楊曉娟

〔摘? ? 要〕? 2022年版《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》提出13個(gè)學(xué)科核心概念，形成科學(xué)課程的主要內(nèi)容。圍繞學(xué)科核心概念組織教學(xué)，有助于學(xué)生對(duì)知識(shí)深入理解和遷移應(yīng)用，為他們未來(lái)學(xué)習(xí)和工作打下良好的基礎(chǔ)。本文以“宇宙中的地球”這一核心概念為例，從核心概念的內(nèi)涵與外延、學(xué)習(xí)內(nèi)容與內(nèi)容進(jìn)階、核心概念的跨學(xué)科理解這四個(gè)方面，深度分析該核心概念，并結(jié)合本人課堂實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)提出策略和建議。

〔關(guān)鍵詞〕? 小學(xué)科學(xué)；核心概念；宇宙；地球

〔中圖分類(lèi)號(hào)〕? G424? ? ? ? ? ? ? ? 〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕? A? ? ? ? ?〔文章編號(hào)〕? 1674-6317? ? （2024）? 01? ? 031-033

一、核心概念的內(nèi)涵與外延

“地球與宇宙科學(xué)”是通過(guò)宇宙中的地球、地球系統(tǒng)、人類(lèi)活動(dòng)與環(huán)境三個(gè)學(xué)科核心概念，讓學(xué)生從地球在宇宙中的位置、地球本身、人與自然的關(guān)系三個(gè)不同的視角，整體構(gòu)建對(duì)地球和宇宙的認(rèn)識(shí)。并從宇宙系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與層次、地球系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與要素間相互作用、人與環(huán)境系統(tǒng)的相互影響等方面逐步建構(gòu)系統(tǒng)觀念。

宇宙系統(tǒng)是由空間、時(shí)間、物質(zhì)和能量所構(gòu)成的統(tǒng)一體，既有巨大的空間尺度，也有著漫長(zhǎng)的時(shí)間尺度，是一切空間和時(shí)間的綜合。

二、學(xué)習(xí)內(nèi)容與內(nèi)容進(jìn)階

（一）學(xué)習(xí)內(nèi)容結(jié)構(gòu)分析

“宇宙中的地球”主要包括6個(gè)學(xué)習(xí)內(nèi)容，都是圍繞地球展開(kāi)的。它們既有各自的內(nèi)涵，又相互聯(lián)系，了解地球的過(guò)程，也是了解宇宙的過(guò)程。隨著航天時(shí)代的來(lái)臨，我們不能再坐地觀天，既要從地球的視角認(rèn)識(shí)宇宙（傳統(tǒng)視角），更應(yīng)當(dāng)從宇宙的視角認(rèn)識(shí)地球（新課標(biāo)視角）。

從地球視角認(rèn)識(shí)宇宙，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)學(xué)生通過(guò)身邊可以感知的自然現(xiàn)象來(lái)認(rèn)識(shí)地球的運(yùn)動(dòng)，有助于學(xué)生時(shí)空觀的建立，即認(rèn)識(shí)到空間、時(shí)間與具體實(shí)物運(yùn)動(dòng)存在一定的聯(lián)系。從宇宙視角認(rèn)識(shí)地球，選擇離地球最近的月球拓展到整個(gè)太陽(yáng)系，再到銀河系和整個(gè)宇宙，樹(shù)立對(duì)宇宙結(jié)構(gòu)和層次的認(rèn)識(shí)，拓展學(xué)生對(duì)地球所處環(huán)境的認(rèn)知格局，有助于學(xué)生系統(tǒng)觀念的建構(gòu)與培養(yǎng)。

（二）內(nèi)容進(jìn)階設(shè)計(jì)

逐一分析這6個(gè)學(xué)習(xí)內(nèi)容。地球是一顆行星，這一內(nèi)容是“宇宙中的地球”核心概念學(xué)習(xí)的起始。知道地球是一個(gè)球體，是太陽(yáng)系中的一顆行星，太陽(yáng)系有八顆行星。對(duì)比學(xué)段內(nèi)容要求和現(xiàn)行教科版教材會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題：依據(jù)課標(biāo)，小學(xué)階段只在3～4年級(jí)設(shè)置了該內(nèi)容，而教材中對(duì)行星概念以及八大行星的認(rèn)識(shí)安排則在6年級(jí)下冊(cè)。因此我的思考是：在三下“太陽(yáng)、地球和月球”單元的起始課《仰望星空》一課中，除了收集和了解太陽(yáng)和月球的特征信息，還能借助分享會(huì)和圖片資料，初步了解八顆行星的概況，幫助學(xué)生打通認(rèn)知遷移的通道，建立以不同天體為運(yùn)動(dòng)單位的學(xué)習(xí)視角，為6年級(jí)進(jìn)一步建構(gòu)太陽(yáng)系的完整概念做好鋪墊。

地球作為太陽(yáng)系的一顆行星，它自轉(zhuǎn)的周期性運(yùn)動(dòng)形成地球上人們?nèi)庋劭梢?jiàn)的有規(guī)律的自然現(xiàn)象。小學(xué)階段對(duì)于地球繞地軸自轉(zhuǎn)的學(xué)習(xí)主要聚焦于太陽(yáng)東升西落的現(xiàn)象及其引起的變化的學(xué)習(xí)，學(xué)生經(jīng)歷觀現(xiàn)象、探規(guī)律、辨因果的過(guò)程，從不同深度與廣度掌握地球自轉(zhuǎn)的概念，形成對(duì)太陽(yáng)系運(yùn)動(dòng)的正確認(rèn)知，并逐步建立時(shí)空觀。本學(xué)習(xí)內(nèi)容對(duì)應(yīng)教材中三個(gè)不同年級(jí)的單元分別是二上“我們的地球家園”、三下“太陽(yáng)、地球和月球”、六上“地球的運(yùn)動(dòng)”。

地球作為太陽(yáng)系的行星，每年自西向東圍繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)，形成四季有規(guī)律的自然現(xiàn)象。對(duì)此學(xué)習(xí)內(nèi)容，1～2年級(jí)要求利用感官觀察形成感覺(jué)經(jīng)驗(yàn)，描述由于公轉(zhuǎn)引起的季節(jié)變化現(xiàn)象，同時(shí)列舉生活中常見(jiàn)的事例來(lái)說(shuō)明季節(jié)變化對(duì)動(dòng)植物的影響。對(duì)應(yīng)教材中二上“我們的地球家園”。5～6年級(jí)在積累了大量感性材料的基礎(chǔ)上，由對(duì)自然現(xiàn)象（影長(zhǎng)變化）的規(guī)律認(rèn)識(shí)，發(fā)展到對(duì)公轉(zhuǎn)規(guī)律的認(rèn)識(shí)，并建立現(xiàn)象與規(guī)律之間的聯(lián)系，對(duì)應(yīng)教材六上“地球的運(yùn)動(dòng)”。

“月球是地球的衛(wèi)星”這一學(xué)習(xí)內(nèi)容要求學(xué)生了解月球圍繞地球運(yùn)動(dòng)，月相每月都在有規(guī)律地變化著；能夠描述月球、地球和太陽(yáng)的相對(duì)大小及它們的運(yùn)動(dòng)方式。對(duì)于2017年版課標(biāo)中3～4年級(jí)“描述月相的變化規(guī)律”這一內(nèi)容，由于教學(xué)中實(shí)施難度比較大，2022年版課標(biāo)將其修訂為“知道新月、上弦月、滿月、下弦月四種月相，說(shuō)明月相的變化情況”，降低了難度，并從3～4年級(jí)提到5～6年級(jí)。對(duì)月球的研究從1～2年級(jí)不借助任何工具進(jìn)行初步觀察，進(jìn)階為3～4年級(jí)借助望遠(yuǎn)鏡或圖片資料深入觀察，5～6年級(jí)借助模型演示等手段進(jìn)階為對(duì)規(guī)律的認(rèn)識(shí)和研究，7～9年級(jí)繼續(xù)借助模型演示等手段進(jìn)一步認(rèn)識(shí)日、地、月的相對(duì)位置，知道日食和月食等自然現(xiàn)象形成的原因，通過(guò)進(jìn)階式學(xué)習(xí)形成對(duì)地月系的清晰認(rèn)識(shí)。本學(xué)習(xí)內(nèi)容對(duì)應(yīng)教材中的單元有二上“我們的地球家園”、?三下“太陽(yáng)、地球和月球”、六下“宇宙”。

“地球所處的宇宙環(huán)境”這一內(nèi)容要求學(xué)生建立如下宏觀認(rèn)識(shí)：在無(wú)限的宇宙中，地球是很渺小的。太陽(yáng)系有八顆行星，地球是其中之一，它們?cè)谔?yáng)系中都有相應(yīng)的位置，太陽(yáng)系又是銀河系中很小的一部分。宇宙中有無(wú)數(shù)星系，銀河系又只是其中的一個(gè)。依據(jù)新課標(biāo)，小學(xué)階段只在5～6年級(jí)設(shè)置該內(nèi)容。相較于2017年版課標(biāo)的相關(guān)內(nèi)容，本學(xué)習(xí)內(nèi)容有3個(gè)變化。第一，增加了借助軟件來(lái)觀察星空；第二，增加了“識(shí)別織女星、牛郎星等亮星”；第三，增加了“了解劃分星座的意義”。一方面，通過(guò)星座劃分的由來(lái)，掌握、識(shí)別星座的特征；另一方面，也結(jié)合十二星座運(yùn)勢(shì)、星座性格等說(shuō)法，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)星座相關(guān)的衍生含義形成科學(xué)、正確的認(rèn)識(shí)。通過(guò)這部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)，學(xué)生的研究視野由近及遠(yuǎn)，視域由小到大，從太陽(yáng)系到銀河系再到總星系，逐步建構(gòu)起對(duì)宇宙系統(tǒng)宏觀的認(rèn)識(shí)。

學(xué)習(xí)內(nèi)容“太空探索拓展了人類(lèi)對(duì)宇宙的認(rèn)知”在小學(xué)階段設(shè)置于5～6年級(jí)。人類(lèi)對(duì)太空的探索包括天文學(xué)和航天技術(shù)兩個(gè)主要方面。在天文學(xué)方面，5～6年級(jí)重點(diǎn)讓學(xué)生了解天文事業(yè)的發(fā)展史，知道天文學(xué)的發(fā)展離不開(kāi)望遠(yuǎn)鏡。望遠(yuǎn)鏡不僅能讓人們認(rèn)識(shí)宇宙，還能讓人們認(rèn)識(shí)地球的渺小，形成更廣闊的視野。

（三）學(xué)習(xí)進(jìn)階實(shí)踐

本核心概念的學(xué)習(xí)貫穿基礎(chǔ)教育的各個(gè)階段，同時(shí)在每個(gè)維度中都體現(xiàn)了進(jìn)階的理念。

科學(xué)觀念維度要求學(xué)生從小學(xué)到初中，能逐漸從感知地球運(yùn)動(dòng)到認(rèn)識(shí)地球所處的宇宙環(huán)境，再到形成基本的宇宙空間觀念。1～2年級(jí)，要求學(xué)生能觀察和感知地球運(yùn)動(dòng)及其意義；3～4年級(jí)，要求學(xué)生能通過(guò)文本和圖片資料，理解太陽(yáng)系概況；5～6年級(jí)，要求學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識(shí)地球所處的宇宙環(huán)境，較完整地認(rèn)識(shí)太陽(yáng)系基本結(jié)構(gòu)，理解一些自然現(xiàn)象的形成與地球的運(yùn)動(dòng)有關(guān)；7～9年級(jí)，要求學(xué)生構(gòu)建宇宙間模型，包括地球所處的宇宙環(huán)境、天體系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)層次，以及人類(lèi)為認(rèn)識(shí)宇宙開(kāi)展的太空探索及其意義等。

科學(xué)思維維度要求學(xué)生從小學(xué)到初中，能逐漸從利用感官辨認(rèn)方向，到借助工具探索自然現(xiàn)象，到利用模型理解天體運(yùn)動(dòng)與自然現(xiàn)象的關(guān)系，再到運(yùn)用經(jīng)緯度等地圖數(shù)據(jù)構(gòu)建清晰的地球在宇宙中的地位。1～2年級(jí)培養(yǎng)學(xué)生的直覺(jué)思維，要求學(xué)生利用感官直觀地觀察現(xiàn)象并描述，建立初步的方向感；3～4年級(jí)拓展學(xué)生的直覺(jué)思維，要求學(xué)生通過(guò)工具拓展感官認(rèn)知，能對(duì)觀察到的現(xiàn)象提出疑問(wèn)并設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的探究過(guò)程；5～6年級(jí)注重學(xué)生抽象思維能力的培養(yǎng)，要求學(xué)生借助模型理解天體運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并對(duì)天體運(yùn)動(dòng)與自然現(xiàn)象的關(guān)系做出合理關(guān)聯(lián)；7～9年級(jí)發(fā)展學(xué)生的空間思維能力，要求學(xué)生借助經(jīng)緯度等地圖數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)思維從平面向三維立體空間的轉(zhuǎn)變，構(gòu)建較為完整的太陽(yáng)系并清晰認(rèn)知地球在宇宙中的地位。

探究實(shí)踐維度要求學(xué)生從小學(xué)到初中，能逐漸從有指導(dǎo)地觀察、記錄到借助工具和模型獨(dú)立探究、解釋自然現(xiàn)象與天體運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。1～2年級(jí)，要求學(xué)生能在家長(zhǎng)的幫助下用眼睛觀察，用畫(huà)畫(huà)的方式或借助相機(jī)等記錄月亮的形狀變化；3～4年級(jí)，要求學(xué)生能在教師引導(dǎo)下觀察、測(cè)量和記錄一天中物體影長(zhǎng)的變化；5～6年級(jí)，要求學(xué)生能動(dòng)手制作簡(jiǎn)單模型，解釋相關(guān)自然現(xiàn)象的成因。

態(tài)度責(zé)任維度要求學(xué)生從小學(xué)到初中，能逐漸從好奇心到持續(xù)的興趣養(yǎng)成再到敢于質(zhì)疑和追求真理，樹(shù)立科學(xué)態(tài)度。1～2年級(jí)，要求學(xué)生對(duì)季節(jié)變化等自然現(xiàn)象具有好奇心和探究、?分享的興趣；3～4年級(jí)，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的探究興趣，具有根據(jù)事實(shí)提出觀點(diǎn)的意識(shí)；5～6年級(jí)，要求學(xué)生關(guān)注重要天文現(xiàn)象和太空探測(cè)典型事例，具有探索太空的好奇心和民族自豪感。

三、核心概念的跨學(xué)科理解

對(duì)“宇宙中的地球”這一核心概念的跨學(xué)科理解，可以從物質(zhì)與能量、系統(tǒng)與模型、穩(wěn)定與變化這三個(gè)視角展開(kāi)。

（一）物質(zhì)與能量

首先，核心概念讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到地球、太陽(yáng)都是物質(zhì)的，地球磁場(chǎng)也是物質(zhì)的，現(xiàn)代宇宙觀測(cè)發(fā)現(xiàn)了星際分子。重要的是，到目前為止，所有隕石、月巖、火星土壤、彗核及星際物質(zhì)中的元素都可以在地球上找到。因此，宇宙也是物質(zhì)的。

天體在引力場(chǎng)的作用下產(chǎn)生了天體運(yùn)動(dòng)的公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)，能量是一切運(yùn)動(dòng)物質(zhì)的共同特性，運(yùn)動(dòng)著的天體也具有能量。當(dāng)衛(wèi)星圍繞地球做橢圓軌道運(yùn)動(dòng)時(shí)，只有萬(wàn)有引力做功。引力做功的過(guò)程，就是把引力勢(shì)能變?yōu)閯?dòng)能的過(guò)程，機(jī)械能守恒。因此，物質(zhì)不滅和能量守恒在不同尺度都成立。有助于學(xué)生從宇宙的角度形成“物質(zhì)與能量”這一跨學(xué)科概念。

（二）系統(tǒng)與模型

本核心概念有大量系統(tǒng)與模型的案例。宇宙模型、太陽(yáng)系模型、地球模型。地月系模型讓學(xué)生理解地球、月球和太陽(yáng)等天體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，解釋相關(guān)自然現(xiàn)象的成因；太陽(yáng)系模型是太陽(yáng)系的簡(jiǎn)化表示，反映了太陽(yáng)系中太陽(yáng)和各主要行星的位置排列這一主要特征；研究宇宙時(shí)，宇宙就是系統(tǒng)；人們通過(guò)觀察，建立了地心說(shuō)、日心說(shuō)等簡(jiǎn)化的宇宙模型。這些學(xué)習(xí)內(nèi)容有利于學(xué)生從天體運(yùn)行的角度形成“系統(tǒng)與模型”的跨學(xué)科概念。

（三）穩(wěn)定與變化

在地球與宇宙科學(xué)領(lǐng)域，有很多現(xiàn)象反映了穩(wěn)定與變化的特點(diǎn)。例如，地球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)是時(shí)刻發(fā)生的，這是一種變化，但是這變化又是周期性循環(huán)往復(fù)的，從而體現(xiàn)了穩(wěn)定的特點(diǎn)。在地球的運(yùn)動(dòng)中，地球的轉(zhuǎn)軸在短時(shí)期內(nèi)可以認(rèn)為方向不變，但是從長(zhǎng)期看，則有明顯變化。地球的運(yùn)動(dòng)類(lèi)似陀螺，地球繞地軸自轉(zhuǎn)的同時(shí)，地軸也在太空中緩慢地轉(zhuǎn)動(dòng)。

課堂教學(xué)策略的有效應(yīng)用能幫助學(xué)生更好地理解“宇宙中的地球”這一核心概念。首先可以引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)觀察生活中的現(xiàn)象，了解地球、月球和太陽(yáng)等天體的運(yùn)行規(guī)律，通過(guò)長(zhǎng)期觀察認(rèn)識(shí)晝夜、季節(jié)、節(jié)氣等自然現(xiàn)象的周期變化；其次，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)、模型制作等方式，把天體運(yùn)動(dòng)具象化，幫助學(xué)生建立空間觀念，激發(fā)對(duì)地球和宇宙的探究興趣。1～3年級(jí)可以嘗試用模擬實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證假說(shuō)，解釋原因；4～6年級(jí)可注重通過(guò)模型的應(yīng)用來(lái)建立天體之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系。最后，借助信息技術(shù)手段，讓學(xué)生通過(guò)觀看動(dòng)畫(huà)演示或紀(jì)錄片，加深對(duì)天體系統(tǒng)的大小、相對(duì)位置、層次等概念的認(rèn)識(shí)。這里給老師提供一些可利用的網(wǎng)站和教學(xué)軟件。例如，NASA這個(gè)網(wǎng)站可以實(shí)時(shí)動(dòng)畫(huà)，多維度了解太陽(yáng)系家族；天文常用的教學(xué)軟件“虛擬天文館”，能夠讓學(xué)生感受晝夜變化，回顧日月食現(xiàn)象，還能追擊河外星系；微信小程序“超級(jí)月亮”，虛實(shí)結(jié)合，能讓學(xué)生身臨其境地經(jīng)歷一次完整的月相觀測(cè)。老師也可以自己制作小動(dòng)畫(huà)，幫助學(xué)生更好地理解天體之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系，從而對(duì)天文現(xiàn)象的成因有更直觀的體驗(yàn)和思考。

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