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大观念引领下的小学科学单元整体教学设
计与实施——以教科版科学五年级上册
“计量时间”单元教学为例
第一章
研究背景与核心概念界定
一、研究背景与现实困境
（一）时代发展与科学教育新要求
1.新课程标准对小学科学核心素养的强调
当前，我国正处于深化教育改革的关键时期，2022 年版义务教
育课程方案与课程标准明确提出要全面落实立德树人根本任务，培
养学生的核心素养。在科学教育领域，这意味着我们不能再仅仅满
足于知识的传授，而应更加注重培养学生在真实情境中解决问题的
能力、科学探究的精神、理性思维的品质以及对科学、技术、社会
与环境的责任感。小学科学课程作为学生科学素养启蒙的关键阶段，
其教学质量和效果直接关系到学生未来科学学习的兴趣与潜力。新
课标对小学科学课程提出了更高的要求，强调要以“学科大观念”
为引领，构建结构化、体系化的知识体系，促进学生深度学习与综
合素养的形成，而非仅仅停留在记忆零散的科学事实。
2.大观念引领下科学教育的必要性
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“大观念”作为一种整合性、基础性的概念，能够贯穿于不同
单元、不同学段乃至不同学科的教学之中，帮助学生建立起知识间
的内在联系，形成对世界的整体性认知。在科学教育中，大观念不
仅指具体的科学概念，更包含了科学思想、科学方法和科学精神。
例如，能量守恒、物质循环、系统与模型等都是科学领域中的大观
念。以大观念引领科学教学，有助于学生从宏观层面把握科学知识
的本质，避免知识碎片化，提升其迁移运用知识的能力。它促使教
师在教学设计时，从整体性和长远发展的角度审视课程内容，将分
散的知识点串联成有意义的知识网络，从而培养学生深层 次 的科学
理解力。
3 .单元整体教学理念的兴起及其重要性
在教育改革的 浪潮 中，单元整体教学理念应运而生 并受 到 广泛
关注。它 旨 在 打破 传统单课时教学的 局限 ，将 相 关联的教学内容整
合为一 个 有 机 整体的教学单元， 围绕 核心 目 标和关键问题展 开 教学
活动 。这种教学模 式 强调单元内 部 的知识 逻辑 、能力 递 进和情感体
验 的 连 贯性， 通过 系统设计、 持续 探究和 多 元 评价 ，实现单元教学
的整体效 益最 大化。对于小学科学而 言 ，单元整体教学能够有效 地
将零散的科学知识点 融 会贯 通 ，帮助学生建立起更加系统、全面的
科学认知 框架 ，提升其科学探究能力和解决实 际 问题的能力。它不
仅关注学生学到了 什么 ，更关注学生是如 何 学的，以及 所 学知识如
何 内化为 自身 素养。
（ 二 ）当前小学科学教学的 挑战
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1.知识碎片化与概念理解的 肤浅 性
尽管 新课程标准对科学教育提出了 诸多 要求， 但 在实 践 层面，
小学科学教学 仍 面 临诸多挑战 。其中，知识碎片化是一 个普遍存 在
的问题。 部 分教师在教学 过 程中，习 惯 于 按照 教 材 章 节顺序 进 行机
械式讲 解，将科学知识点 割裂开 来， 导致 学生对科学概念的理解停
留在 表 面， 难 以形成 完 整的知识结构。例如，在“计量时间”单元
中，学生 可 能 只 记 住 了计时 工 具的 名称 和使用方法， 却 未能深 刻 理
解“时间”作为一种物理量其 测 量标准的统一性、精确性以及其在
自然 和社会生 活 中的重要意义。这种碎片化的教学模 式 ，使 得 学生
难 以将 所 学知识应用于新的情境，更 谈 提升其高阶思维能力。
2.教学 缺乏 系统性与深度关联
当前小学科学教学的 另 一 个突 出问题是教学 缺乏 系统性和深度
关联。 由 于课程 目 标理解不到 位 、教学设计思 路 不 清 等 原因 ，一 些
课 堂 教学内容 呈 现出“ 东 一 榔头西 一 棒槌 ”的 状态 ， 各个 知识点之
间 缺乏 内在的 逻辑 联系， 导致 学生 难 以形成 连 贯、深 入 的认知 图谱 。
教师 可 能 过多 关注单 个 实 验 的 完 成，而 忽略 了实 验 背 后 的科学 原 理
和更深层 次 的科学观念。这种 缺乏 系统性的教学，使 得 学生 难 以将
所 学知识 融 会贯 通 ， 也难 以培养其科学探究的 连续 性和整体性。
3 .学生科学思维与探究能力培养不足
在传统教学模 式 下，小学科学课 堂往往 重结果 轻过 程，重知识
记忆 轻 思维培养。学生在课 堂上 更 多地 是接 受 教师的 讲 解， 动手 实
践 的 机 会有 限 ， 或者 实 践活动流 于形 式 ，未能真正 经历 科学探究的
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全 过 程。例如，在“计量时间”单元，学生 可 能 只 是 简 单 地 用 秒表
计时，而 没 有深 入 思 考 计时 工 具的 演变 、计时的 误差 、不同计时方
式 的 原 理等问题。长 此 以 往 ，学生的科学思维能力、 批判 性思维能
力和 独 立探究能力都 得 不到 充 分发展，这与新课程标准 倡导 的核心
素养培养 目 标 存 在 较 大 差距 。
二 、核心概念的理 论溯源 与内 涵 界定
（一）大观念及其在科学教育中的 价值
1.大观念的理 论 基础与 特征
“大观念”的概念 并 非教育领域的 专属 ，其理 论 基础 可追溯 至
哲 学领域的整体 主 义思想和认知心理学中的 图式 理 论 。在教育学领
域， 美 国科学教育 协 会（ AAAS ）在“ 项目 20 6 1”中提出的“科学素
养 目 标”和 《 面 向所 有 美 国人的科学 》 一 书 ，以及 后 来的 《K 12 科
学教育 框架》 都强调了学科大观念在构建科学知识体系中的核心 地
位 。大观念的 特征主 要体现在以下 几个 方面 ： 它具有 普适 性，能够
超越 具体情境和学科界 限 ，应用于 多 种现 象 的解 释； 它具有解 释 力，
能够帮助学生理解 复杂 的科学现 象 和 过 程 ； 它具有联结性，能够将
看似独 立的知识点串联起来，形成知识网络 ； 它具有启发性，能够
激 发学生的 持续 探究兴趣和深层思 考 。例如，在“计量时间”单元
中，时间的 可测 量性、计量标准的统一性、计时 工 具的 演变 与 优 化
等都 可 视为重要的大观念。
2.大观念对小学科学教学的指 导 意义
大观念对小学科学教学的指 导 意义是深远的。它为教师提 供 了
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教学内容的 筛选 与 组织框架 。教师在进 行 教学设计时，不再 被动地
遵 循教 材 的 线 性 顺序 ，而是 可 以 围绕 大观念重新审视和整合教学内
容， 突 出核心， 削减枝蔓 。大观念有助于促进学生深度理解和高阶
思维发展。当学生能够从大观念的视角 去 理解和解 释 科学现 象 时，
他 们不再是 机械地 记忆知识，而是能够建构起更为 稳固 和 灵活 的认
知结构。这种深层理解能够有效提升学生的 批判 性思维、问题解决
能力和科学探究能力。再 者 ，大观念有助于培养学生的科学思维和
科学精神。 通过 对大观念的 持续 学习和运用，学生能够 逐步 形成科
学的认知方 式 和思维习 惯 ，体 悟 科学的本质和 价值 。
（ 二 ）单元整体教学的理念与要素
1.单元整体教学的定义与理 论渊源
单元整体教学， 顾名 思义，是将一 个相 对 完 整、具有内在 逻辑
联系的教学内容作为一 个 整体单元进 行 系统 规划 和实 施 的教学模 式 。
其理 论渊源可追溯 到 杜威 的 经验主 义教育思想、 布鲁纳 的结构 主 义
课程观以及维果 茨 基的社会 文 化理 论 。这 些 理 论 都强调学习的整体
性、结构性和社会 互动 性。单元整体教学 旨 在 打破 学科界 限 ，将知
识、技能、情感 融 为一体， 通过 设计一系 列相互 关联的 活动 ，引 导
学生 围绕 单元的核心 主 题进 行 探究性学习， 最终达 成单元的整体教
学 目 标。它不仅仅是内容的 简 单 聚 合，更是教学理念、教学方法和
评价 方 式 的系统性 变 革。
2.单元整体教学设计的关键构成要素
一 个 成 功 的单元整体教学设计 通常 包含 几个 关键要素。 首先 是
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单元 主 题与核心问题的提 炼 ，这是贯穿整 个 单元的 主线 ， 通常 与大
观念 紧密 结合。其 次 是单元学习 目 标的设定，这 些目 标应具体、 可
测 量， 并涵盖 知识、能力和情感 态 度 价值 观 三个 维度。再 者 是教学
内容与 活动序列 的精心 编排 ， 活动 之间应具有 逻辑递 进性，层层深
入 ， 且 能够为学生提 供丰富 的探究体 验 。学习 资源 的整合与 开 发，
评价 方 式 的 多样 化（如形成性 评价 与 终 结性 评价相 结合），以及教
学 反 思与调整的 机制 ，都是单元整体教学不 可或缺 的构成要素。这
些 要素 相互 作用， 共 同 支撑 起单元教学的系统性和有效性。
3 .单元整体教学对学生素养发展的促进作用
单元整体教学对学生素养发展具有 显著 的促进作用。 通过围绕
一 个 核心 主 题进 行 的系统学习，学生能够建立起更 完 整的知识体系，
有效 克服 知识碎片化的问题。深度整合的教学 活动 能够 激 发学生的
学习兴趣和内 驱 力，促使 他 们 主动参 与探究，提升科学探究能力和
解决实 际 问题的能力。更重要的是，单元整体教学强调知识的应用
与迁移，引 导 学生将 所 学知识应用于真实情境，从而培养其分 析 问
题、解决问题的综合能力。在合作探究的 过 程中，学生的 交流 能力、
批判 性思维和 团队协 作精神 也得 到有效 锻炼 ，这 些 都是其核心素养
的重要 组 成 部 分。
三 、本研究的 选 题 缘由 、 目 的与研究问题
（一） 选 题 缘由 与研究 目 的
1.“计量时间”单元教学的 特 殊 性与 挑战
教科版科学 五 年 级 上 册 的“计量时间”单元，是一 个 极 具科学
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探究 价值 和生 活 应用意义的单元。时间作为基本的物理量，其概念
抽 象 ，计量 工 具 多样 ， 且 与人 类 文 明发展、 日 常 生 活 息息 相 关。在
实 际 教学中， 该 单元 也存 在一 些特 殊 性和 挑战 。例如，学生对时间
的感 受往往 是 连续 而 抽 象 的，理解“计量”的精确性和标准性有一
定 难 度 ； 计时 工 具的 演变 史蕴 含着 丰富 的科学 史 和科学方法 论 ， 但
容 易 被 教师 简 化为知识点的 罗 列； 如 何通过动手 实 践 ， 让 学生深 刻
理解时间计量的 原 理和 误差 ， 也 需 要精 巧 的设计。这 些挑战 为本研
究提 供 了实 践 的 切 入 点和 价值 空 间。
2.探 索 大观念引领下单元整体教学设计的实 践价值
基于 上 述 背景，本研究 旨 在探 索 大观念引领下的单元整体教学
设计在小学科学教育中的实 践价值 。 通过聚 焦 “计量时间”这一具
体单元，本研究 希望 能够为一 线 教师提 供 一 套 可 借鉴 、 可 操 作的教
学设计与实 施 范 例。这种探 索 不仅有助于解决当前小学科学教学中
知识碎片化、系统性不足等问题，更有助于提升学生对科学本质的
理解，培养其科学思维和探究能力，从而有效落实新课程标准对核
心素养的要求。研究的实 践价值 体现在其对教学改革的直接 贡献 ，
为未来更 多 科学单元的整体教学设计提 供 思 路 与 经验 。
3 .提升学生科学核心素养的研究 目 的
本研究的 最终目 的在于 通过 大观念引领的单元整体教学，有效
提升学生的科学核心素养。 旨 在帮助学生 ： 第一，深 刻 理解“时间
的 可 计量性与标准性”这一大观念，形成对时间这一物理量的科学
认知 ； 第 二 ， 掌 握时间 测 量的基本方法与 工 具，发展科学探究能力
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和解决实 际 问题的能力 ； 第 三 ，体 验 科学探究的 过 程与 乐 趣，培养
科学精神和 创 新意识 ； 第 四 ，认识到科学与技术、社会、环境的 相
互 关系， 增 强科学责任感。 通过 系统的教学 干预 ，促进学生科学素
养的全面提升，为 他 们 终身 发展 奠 定 坚 实基础。
（ 二 ）核心研究问题
基于 上 述 研究背景、理 论 分 析 和研究 目 的，本研究将重点探 讨
以下核心问题 ：
1.教科版 五 年 级 上 册 “计量时间”单元中， 可 以提 炼 出 哪 些 核
心大观念 ？ 这 些 大观念应如 何支撑 单元教学 目 标的实现 ？
2.在大观念引领下，如 何 对教科版 五 年 级 上 册 “计量时间”单
元进 行 整体教学设计 ？ 具体包 括哪 些 教学环 节 、 活动 内容以及 评价
方 式 ？
3 .基于大观念的“计量时间”单元整体教学设计与实 施 ，对学
生科学核心素养（如科学认知、科学探究、科学 态 度等）的培养有
何 影响？ 其具体 表 现与成效如 何 ？
这 些 研究问题将贯穿本 论文 的 始 终 ，指 导后续 的理 论 分 析 、教
学设计、实 践 探 索 和效果 评 估 。本研究将以 行动 研究和案例分 析 的
方法，深 入 课 堂 一 线 ，探 寻 在大观念引领下小学科学单元整体教学
的有效 路 径 。
第 二 章大观念引领下小学科学单元教学的理 论 基础与设计 原 则
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一、大观念理 论 在科学教育中的意 涵 与 价值
（一）大观念的界定及其教育学意义
1.大观念的核心 特征
大观念在科学教育中 并 非 简 单的知识点 集 合，而是指 那 些 具有
高度概 括 性、贯穿性、生成性和解 释 力的核心概念、 原 理 或 思 考 方
式 。它们能够 跨 越 具体学科内容， 揭示 事物内在的本质联系和运 行
规 律 。其宏观性体现在能够统领一 个 学科领域乃至 多个 学科领域的
核心知识结构 ； 贯穿性 则 指它们在整 个 学习 过 程中 反复 出现 并逐步
深化，形成 螺旋 式上 升的认知 图 景 ； 生成性意味着大观念能启发学
生 主动 思 考 、提出问题， 并 构建新的理解 ； 解 释 力 则 表 现为它们能
有效解 释 一系 列 现 象 和问题，帮助学生形成对世界的系统性认识。
例如，“物质是 可变 的” 或 “能量是守恒的” 便 是 典 型的科学大观
念，它们不仅指 向 具体知识，更指 向 科学思维的深度和 广 度。
2.大观念与学科核心素养的关系
大观念与学科核心素养之间 存 在着深 刻 的内在联系，是培养学
生核心素养的重要 载 体和 路 径 。学科核心素养，如科学思维、科学
探究、科学 态 度与责任等，强调的不仅仅是知识的记忆，更是知识
的理解、运用和 创 新。大观念为核心素养的培养提 供 了认知 框架 和
情境。 通过围绕 大观念展 开 学习，学生能够更 好 地 理解科学知识的
来 龙 去 脉 和应用 价值 ，形成整体性的科学认识 论 。例如，理解“系
统与模型”的大观念，有助于学生发展构建模型、解 释 现 象 的科学
探究能力，同时 也 能培养其 辩证 看 待 科学认知的科学思维。大观念
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的深度理解促使学生从更高层 次 审视科学问题，从而更有效 地 发展
其解决 复杂 问题的能力。
3 .大观念在 K 12 科学教育中的重要性
在 K 12 阶段的科学教育中，大观念的引 入 具有 举 足 轻 重的作用。
传统科学教学 往往 侧 重于零散知识点的传授，容 易 导致 学生 所 学知
识碎片化， 难 以形成系统的科学认知结构。大观念的引领 则 能够帮
助学生将 孤 立的知识点串联成有意义的整体，构建起 稳固 的知识网
络。这不仅有助于学生对科学概念的深层理解，更能培养 他 们的 批
判 性思维和解决实 际 问题的能力。大观念的教学 策 略 鼓励 学生 主动
探究、合作学习，从而提升其学习兴趣和内 驱 力，促使 他 们从“ 被
动 接 受 ” 转 变 为“ 主动 建构”。长远来 看 ，大观念的培养对于学生
未来 适 应 复杂 社会、进 行终身 学习，乃至形成科学的世界观都具有
奠 基性意义，它使科学学习不再是 机械 记忆，而是 充 满探 索 与发现
的 旅 程。
（ 二 ）建构 主 义学习理 论 的 支撑
1.建构 主 义视角下的科学学习
建构 主 义学习理 论 认为，学习是学习 者 在与环境 互动过 程中，
通过主动 的意义建构来形成知识的 过 程，而非 被动地 接 收信息 。在
科学学习中，这意味着学生不是一 张白纸 ， 他 们 带 着 已 有的 经验 、
观念和对世界的 初 步 理解进 入 课 堂 。有效的科学学习 需 要学生 主动
参 与到探究 活动 中， 通过 观 察 、实 验 、 讨 论 、 反 思等方 式 ，将新 信
息 与 旧 知识进 行 整合，构建起 属 于 自 己 的、更加 完 善 的认知结构。
