相较于传统的课时作业，单元作业在优化课堂教学效果、评估单元作业总量、反馈学生认知水平、落实学科核心素养方面具有明显优势，其能够基于一定的思想性和技术性指导，以更加适切的设计和实施助力学生科学素养提升。新课标背景下，小学科学单元作业的设计与实施要聚焦学科核心概念，立足学生的科学素养发展，精准施策，充分发挥学科育人功能，做到“依据课标，理解单元学习内容；梳理学情，提炼单元作业目标；系统嵌入，精排单元作业布局；面向全体，巧设单元作业内容”。
《义务教育科学课程标准（2022年版）》（以下简称“新课标”）指出，科学课程要“聚焦学科核心概念，精选与每个核心概念相关的学习内容，设计相应的系列学习活动”“注重单元之间、册次之间、学段之间的衔接，体现核心概念及其进阶，促进学生形成对所学内容的完整认识”。[1]作为科学学习活动与学习评价的重要组成要素，科学作业同样要聚焦学科核心概念，进行整体统筹设计。
小学科学单元作业包括课时科学记录和单元探究性活动等多种形式，能为科学学习的预备、落实、延伸等需求提供必要保障。[2]其中，课时科学记录一般以活动手册的形式体现，侧重课时科学概念的应知应会与探究实践技能的规范性；单元探究性活动一般会引导学生综合应用整个单元所学的科学概念、科学思维等，在科学问题的进一步研究和解决中，重演或延续课上科学探究实践过程，深入理解各课时科学概念之间的联系和科学思维的进阶关系、态度责任的发展逻辑，能更好促进学生由知识的保持转化为知识的迁移[3]，实现由科学概念到学科核心概念、跨学科概念、科学观念的层层跃升，进而促进学生科学素养的提升。
除此之外，与传统的课时作业相比，单元作业还能更加精准地锚定“教—学—评”一致性的“靶心”，全面、系统地对单元学习的总量、形式、关联等进行把控，在优化课堂教学效果、评估单元作业总量、反馈学生认知水平等方面具有明显优势。
单元作业设计集思想性和技术性于一体，小学科学单元作业的设计与实施，要深入理解新课标的相关内容，充分权衡课程目标、学生学情、作业总量、作业形式等多方面关系，研习作业设计技术，助力学生科学素养的提升。
一、依据课标，理解单元学习内容
课程标准是规范和指导学科教学活动的纲领性文件。新课标秉承“少而精”的原则，从全部课程内容中提炼出13个学科核心概念，下设54个学习内容作为分支线统领学习进阶，并具体描述了相应的内容要求与学业要求。准确把握新课标要求，有助于教师理解单元学习内容，进而为单元作业设计与实施提供依据。
以“植物”单元为例，该单元选自教科版小学科学一年级上册，是学生步入小学后正式开始科学学习的开篇。由新课标可知，“植物”单元要从常见的植物入手，培养学生运用多种感官进行观察的能力，为其他探究实践做准备。通过观察获取周围植物的典型外部形态等特征，依据可观察的现象，描述、概括植物生存生长所需的条件，进而为后续形成学科核心概念“（五）生命系统的构成层次”“（六）生物体的稳态与调节”奠定基础。
这一单元对应新课标1～2年级的3项学习内容，依次为：5.1生物具有区别于非生物的特征；5.2地球上存在动物、植物、微生物等不同类型的生物；6.1植物能制造和获取养分来维持自己的生存。在内容要求上，对应：举例说明动物和植物都是生物；说出周围常见植物的名称及特征；说出植物的生存和生长需要水、阳光和空气。在学业要求上，对应：认识周边常见的动物和植物，并简单描述其外部主要特征；能结合动物和植物的外部特征，比较动物和植物的异同；能利用多种感官观察身边常见生物的外部形态特征；通过观察，对常见的动物、植物的外在特征产生探究兴趣；认识到植物、动物的生存需要外界环境的帮助，能依据可观察的现象，描述植物生存和生长的条件。
为了达成上述目标与要求，现行教材中编排了6课内容（图1）。
第1课《我们知道的植物》围绕单元学习主题“植物”，整体侦测学生的前概念，初步认识和识别生活中的植物。第2～4课引导学生按照从整体到局部的顺序，通过看、闻、摸等方法观察一棵植物。其中，第2课《观察一棵植物》让学生通过对根、茎、叶等营养器官的观察，系统地认识一棵植物，初步认识植物的外形特征；第3课《观察叶》、第4课《这是谁的叶》专门聚焦营养器官“叶”，由“类”到“个”，引导学生基于观察进行比较，先认识不同植物具有的相同结构特点，再结合叶的外形特征分辨“这是谁的叶”，认识叶的多样性。第5课《植物是“活”的吗？》在总结前4课种植体验和知识学习的基础上，引导学生指出“植物是‘活’的”的证据，使学生认识到植物具有“生长”特征和“需求”特征，帮助学生逐步建立起“植物是生物”的概念。第6课《校园里的植物》组织学生观察、记录和认识校园里的植物，既是对前几课所学观察和记录方法的统筹运用，也是对单元学习的整体回顾。
二、梳理学情，提炼单元作业目标
除了分析单元学习内容外，了解和梳理学情是教师设计和实施教学活动、制定教学或作业目标的另一个重要依据。学情指学生在学习前或学习过程中所表现出的规律性特征，能反映出学生在相应学习阶段中的知识储备、认知水平、能力发展等方面信息。准确把握学情有助于教师提高作业设计与实施的合理性与可行性，更加精准地评估作业用时、作业难度和作业质量。
在新课标的指导下，学情分析同样可以从不同的核心素养维度入手。“植物”单元教学前的学情分析可概括为：
科学观念：人类生活离不开植物。初入小学的一年级学生对植物有一定的认识，部分学生能列举出多种常见植物的名字，知道花草树木、水果、蔬菜都属于植物，但多数学生对植物的外部特征认识比较粗浅，不能准确将常见植物的名字与植物进行匹配，难以根据外部特征判断植物名称。多数学生知道植物是有生命的，但很难从不同角度列举出相关证据。
科学思维：多数学生能通过口述的方式表达自己的零散发现，在幼儿园有用画图的方式进行记录的经历，但画图过程无法与前概念形象完全脱离，画图水平有限。
探究实践：对“植物是生命体”的认识依赖于观察，比较也需要在观察中进行。部分学生有种植经历，但极少数学生进行过长周期种植与观察。学生普遍较熟悉用眼睛看的观察方法，尤其容易被具有明显视觉冲突或差别的植物外部特征吸引；有用手摸的欲望，但缺少把“用手摸”作为观察方法的意识；在生活中有用鼻子闻气味的经验，但未学习过“扇闻法”。
态度责任：在好奇心驱使下，对植物世界和常见自然现象表现出直觉兴趣，乐于分享和表达自己的想法；大部分学生缺少利用证据证明和解释个人观点的意识。
单元学习内容编排目的与实际学情之间的差距，要通过“最近发展区”的教学活动来缩减，而从教学活动中挑选出的、确实需要在课上或课后以作业形式辅助、巩固、拓展的部分，仅占少数。这一部分所要达成的目标，便是作业目标。“植物”单元的主要作业目标如表1所示。
三、系统嵌入，精排单元作业布局
在单元作业的设计中，教师要参照教学计划充分评估学科教学需要，借鉴嵌入式系统化作业理论，从单元整体上认识各课时在单元系统中的地位以及在单元教学目标达成、单元学习方法实施等方面的独特性，将作业嵌入教学全过程、融通课堂内外、形成协同育人合力[4]，同时还要严格落实“双减”相关要求，全面压减作业总量和时长，不可因过度强调作业的丰富性、多元化而忽略了对总量的统筹。
以“植物”单元为例，各课时在教学内容上虽然各有侧重，但都主要围绕“5.1生物具有区别于非生物的特征”这一学习内容循序展开。教师在设计单元作业布局时，就要系统地将单元作业嵌入指向核心概念的教学活动，整合“活动手册+自选活动”“课上+ 课后”“校内+校外”“家校协同”等多形式、多时空、多途径的作业设计，布局作业主题、作业类型、作业内容的分层以及作业实施的时间、地点、预估时长、上交形式等（表2）。
与传统书面作业中的摘、写、誊、抄不同，新课标背景下的单元作业设计特别注重实践性。“植物”单元作业共包括9项，除作业5引导学生收集证明“植物是‘活’的”的证据属于依据科学现象进行科学判断外，其他作业都有具体的实践活动与之相对应，通过实践活动，逐步达成单元作业目标。从作业总量上看，整个单元教学周期约2个月，课后必做作业总量用时约30分钟，其中种植1次，约10分钟，观察记录6次，每次约3分钟；课后选做作业总量按不同自选任务，需要20～240分钟（含自选项目报告用时约180分钟），将各项作业弥散在各周末及小长假、寒暑假，频次与单次时长都较为合理。
四、面向全体，巧设单元作业内容
义务教育要面向全体学生。单元作业设计中的“面向全体”，正是在单元作业布局的统筹下，在具体的单元作业内容中体现的。这里的“面向全体”，不仅包括“面向全体学生”，还包括“面向全体学生的更多可能性”。“面向全体”就是要充分考虑学情，努力满足不同学生的学习需求，并为其科学素养的提升提供足够可能。
第一，以活动手册为主体，重构课上作业。
科学教学一般以探究实践活动为主，观察和记录能力是学生顺利完成探究实践活动的基础性关键能力。活动手册作为以科学记录为主要功能的、现行教材的配套教辅，能较好地满足日常教学的记录需求。尤其是对于低年级教学，要着重利用课上时间指导和训练学生通过画简图进行记录的能力，引导学生准确、具体、有序地进行观察和描述。这里需要特别说明，新课标的颁布并不是对现行教材或活动手册的否定，依据新课标进行单元作业设计，不可脱离或舍弃现行科学教材和活动手册，而要以单元的视角做好保留和改组。
笔者在执教“植物”单元的过程中，绝大多数课上作业都选自现行活动手册。对于可进一步优化的内容，可以将现行活动手册的内容作为基础，进行重构。如《校园里的植物》一课，活动手册在要求学生画出几种校园里的植物的简图时，忽略了低年级学生在画图时往往会无意识地将观察到的植物外部特征和印象中、想象中的植物外部特征相结合，导致绘制的植物简图“失真”，很难达到让学生真正认识植物外部特征的目的。为此，可根据校园中植物的种类，提前准备好校园地图和植物图卡，让学生在“校园植物大搜索”（图2）的实践活动中进一步补充了解叶缘、叶序等知识，通过观察和比较把植物的名称粘贴在校园地图的对应位置，最后再结合实践中的收获完成活动手册的记录。这样的补充和优化不仅增强了低年级教学中教师的指导性，还引导学生在实践中体会到人类与植物共同生存在地球上，两者相互作用、相互影响，植物可以美化人类的生活环境，有助于单元态度责任目标的达成。
第二，以弹性选择为预案，协调课后必做作业。
在单元作业中，可根据教学需要将与课堂教学关联紧密又无法在课上完成的内容作为课后必做作业。对绝大多数地区和学校而言，现阶段科学学科课后作业的完成度并不乐观，为了让尽可能多的甚至是全部学生都能达到下一阶段学习内容或学习进阶的预备要求，教师在布置此类作业时，要做好充分的补救预案。比如，新课标明确将“观察常见的植物”作为1～2年级学生必做探究实践活动，为了落实这一底线标准，便于学生在真实的种植和观察体验中获取“植物是‘活’的”的证据，活动手册在第1课就安排了“种植和观察记录植物的生长情况”这一作业，本项作业的完成情况直接影响第5 课的教学效果。考虑到一年级学生很难全员参与，教师便将本项作业设计为必做分层作业，将“课后种一棵大蒜或萝卜”这一作业按照由易到难的顺序分解为“观察班级统一种植的植物并记录”“由成人种植，学生课后进行观察记录”“在成人指导下，课后自行完成种植与观察记录”三项分层作业，弹性要求学生的参与程度。
第三，以素养立意为宗旨，供给分层拓展作业。
与基础性作业相对应，课后选做作业要通过科学阅读、实验探究、动手制作、种植养殖、参观体验、社会调研、课题研究等不同形式促进学生持续进行科学学习。此类作业一般安排在单元末或法定小长假、寒暑假进行，教师要尽可能通过相同或相近主题的分层作业为学生提供作业菜单，让学生自选完成作业。
在“植物”单元课后自选作业设计中，“亲近自然，App带你探访植物世界”针对学生在踏青时常遇到的不认识的植物多、家长回答难度大的情况，设计亲子共学、利用App查询植物相关信息并绘制植物卡的任务，是否参与及完成多少均由家长和学生自行决定。本活动除了能让学生通过实地观察认识更多户外常见植物的名称及其特征，扩充知识容量外，还能引导学生初步使用简单的技术手段获取信息，使其具备初步的收集信息的意识。App的介入以学生喜闻乐见的信息化手段，为学生用科学词汇描述植物的外部特征提供示范和指导作用，让学生在实际的问题解决中体会到科技进步给人类生活带来的便利。
再如“太空植物到我家”的作业设计，共分为三个层级供学生自选。课后时间较紧张的学生可以只观看视频《种子“上天入地”的神奇之旅》，增长见识、培养兴趣；乐于体验种植的学生可以认领太空种子进行长周期的种植、养护和观察记录，为3～4年级必做探究实践活动“种植一株植物，并观察其一生的变化”做好学习进阶准备；学有余力的学生还可以基于一个具体问题进行相关小课题研究，对比研究太空植物与普通植物的生长差异，通过长周期的科学探究重演科学家的科学研究过程。在本项作业的实施中，学生能在切身的种植实践中经历观察、记录太空种子从种子萌发到开花结果的全生命周期，弥补课堂教学中因各个植物器官的学习分布在不同课时而导致的认知割裂、静态的问题。从高阶认知能力中意义建构的视角看，长周期的种植体验和观察能帮助学生理解植物体各部分之间的相互关系以及各部分与总体结构之间的关系，为下一个进阶学习中理解各个器官的外部形态和内部结构相互支持协调、构成植物体的各个组成部分双向供给并互为存在条件奠定基础[5]，有利于学生科学观念的逐步形成。从植物种植关联到太空育种，还能引导学生认同我国航天育种取得的傲人成绩，激发爱国心和民族自豪感，实现态度责任与科学观念、科学思维、探究实践的协调发展。
当然，作业实施后，教师对学生的作业完成情况进行评价和反馈十分必要。对于完成较好或研究较有典型性的学生，教师可结合单元主题进行适宜的特色奖励，如“植物”单元作业评价，可奖励学生担任一周植物管理员、收割班级植物作物、赠送给学生植物种子或带有教师签名的自制植物书签等，实现作业与评价的主题化闭环；还可以邀请一些学生将自己完成作业后的收获向全班同学分享，以作业评价促进科学学习的持续发生，建构学科育人的长效机制。
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