體內(nèi)容包括：學生頭腦中與教學目標相關(guān)的前概念有哪些？這些前概念中哪些有助于教學目標學習？哪些對教學目標的學習產(chǎn)生障礙？學生頭腦中與教學內(nèi)容相關(guān)的核心概念有哪些？學生對這些核心概念的認知水平如何？甚至還應該包括對學生的習慣、興趣、動機等非認知因素的分析。

最后，需要綜合考慮以上兩個方面的因素，確定符合學生實際的教學目標。

3 圍繞核心概念安排教學過程

教學過程通常是由若干環(huán)節(jié)構(gòu)成的。一個完整的教學過程通常包括導入、新課和結(jié)尾三個環(huán)節(jié)。教學過程是認識和發(fā)展相統(tǒng)一的過程。學生的認識水平不同，往往就會獲得不同程度的發(fā)展。圍繞核心概念安排教學過程，可以在促進學生加深對核心概念認識的過程中，促進學生科學素養(yǎng)的全面發(fā)展。

下文分別從教學過程的三個環(huán)節(jié)探討如何圍繞學科核心概念安排教學過程：

第一，圍繞學科核心概念導入課題。由于教師的個人特長、教學條件、學生特點等不同，不同課題，可以采用不同的導入方法，如復習導入、故事導入、問題導入、實驗導入等。不管采用哪一種方式導入課題，課題的導入環(huán)節(jié)都應該讓學生一開始進入課題學習就與核心概念建立聯(lián)系。例如，通過創(chuàng)設新穎情景引入課題，最好選擇能體現(xiàn)與教學內(nèi)容對應核心概念的情景，然后引導學生從核心概念聚焦到所要研究的具體課題。

第二，圍繞學科核心概念設計新課教學的組織形式。根據(jù)不同的內(nèi)容和教學條件，可以選取以教師為中心的傳統(tǒng)的講授，也可以選取以學生為中心的自主學習、合作學習、探究學習等課堂教學組織形式。不管采用哪一種組織形式，都應該圍繞核心概念設計。

第三，圍繞學科核心概念設計結(jié)尾。課堂教學的結(jié)尾往往是建立教學內(nèi)容與相對應的核心概念之間關(guān)系的好機會，畫龍點睛的結(jié)尾總結(jié)，可以強化學科核心概念對具體的內(nèi)容的統(tǒng)攝作用，也可以為進一步歸納得出核心概念做好鋪墊。

4 圍繞核心概念選擇教學策略

教學策略是在特定教學情境中為完成教學目的和適應學生認知需要而制定的教學程序計劃和采取的教學實施措施[9]。教學策略的突出特點就是針對性和選擇性。因此，圍繞核心概念選擇教學策略，就是要有針對性地選擇那些能促進核心概念學習的教學策略。

圍繞核心概念選擇教學策略是促進學生核心概念學習的重要途徑。圍繞核心概念選擇教學策略，要重點考慮以下幾個因素：

第一，具體教學內(nèi)容的特點，特別是不同知識類型。例如，有的教學內(nèi)容與生產(chǎn)、生活實際緊密聯(lián)系，有的教學內(nèi)容處于知識結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵點上。因此，緊密聯(lián)系實際的內(nèi)容可以選擇通過實驗引起認知沖突策略；處于知識結(jié)構(gòu)關(guān)鍵點上的教學內(nèi)容可以采用建構(gòu)理論體系的策略，如從理論的邏輯關(guān)系上看，動能定理、動量定理處于牛頓第二定律和機械能守恒、動量守恒的關(guān)鍵點上，便可以采用建構(gòu)理論體系的策略。

第二，學生頭腦中核心概念的狀態(tài)。根據(jù)不同學習階段的特點，選擇合適的教學策略。比如，初中物理關(guān)于運動與力的關(guān)系只是定性的，高中物理才得出定量關(guān)系，體現(xiàn)這一定量關(guān)系的規(guī)律包括：牛頓第二定律、動量定理、動能定理等。因此，在初中，有關(guān)運動和力的教學內(nèi)容一般采用創(chuàng)設具體問題情景的策略；而高中則可以采用建構(gòu)理論體系的策略。在新知識習得階段和復習鞏固階段，由于學生頭腦中核心概念的狀態(tài)以及具體知識的豐富程度存在較大差異，也應注意選擇合適的教學策略。

為了促進核心概念理解，可以采用如下教學策略。

第一，“腳手架”策略。使用這種策略的關(guān)鍵是找到學生原有認識中可以利用的基礎，然后進行適當?shù)匿亯|。教師通常使用比喻和類比的方法，將新知識與學生已有的經(jīng)驗建立聯(lián)系。建立新知識與已有知識聯(lián)系后，教學并未結(jié)束，還應該進一步找到與兩者對應的、共同的核心概念。例如，引導學生類比重力場，建立靜電場和磁場概念后，還應該進一步把這些具體的場跟“場”這一核心概念建立聯(lián)系。

第二，概念圖策略。概念圖是用來組織和表征知識的工具，是一種通過建立概念之間的意義聯(lián)系，從而把基本概念有機結(jié)合起來的空間網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)圖。通過概念的連接可以體現(xiàn)作者對概念所處層次的理解。這樣一來，通過建構(gòu)概念圖，可以建構(gòu)核心知識與教學內(nèi)容之間的關(guān)系，從而促進學生對核心概念的理解。

第三，在缺乏核心概念的情況下，采用歸納學習策略。在學習具體內(nèi)容時，應注意建立具體教學內(nèi)容與核心概念間的聯(lián)系，等具體學習內(nèi)容積累到一定數(shù)量時，便可以采用歸納法建立核心概念。例如，在動能定理教學時，學生頭腦中并沒有“能量與物質(zhì)：流動、循環(huán)與守恒”這一核心概念，在探究實驗基礎上，通過理論推導，得出物體所受合力的功等于物體動能的變化，即在此基礎上，教師應該引領學生思考等式兩邊的物理意義，促使學生初步體會到：一個力的功與某種能量的變化有對應關(guān)系。當學生進一步學習“重力所做的功等于重力勢能的減少量”“彈簧彈力所做的功等于彈簧彈性勢能的減少量”等規(guī)律后，便可引導學生歸納得出功能關(guān)系，促進對“能量與物質(zhì)：流動、循環(huán)與守恒”這一核心概念的理解。

第四，在需要發(fā)展核心概念的情況下，采用理論或者實驗探究策略。例如，在初中，學生對“運動與相互作用”這一核心概念，只能達到定性水平，即物體的運動并不需要力來維持，力可以改變物體的運動狀態(tài)等，但并不清楚力的大小與物體運動狀態(tài)的變化之間的定量關(guān)系；在高中，通過理論或者實驗探究，學生深化了對運動與相互作用之間關(guān)系的認識，即通過牛頓第二定律、動能定理、動量定理等規(guī)律反映的運動與相互作用之間的關(guān)系。

第五，已有核心概念的情況下，采用下位同化學習策略。例如，在學習力的概念后，學習重力、彈力、摩擦力等就可以采用下位同化學習策略。

5 圍繞核心概念評價學習結(jié)果

教學設計需要回答的一個重要問題是：預定的教學目標是否達到。因此，評價學習結(jié)果是物理教學設計的重要一環(huán)。根據(jù)不同的分類標準，比如評價內(nèi)容、方式、目的等，物理教學評價有不同的分類。本文僅討論物理教學設計中以測驗方式進行的隨堂評價。

圍繞核心概念的學習結(jié)果評價與一般的學習結(jié)果評價一樣，具有激勵、診斷和發(fā)展功能。核心概念往往是從幼兒園到高中階段貫徹始終的。在不同的學習階段，學生對核心概念的認知處于不同層級。因此，圍繞核心概念命制針對不同認知層級的測試題，從有效評價學習結(jié)果的角度看，至少有幾個方面的優(yōu)勢：第一，由于測試題處于不同的認知層級，絕大部分學生能有可以上手的題目，有利于發(fā)揮學生潛能，增強學生學習物理的信心。第二，由于測試題是圍繞核心概念展開，可以是若干題目圍繞同一個核心概念考查，能有效診斷學生所處的認知層級，并且發(fā)現(xiàn)學生的認知是在從哪一個認知層級向更高層級躍遷時遇到了困難，為教師進行因材施教反饋準確的信息，也為學生自我診斷提供準確信息。第三，從促進學生發(fā)展的角度看，由于大量處于不同認知水平的測試題聚焦于特定的核心概念，有利于學生建構(gòu)在核心概念統(tǒng)攝下的認知結(jié)構(gòu)。

如何命制圍繞核心概念評價學習結(jié)果的測試題呢？需要特別關(guān)注以下幾個方面：第一，評價內(nèi)容聚焦教學內(nèi)容所對應的核心概念，控制其他知識影響對核心概念的測查。重點體現(xiàn)教學內(nèi)容對核心概念學習所起的促進作用，（下轉(zhuǎn)第41頁）（上接第39頁）以及學習核心概念前學生對核心概念的認知水平。第二，關(guān)注核心概念的認知層級。核心概念的學習需要通過具體概念分階段逐步深入學習。命制測試題之前應該首先弄清楚核心概念有哪幾個認知層級，學生處于某個層級的具體表現(xiàn)是怎樣的；其次，在隨堂測試卷中，對應與核心概念的某一認知層級，最好選取兩道以上的題目，這樣能比較準確地檢測出學生處于核心概念的哪個認知層級。

最后需要指出的是，圍繞核心概念進行教學設計，需要綜合考慮各個環(huán)節(jié)，也未必在教學設計的所有環(huán)節(jié)上圍繞核心概念，需要綜合考慮各方面的因素，系統(tǒng)規(guī)劃，方能起到對核心概念教學事半功倍的效果。

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（欄目編輯 羅琬華）