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指向核心素养的单元挑战性任务设

计研究——以小学数学单元整体教

学为例

第一章绪论

一、研究背景

（一）时代背景：核心素养导向的教育改革

1.核心素养的提出与内涵

21 世纪以来，全球教育改革的浪潮深刻影响着各国人才培养模

式，普遍关注学生核心素养的培育。在我国，《中国学生发展核心

素养》的发布，标志着教育发展从“知识本位”向“素养本位”的

战略转型。核心素养强调学生应具备适应终身发展和社会发展所需

的必备品格和关键能力，它超越了单纯的知识技能，更注重学生的

综合运用能力、问题解决能力、创新精神与实践能力。核心素养不

仅是学生个体全面发展的内在需求，更是国家培养具有国际竞争力

的创新型人才的战略举措。在此背景下，如何将核心素养有效落实

到日常教学实践中，成为当前教育研究与改革的核心议题。

2.国家课程标准对核心素养的要求

2022 年版义务教育课程标准全面贯彻了核心素养理念，明确指

出各学科教学应致力于培养学生的学科核心素养。以小学数学为例，

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新课标明确提出要培养学生的数学抽象、逻辑推理、数学建模、直

观想象、数据分析和运算能力等六大核心素养。这些素养的培养并

非通过孤立的知识点讲授所能达成，而是需要通过有意义的、富有

挑战性的学习活动，引导学生在真实的数学情境中主动建构知识、

发展能力。课程标准的修订为小学数学教学设计提出了更高要求，

即教学内容与形式必须围绕核心素养目标进行重构与优化。

3.挑战性任务与深度学习的关联

在核心素养导向的教学改革中，挑战性任务被视为促进学生深

度学习、发展高阶思维的重要途径。挑战性任务通常指那些结构复

杂、开放性强、需要学生综合运用多方面知识和技能才能解决的真

实情境问题。它要求学生不仅仅是 记忆 和模 仿 ，更要进行分析、综

合、 评价 、创 造 等高 级认 知活动，从而实 现 对知识的深 层 理解和 迁

移 应用。这 种 任务设计与深度学习的理念高度 契 合，能有效 激 发学

生的学习 兴趣 和内在动力， 帮助他们 在解决问题的过程中形成 连 贯

的知识 网络 ，发展 批判 性思维和创新能力， 最 终促进核心素养的全

面提 升 。

（ 二 ）实践背景：小学数学单 元整 体教学的挑战与 机遇

1. 传统 教学的 局限 性

长期 以来，小学数学教学普遍 存 在“知识点 碎片 化”和“重 概

念 轻 应用”的 现 象。教 师往往 以教 材 章 节 为单位， 逐 个知识点进行

讲解和 操练 ，导致学生 难 以形成对知识的 系统 性理解， 也未 能 充 分

认 识到数学知识 之间 的内在联 系及其 在解决实际问题中的 价值 。这

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种 教学模式容 易使 学生 陷入机械记忆 和重复 训练 ， 缺乏 对数学本 质

的 探 究和 批判 性思 考 ，从而 阻碍 了 其 核心素养的有效发展。

2.单 元整 体教学的优 势 与发展

为 克服传统 教学的 弊端 ，单 元整 体教学理念 逐渐受 到重视。单

元整 体教学强调以单 元 为 基 本单位，从 整 体 上把握 教 材 内容，通过

设计富有逻辑性和关联性的教学活动， 帮助 学生建立知识 间 的内在

联 系 ，形成 完整 的知识结构，提 升 对数学 概 念和方 法 的深 层 理解。

它有 利 于教 师 从 宏 观 层 面 规划 教学， 挖掘 单 元 主题的育人 价值 ，促

进学生在单 元 学习中 逐步 建构 起 更为 完整 的 认 知 图 式，并有效提 升

知识 迁移 和问题解决能力。

3.单 元 教学中任务设计的 现状 与问题

尽管 单 元整 体教学具有 显著 优 势 ， 但 在实际推行中， 其 任务设

计 仍 面 临诸 多挑战。目前， 部 分单 元 任务设计 仍停留 在知识点 串 联

层 面， 缺乏 真 正 的 整 体性、情境性和挑战性。任务 往往侧 重于单一

知识点的 巩固 ， 未 能有效引导学生将单 元 内的知识 融 会贯通， 也未

能 充 分与核心素养目标 挂钩 。任务情境的创设 往往脱离 学生生活实

际，导致学生 难 以 产 生真实的 探 究 欲望 。如何在单 元整 体教学的 框

架 下，有效设计指向核心素养的挑战性任务，是当前小学数学教学

实践 亟待 解决的关键问题。

二 、研究目的与意义

（一）研究目的

1. 探索 指向核心素养的单 元 挑战性任务设计 原则 与 策 略

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本研究 旨 在深 入探 究在小学数学单 元整 体教学背景下，如何 遵

循 教育学、心理学以 及 数学教育学的 相 关理论，提 炼 并形成一 套 指

向核心素养的单 元 挑战性任务设计的 基 本 原则 。本研究将 基 于这些

原则 ，提出具体的任务设计 策 略，以 期 为一 线 教 师 提 供可操作 的指

导。

2.构建小学数学单 元 挑战性任务设计 框架

本研究的 另 一个重要目标是，在 系统梳 理国内 外相 关理论与实

践 经验 的 基础上 ，结合小学数学学科 特 点和学生 认 知 规律 ，构建一

个结构 清晰 、逻辑 严谨 、具有普适性的指向核心素养的单 元 挑战性

任务设计 框架 。 该框架 将 包含 任务目标设 定 、情境创设、内容 选择 、

实 施评价 等关键要素，为小学数学教 师 设计和优化单 元 挑战性任务

提 供系统工 具。

3. 验证 所设计任务的实践有效性

通过具体的教学 案 例分析和实践 探索 ，本研究将对 依 据所构建

框架 设计的单 元 挑战性任务的实践效 果 进行 验证 。主要关注这些任

务能 否 有效 激 发学生的学习 兴趣 、促进 其 深度学习，以 及 在多大程

度 上 提 升 学生的数学核心素养，从而为 该 设计 框架 的推 广 应用提 供

实 证依 据。

（ 二 ）研究意义

1.理论意义：深化对核心素养、单 元整 体教学和挑战性任务的

理解

本研究将从理论 层 面， 系统梳 理核心素养、单 元整 体教学和挑

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战性任务 三者之间 的内在逻辑关 系 ， 探讨 它 们 在促进学生全面发展

中的 协同作 用。通过对单 元 挑战性任务设计理论的构建与 完善 ，将

有 助 于 丰 富教育学、数学教育学在任务设计 领域 的理论研究，为 相

关理论的进一 步 发展提 供 新的视 角 和实 证支持 。

2.实践意义：为小学数学教 师 提 供 任务设计指导，促进学生核

心素养发展

本研究的实践意义在于，它将为小学数学教 师 提 供 一 套 科学、

系统 、 可操作 的单 元 挑战性任务设计思 路 、 原则 和 框架 。这将 帮助

教 师 更 好地 理解核心素养导向的教学理念， 克服 任务设计中的 困惑 ，

提 升其专业 素养。通过实 施 这些 经 过精心设计的挑战性任务，将有

望显著激 发学生的学习 潜 能，促进 其 数学核心素养的全面发展，提

升 课 堂 教学 质量 和效 果 。

三 、核心 概 念 界定

（一）核心素养

1. 广 义内涵

核心素养是指学生在 接受 教育过程中 逐步 形成的，适应个人终

身发展和社会发展所需要的，具有综合性、发展性和时代 特征 的必

备品格和关键能力。它强调知识、能力、情 感态 度与 价值 观的有 机

融 合， 旨 在培养学生学会学习、学会生活、学会 做 人、学会创 造 ，

从而应对 未 来世 界 的复杂挑战。

2.小学数学核心素养

根 据 2022 年版义务教育数学课程标准，小学数学核心素养主要

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包括 数学抽象、逻辑推理、数学建模、直观想象、数据分析和运算

能力。这些素养在小学阶 段 以 其萌芽状态或初步 形成的 状态呈现 ：

数学抽象：指 舍弃事物 非本 质 的 属 性， 把握事物 本 质属 性的思

维过程。

逻辑推理：指从一些 事 实和 命 题出发， 根 据 已 知 条件 ，运用数

学知识和逻辑 规则 推出新的 命 题的过程。

数学建模：指在真实情境中，运用数学的思维方 法 和 手段 ，建

立数学模型来解决实际问题的过程。

直观想象：指 借助几 何 图 形、 图表 等直观形式，建立 空间 观念，

认 识 事物 形 状 、位 置 、大小等数 量 关 系 的能力。

数据分析：指 收集 、 整 理、 描述 、分析数据，并从中 获取信息 、

作 出推 断 和 预测 的过程。

运算能力：指理解和 掌握 运算的意义、 法则 ，能 选择 合理 简洁

的计算方 法 ，进行 正 确、 迅速 的运算的能力。

（ 二 ）单 元 挑战性任务

1.任务的 定 义与 特征

在教育学 语 境下，“任务”通常是指要求学生在 特定 情境下，

运用所学知识和技能，通过一 定 的 认 知和实践活动来达成 特定 学习

目标的活动。 其特征包括 目标导向性、情境性、活动性和 评价 性。

一个有效的任务设计，能 够 引导学生主动 参 与，在 完 成任务的过程

中实 现 知识的内化与能力的提 升 。

2.挑战性任务的 界定 与要素

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挑战性任务是一 种 高 级 任务形式，它不仅要求学生 简 单 地 重复

或再现 知识，更需要学生运用 批判 性思维、创 造 性思维和高阶问题

解决 策 略来应对复杂、开放、非结构化的真实 或 模 拟 情境。 其 核心

要素 包括 ：明确的挑战目标、真实的复杂情境、 探 究性的解决 路 径、

多 元 的 资源利 用和多 样 的结 果呈现 。此 类 任务通常 没 有 唯 一的标准

答案 ， 鼓励 学生进行深度思 考 和个性化 表 达。

3.单 元 挑战性任务的 特 点

单 元 挑战性任务是挑战性任务在单 元整 体教学 语 境下的具体应

用。它具备挑战性任务的普遍 特征 ， 同 时 又 与单 元 教学的 整 体性和

系统 性 紧密 结合。 其特 点主要体 现 在：

整 体性：任务设计着 眼 于 整 个单 元 的学习目标和核心 概 念，而

非孤立的知识点。

关联性：任务能有效 串 联单 元 内多个知识点和能力要素，形成

有 机 的学习 链条 。

层级 性：任务 可 能 包含 多个 子 任务， 由浅入 深， 逐步 提 升难 度，

引导学生 循序渐 进 地完 成挑战。

情境化：任务创设真实 或 模 拟 的、与学生生活 经验紧密相 关的

复杂情境， 激 发学生的学习动 机 和问题解决的 欲望 。

核心素养导向：任务设计明确指向小学数学核心素养的 某 一方

面 或 多个方面， 旨 在通过解决任务促进素养的生成与发展。

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第 二 章核心素养、单 元整 体教学与挑战性任务的理论 审 视

一、核心素养的内涵与 价值

（一）核心素养的时代背景与生成

1.全球教育改革的 趋 势

进 入二 十 一世纪以来，全球 范 围内的教育改革浪潮 愈 发高 涨 ，

各国普遍 认 识到 传统 以知识 传 授为主的教育模式 已难 以适应 快 速 变

化的社会发展和 经 济 需求。面对知识 爆炸 、科技进 步 以 及 国际竞争

日 益 激 烈 的全球化挑战，培养学生适应 未 来社会发展所需的关键能

力和必备品格成为各国教育改革的 共 同 指向。联合国教科 文组织 、

经 济 合 作 与发展 组织 等国际 机 构 积极 推动素养教育，强调培养学生

的创新精神、 批判 性思维、合 作 能力和解决复杂问题的能力，这为

核心素养理念的提出 奠 定 了国际背景。

2.中国学生发展核心素养的提出

在此国际背景下，我国深 入 推进教育综合改革，响应时代发展

需求，于 201 6 年 正 式发布《中国学生发展核心素养》 总 体 框架 。 该

框架 立 足 于学生发展和社会进 步 的 双 重 考量 ， 凝 练 出 文 化 基础 、 自

主发展、社会 参 与 三 大方面六大核心素养，分 别 是人 文底蕴 、科学

精神、学会学习、 健康 生活、 责 任 担 当和实践创新。这一重大举措

标志着我国教育从“知识本位”向“素养本位”的深刻转 变 ， 旨 在

培养 德智 体 美劳 全面发展的社会主义建设 者 和 接 班 人。

3.核心素养对教育教学的指导意义

核心素养的提出，为我国 基础 教育课程改革指明了方向，具有

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深 远 的指导意义。它强调教育的育人 功 能，引导教学 回归 教育本 质 ，

关注学生在真实情境中分析问题、解决问题的能力。核心素养不仅

是学生学习成 果 的综合体 现 ，更是教 师 教学设计、课程实 施 和学生

评价 的重要 依 据。它促 使 教 师 从单一知识点的讲解，转向 整 体性、

情境化、问题化的教学设计，以促进学生高阶思维和综合能力的培

养，从而实 现 教育教学 质量 的 整 体提 升 。

（ 二 ）小学数学核心素养的构成与 特征

1.数学抽象、逻辑推理、数学建模

小学数学核心素养是核心素养在数学学科的具体化体 现 ， 根 据

《义务教育数学课程标准（2022 年版）》的 阐 述 ，主要 包含 六个方

面。 其 中，数学抽象是指通过对 现 实世 界 中的数 量 关 系 和 空间 形式

进行分析、 概括 、 符号 化、形式化，形成 概 念、 命 题、方 法 和体 系

的过程。逻辑推理是指从一些 事 实和 命 题出发， 依 据逻辑 规则 推出

新的 事 实和 命 题的过程。数学建模 则 是指面对 现 实问题时，通过发

现 、提出、分析问题，建立数学模型，求解模型， 检 验 模型的合理

性，并进行解 释 与推 广 的过程。这 三 项 素养体 现 了数学 作 为一 种 思

维方式的本 质特征 ，强调学生对数学知识的深度理解与应用。

2.直观想象、运算能力、数据分析

直观想象是指在 头脑 中建立 几 何 图 形 或 数 量 关 系 的 表 象，并通

过 空间 想象、 几 何直观等进行思 考 和解决问题的能力。它不仅 限 于

几 何 领域 ， 也 体 现 在对数 量 关 系 的直观 感受上 ，是数学思维的重要

组 成 部 分。运算能力是指理解运算的意义， 掌握 运算方 法 ，准确 地

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进行计算，并能合理 地选择 运算 工 具，解决实际问题的能力。数据

分析 则 是指通过对数据进行 收集 、 整 理、 描述 、分析和解 释 ，从而

发 现规律 、 作 出 判断 、 预测未 来 或 解决问题的能力。这 三 项 素养更

侧 重于学生在具体 操作 和解决实际问题中的 表现 ，是数学应用 价值

的直 接 体 现 。

3.核心素养的 整 体性与发展性

小学数学核心素养是一个 相 互 联 系 、有 机统 一的 整 体，而非孤

立 存 在的 碎片 化技能。六 项 核心素养在数学学习过程中是 协同 发展、

螺旋 上升 的。例如，在解决实际问题时， 既 需要数学建模能力， 也

需要逻辑推理和运算能力， 同 时 可 能 借助 直观想象。这 种整 体性决

定 了教学设计应着 眼 于学生综合素养的培养， 避免 单向度的 训练 。

核心素养具有发展性，它贯 穿 于学生数学学习的全过程，在不 同 学

段呈现 出不 同 的 表现 水平 ，需要教 师 在教学中 循序渐 进 地 引导学生

发展。

（ 三 ）核心素养导向下的学习观与教学观

1.从知识本位到素养本位

核心素养的提出促 使 我 们 重新 审 视 传统 的学习观和教学观。在

知识本位时代，学习主要被视为知识的 记忆 与 积累 ，教学 则 偏 重于

知识的 系统 讲解与 灌输 。素养本位下的学习，更 加 强调知识的理解、

运用和 迁移 ，以 及 在此过程中形成的 积极 情 感 、 正 确 价值 观和关键

能力。教学的目标不 再 仅仅是 让 学生 记 住什么 ，而是要 让 学生学会

如何学习、如何思 考 、如何解决问题，以 及 如何成为一个全面发展