大单元教学模式来自对人的学习过程的理解，是为了适应人的学习过程做出的教学过程和方法安排。作为大单元教学模式，有三个基本的要素，即关于学习或教学的教育哲学、关于人的学习过程的基本假设和基本的操作策略。比如，杜威以其经验主义教育哲学构建的“教学五步法”。教学模式有多个层次，这里不详细讨论一般的教学模式问题，而主要讨论探究式大单元教学模式及其下位的探究式教学模式。
根据教学模式的三个基本要素，我们先对探究式大单元教学模式做简要分析。
从教育哲学层面看，关于科学及其科学本质的认识经历了重大的转变，科学发现从归纳的过程到发现的过程。现代科学哲学强调了人的主动性，强调了主动建构在科学发现中的作用。同时，建构主义心理学的发展也促进了对科学探究本质与过程的认识。正是由于这种哲学的、心理学的变化，才有了科学教育从知识的教育，到过程的教育，再到科学探究的转变。
从学习过程的假设与教学策略看，关于探究的过程，一般认为需要经历提出问题、提出假设、设计方案、收集证据、解释结果、表达与交流等过程。虽然不同的人对科学探究过程表述有所不同，但基本的要素或过程是一致的。由于有这样的共识，所以人们就以这样的过程作为科学探究式教学的依据，让学生经历科学探究的过程成为基本的教学策略，这也就是所谓的科学探究式教学模式。
实践表明，把探究的过程环节作为一般模式的依据不是一个好的选择。那又该如何建构探究式教学的一般模式呢？这还需要回到教学模式的三个要素上来，回到科学探究的本质上来。探究式大单元教学基于建构主义心理学和现代科学哲学，强调学习者主动建构，强调像科学家一样做科学。既然是探究式教学模式，那就应当体现探究的本质，所以以科学探究本质的要素作为过程安排可以是我们的选择。
这样，探究式大单元教学模式基本过程不再是具体的探究环节，而是体现科学探究本质的基本过程：
1.提出问题
通过问题情境引导学生提出问题。问题可以是学生提出，也可以是教师提出。但为落实探究要求，问题应尽可能让学生提出，教师应在学生提出问题的基础上引导学生对问题进行梳理，最后形成探究的问题。需要注意的是有时探究活动并不是从问题开始，而是一个任务，问题包含在任务中，尤其在低年级。比如，在探究昆虫的特征时，一开始可以给学生一个任务，要求学生观察小动物的标本或图片并进行分类，有关“昆虫有哪些共同特征”的问题就包含在任务当中。
2.形成假设
根据问题提出假设。需要注意的是，假设有不同的层次，也有不同的形式，教师应根据不同的问题和特点予以把握。还需要注意的是，有些活动过程并没有明确的假设的形式，而是一个尝试性活动，尝试过程是不断进行假设检验的过程。比如上述探究昆虫的例子就是这样，学生在尝试分类的过程中就经历着假设并反复修正的过程。
3.寻找证据
寻找证据一般需要经历设计方案、实施方案的过程，根据不同的问题，寻找证据的过程有很大的不同，比如，形式有很大的不同，有的是观察，有的是调查，有的是实验，有的是搜集资料等。复杂性程度也有不同，有的很简单，有的很复杂，有时还需要对方案进行反复调整。这些都需要根据问题和要求而定。还需要注意，有的探究活动并没有独立的寻找证据的过程，而是与尝试性活动合二为一。
4.做出解释
要做出解释，需要选择适当的方式对证据进行整理，要通过逻辑的方式对问题或现象做出说明，并用适当的方式表达结果。在小学阶段很多问题比较简单，有一些解释只需要简单的说明，但不管简单还是复杂，这一过程对大单元教学科学探究来说始终是非常重要的。解释是科学探究的本质要求，寻求对自然的解释是探究的出发点和归宿，也是对探究过程和探究结果进行反思的过程，而且通过解释还能促进学生迁移和解决问题能力的提升。
以上基本过程既能保证探究过程体现探究本质的要求，又可以避免探究过程的形式化，因为这四个方面不是具体的探究环节，具体的环节需要教师根据问题特点和要求进行选择、设计、细化，这样学生的探究就不再是固定不变的程序。当然，这一过程也不是线性的，之间需要有反复的过程。另外还需要注意的是，在一些探究活动中，这些过程并不独立存在，而是以组合的形式出现。
实践和对话不是探究过程中的某个环节，而应体现在探究的每个阶段，也就是说不管是形成问题、提出假设还是寻找证据、做出解释，探究的每个阶段都需要实践和对话两类活动。比如，形成问题时可先组织学生开展一个尝试性活动引出学生的问题，再通过讨论确定探究的问题，前面的尝试性活动是实践活动，而讨论确定探究问题就是对话；在提出假设时，也可以小组合作或个体提出假设或方案，再通过讨论形成若干有共识的假设，前面的过程是学生的实践活动，后面是对话；寻找证据和做出假设同样如此，活动开展过程都可能有两类活动形式。
我们强调学生经历探究，但并不排斥其他学习方式，在实际大单元教学中到底采用怎样的方式，需要根据具体的内容和学习要求确定。在实际的单元教学中也没有纯粹的某种教学方式，而是多种教学方式的混合物。
（二）探究式大单元教学模式的应用
在应用探究式大单元教学模式时需要做好以下四个方面的工作：问题引入、活动设计、过程安排和研讨交流。
1.问题引入
要落实探究的要求，不仅要注意活动的设计，还要注意问题产生或引入。因探究活动都是从问题开始的，所以大单元教学设计中，通过问题情境的安排，引导学生发现问题，从而围绕问题开展研究是重要的环节。比如，关于不同导体电阻的教学中，教师通常会安排一个情境，把两段不同的导体接入电路，让学生观察小电珠的亮度变化，再组织学生开展讨论，逐步引导到导体电阻大小的问题。这样的过程很重要，不仅能激发学生的兴趣，而且可以让学生更加清楚需要研究的问题和完成的任务，对整个探究过程有引领的作用。
在实际教学中，问题大多来自教材等学习材料，或由教师提出。但教材中的问题或教师提出的问题需要转化为学生的问题，只有成为学生自己的问题，探究才会更有效。设置问题情境的目的就在于把教学内容转化为学生的问题，让问题在探究过程中由学生提出或选择。问题是否由学生提出或选择，对学生的主体意识、学习动机、思考的程度等都会有很大的影响。
关于问题情境的安排有两个方面需要注意：一是问题的引入方式；二是对问题的讨论。先看一个不同问题引入方式的例子。
方式1：教师出示一张纸和一小石块，然后把纸张折叠成小方块，再把纸和小石块同时举到相同高度，让学生猜谁先落下，并说出理由。这时学生通常会说石块先着地，纸晚着地，因为石块重而纸张轻。而当纸张和石块几乎同时着地时，与自身的经验不一致，引起学生对影响物体下落快慢因素的思考，引出研究的问题。
方式2：在引入影响物体下落快慢因素的问题之前，教师安排了一项学生活动，给学生每人发一张纸，让学生以小组为单位比试一下，谁把纸扔得最远。之后再让各小组扔得最远的学生比试。在比试之后，组织学生交流自己的体会，发现了什么问题或有什么疑惑。由于有实际的经历，很容易体会到纸张运动快慢与空气阻力的关系，然后再转换到影响物体下落快慢因素的问题上来。
这两种方式都是可行的，但仍有些许的差异。方式1是通过一个情境揭示事实与经验的矛盾，从而激发学生的认知冲突，引出问题。学生的思维集中在教师设定的范围内，指向明确。但接下来学生的关注点可能会集中于物体大小上，还很难把物体下落与空气阻力联系起来，若要让学生了解空气阻力的影响，需要把纸张和用纸折成的小方块进行对比，或开展方式2中的活动。在方式2中，由于学生在参与活动过程中对空气阻力的影响有直接的体验，费一点时间，但再转换到物体下落快慢的问题时，学生就很容易与空气阻力联系起来。从这个例子可以看到，问题情境的方式不同，解决问题的路径也会有区别。
在上面的例子中，问题的指向很明确。但也有一些情境中，问题的涉及面很广，这时就需要对问题进行讨论梳理。比如，有教师在“观察蚂蚁”的教学时，开头问了这样的问题“关于蚂蚁你们希望探究些什么”？学生根据经验和兴趣提出了如下问题：
蚂蚁的身体可以分成几部分？蚂蚁会说话吗？蚂蚁什么东西都吃吗？蚁后可以活几岁？蚂蚁家族按什么来分工？它们有幼虫期吗？只有蚁后生小宝宝吗？蚂蚁是有益的还是有害的？白蚁就是变白的蚂蚁吗？蚂蚁的巢穴在哪？蚂蚁会偷吃庄稼吗？
面对这么多的问题，我们需要做的是组织学生对问题进行分类、整理，确定能探究的问题和探究的顺序。关于蚂蚁的问题，我们可以从蚂蚁的身体特征、生活习性、生命周期、种类等方面进行分类，然后根据学生的需要确定探究问题和次序。
组织学生开展探究活动，不仅需要有问题，而且需要有质量的问题，要让学生有强烈的主体意识。事先的尝试是重要的策略，也就是在确定探究问题之前组织学生开展一些尝试性的活动。比如，“谁下落得快”例子中方式2就是一个尝试性的活动。通过尝试，能最大限度地调动学生的经验和知识，从而做出自己的判断，提炼自己的问题。下面是事先安排尝试活动后学生提出问题的例子。
在探究植物生长需要阳光的主题之前，教师组织学生开展一段时间的观察活动，要求学生选择一些植物，置于不同的地方（阴暗和阳光充足等不同条件），进行一段时间的观察，并定期做好记录。经过一段时间观察后，教师组织学生进行了讨论，学生提出了以下问题：
问题1：同时播种，为什么有的种子出芽快，有的种子出芽就慢呢？
问题2：为什么放在阳光下的刀豆没发芽，放在黑暗中的刀豆反而先发芽了呢？
问题3：为什么我们每天给刀豆种子浇水，它反而没有发芽呢？
问题5：为什么长在黑暗中的刀豆茎长，叶子是黄色的？
问题6：为什么长在阳光下的刀豆茎短，叶子是绿色的呢？
问题7：为什么阳光中的小白菜总是倾斜地往一个方向生长？
问题8：为什么刀豆、小白菜刚开始生长的两片叶子像爱心一样的，后来就不是这种形状呢？(www.xing528.com)
问题9：为什么黑暗中的小白菜一开始是笔直向上生长的，后来长得就东倒西歪了呢？
问题10：为什么有的刀豆开出的花是紫色的，有的刀豆开出的花是白色的呢？
可以看出如果没有经过尝试的话，学生根据原有经验是提不出这么多问题的。经过尝试既能获得我们希望研究的问题，比如，问题2、3是关于种子发芽的条件；4、5、6、9是关于植物生长与阳光的关系；7是植物的向光性；8是植物生命周期中形态的变化。而且，经过尝试，学生的问题更具体，更有针对性。值得注意的是，学生经常是提“为什么”的问题，我们需要对学生的问题进行转换，比如问题2可转换为种子发芽需要阳光吗？问题3转换为每天都浇水的刀豆不发芽的原因是什么？这种转换缩小了探究的范围，使探究的问题更加明确。
引入问题的方式很多，只要能激发学生的兴趣，有效地引导学生开展探究，就是合适的。教师需要根据具体教学内容，按照学生经验和认知水平，做出合理的设计和安排。
2.活动设计
丰富学生的实践经历也是探究式大单元教学模式的基本要求。倡导探究式大单元教学就是希望学生像科学家一样做科学，通过主动尝试去建构概念，发现规律。不过，在这方面个别教师在认识上存在不足，认为所谓学生探究就是让学生经历观察、实验、考察、调查等活动。这里需要再次强调，要让学生真正经历探究过程，除这些操作性活动之外，还应包括形成问题与假设、设计方案，选择实验材料，安排实验步骤等。只有当这些活动由学生主动参与时，才是真正地探究，如果这些活动都是由教师来完成，学生只是按教师的要求进行操作，那这样的教学过程本质上还是接受式的，不过是通过做实验让学生接受而已。所以，除了观察、实验等操作性实践活动外，还要引导学生经历提出问题和假设、设计研究方案、做出解释等活动，让他们尽可能多地主动参与探究的全过程。
还需要强调的是，我们要重视学生假设、推理的经历。对于假设活动，我们教师相对重视，当然，在对假设理解和过程处理上还需要提升，而对推理活动明显不足，在活动设计和教学中需要强化。下面的例子是笔者曾就物体下落问题在小学三年级做过的一个试验，以四个活动展开：
①讨论小铁块、小木块、橡皮、纸张谁下落得快，并进行实验观察。
②扔纸张游戏，比一比谁扔得远。
③改变纸张下落的快慢并做出自己的解释。
④推测如果空气阻力越来越小，几乎消失时，纸与小木块、橡皮等物体将怎样下落？
通过讨论，全班基本达成共识：认为小铁块下落最快，木块与橡皮差不多，纸张下落最慢。实验结果为纸张下落最慢，而小铁块、小木块、橡皮的下落快慢不太容易分辨出来。实验结束后我没做评论，而是组织同学们做扔纸张的游戏，在扔的过程中，同学们慢慢体会到空气在起作用，把纸张揉成团可以扔得很远。接着再让同学们改变纸张下落的快慢就没有难度了，很多同学也能用空气阻力来解释。接着，我引导孩子思考：如果空气阻力变小，纸张下落快慢会怎样？如果阻力越来越小，几乎消失时，那纸张和小铁块、小木块、橡皮等物体下落快慢会怎样？到这里，几乎全班同学异口同声答道：“一样快！”需要注意，这个结论是同学们通过推理得出来的。
这个例子实际上是以假设和推理为主线的活动，学生在其中经历了较充分的假设、推理过程，我们从中感受到学生的思维过程和思维的活跃程度。其中的推理过程就是伽利略的理想实验方法。当然，推理不止存在于理想实验中，在获得结论、对问题做出解释的过程中都需要用到推理的方法，在探究四季成因中概括出四季的成因需要推理，解释不同区域季节的差异也需要推理。在现实中，个别教师对实验过程很重视，却用实验事实概括结论，用探究结果解释现象草草了事。
除了从探究过程关注学生的参与外，我们还可以通过操作性任务来强化学生的实践。所谓操作性任务不是学习目标本身，而如果完成了操作性任务，那就达成了学习目标。比如，完成了某一区域的气温变化折线图，那学生就比较清晰地了解了该区域温度变化的规律。
3.过程安排
过程安排需要体现探究的内涵，体现探究过程的基本要求。在第二章中讨论了通过任务分析设计探究活动的方法。通过任务分析可以比较清晰地反映学习的条件，能确定达成最终目标的子目标，并由此确定实现最终目标所需要的学习（教学）活动。但这里还有一个十分重要的问题需要注意，就是如果按照任务分析的结果按部就班地安排活动，那么教学活动就容易被分解为一个个小的步骤，教学也容易成为传授知识的过程。
那如何避免过细的教学步骤，避免教学过程成为知识传授？活动的整体性安排是解决这一问题的有效策略，通过活动的整体性安排使整个教学过程体现探究的内涵和过程性要求。其中两点是关键，一是问题引领；二是活动与活动之间的联系。下面以《四季的成因》为例进行讨论。以下是根据任务分析方法获得的活动设计。
活动一：收集、交流本地区和其他地区季节与季节变化的资料，结合生活经验寻找反映季节与季节变化的关键特征——气温+收集本地区（上海）和其他一些地区（北京、悉尼）某一年中气温变化的数据，制作气温变化折线图，寻找不同地区一年中气温变化的相同点和不同点。
活动二：交流太阳高度变化的资料，结合生活经验讨论一天和一年四季太阳高度变化与气温变化关系，寻找气温变化与太阳高度变化的联系。用射灯和黑卡纸袋（三个等大方块黑卡纸袋，袋中插温度计）做太阳高度与气温关系的模拟实验。
活动三：模拟地球绕太阳公转，观察地球不同区域太阳高度的变化，结合图示解释季节变化和不同地区季节的差异，比如上海与北京同一季节气温的差异，上海与悉尼同一时间季节的差异。
三个活动可以独立开展，每个活动都能在一定程度上体现探究式大单元教学模式的要求，但它们是相互联系的，从整体上把握和组织才能更好地落实探究的目标。整体活动过程可以做这样的安排：
（1）引出问题，开展初步讨论
引出关于四季的问题，组织学生交流讨论对四季和四季变化的经验，猜测四季变化的原因，并对已有经验和观点进行初步梳理。这个过程可以放在课前，或前一节课的一部分时间。同时，可给学生布置一个任务——收集本地区和其他地区季节与季节变化的资料，特别是一年中月平均气温的资料。
（2）实施活动一
组织学生交流收集的有关季节的资料（教师应做适当补充），并对季节变化及不同地区季节差异进行整理，指导学生制作不同地区的月平均气温折线图，寻找不同地区一年中气温变化的相同点和不同点，再通过交流讨论达成共识。过程中教师要不断提醒学生思考季节变化和不同地区季节差异的原因。
（3）再次讨论四季的成因
在活动一的基础上，组织学生再次讨论形成季节变化的原因，让学生提出猜测。在实践中发现，学生的猜测有地球公转、太阳高度（照射方向）、地球距离太阳的远近、地球自转等。前两个猜测正是四季成因的关键，而后两个猜测与四季的变化没有多大关系。教学中可以先讨论后两个，对地球自转这一猜测只要组织学生讨论就可解决；地球距离太阳的远近这一猜测，是学生依据经验（靠热源近温度高，离热源远温度低）获得的结论，因为通过实验对这一因素进行研究比较困难，我们可以做简单处理，通过陈述北半球夏天离太阳远冬天靠太阳近的事实来排除（也可以在做了太阳高度实验之后回过头来通过模拟实验进行研究，可视学生的兴趣而定），通过事实说明在宇宙空间，地球与太阳的距离不是影响地球不同区域温度的决定因素。在解决了远近和自转问题之后，可组织学生对前两个问题开展深入讨论，讨论之后，实施活动二和活动三。
（4）实施活动二和活动三
学生提出地球公转和太阳高度两个猜想，但并不能表明他们对自己提出的问题有多深的理解，他们大多只是听说或从网络或科普书上看到过，大多数学生把它们作为两个独立的原因提出来，表明他们不清楚二者的关系。对于太阳高度，可能部分学生有来自经验的思考，包括一天中太阳高度变化和一年四季太阳高度变化的经验，在活动过程中，教师可根据学生的交流判断。在充分讨论之后，教师可组织学生实施活动二和活动三，这里可以由教师统一组织，先开展活动二，在完成活动二之后再过渡到活动三。也可以根据学生的意愿分成两部分，一部分学生关注了太阳高度，可先做活动二，完成之后引导他们思考为什么太阳高度会发生一年四季周期性变化，再过渡到活动三。对于一开始就主张地球公转的学生，可先让他们按自己的方法进行尝试，在发现问题之后再回到活动二上，然后再梳理或继续尝试研究太阳高度变化与公转的关系。对后一种方式，教师需要有很高的驾驭课堂的能力，但更能体现探究的内涵。对于活动三，因有相当高的要求，只有部分学生能真正领会，所以集体教学中也可仅开展活动二，而把活动三作为部分学生的拓展活动。
（5）整理、解释
对整个活动进行整理，形成四季成因的解释模式，并对季节的形成和不同地区季节的差异做出一定的解释。
从以上活动过程安排可以看到，活动的整个过程以四季成因这一问题为主线，贯穿始终，每一个活动之后都回到这一问题上。同时，充分注意到活动与活动之间的内在联系，注意了活动与活动之间的转换。按以上活动安排，学生将经历从问题到解释的完整的探究过程，而不是按部就班根据教师的要求完成任务。我们还可以发现，做这样的安排不仅在整体上让学生经历从问题到解释的过程，而且在每个具体活动过程中都有充分的经历，比如活动二中学生提出太阳光线与地面的夹角与温度的关系问题，他们同样经历从问题—假设—实验—检验与解释的过程，在活动三中也如此。
4.研讨交流
探究式大单元教学在形式上主要是两种表现，一是学生个体或同伴合作参与操作的活动；二是对话交流。操作的活动是学生自己思考、把自己的想法付诸实践和尝试的过程，而对话交流则是呈现学生思维，反映存在的问题或困难。通过师生之间、生生之间的交流，共享思维并解决问题的过程。按照兰本达的说法操作是发现意义，而交流是明确意义。所以，在教学设计中对对话交流的内容与环节需要做细致的安排。
首先，需要根据学习主题的活动整体安排，考虑主要的交流活动。比如，在四季成因三个活动中都有相应讨论交流的环节，活动一的第一部分在课堂教学中就是一个讨论交流活动，学生通过交流自己收集整理的关于季节与季节变化的资料，学生之间相互交换信息，教师在学生交流的基础上引导学生发现、体会季节与季节变化的主要因素——气温。在开展活动二、活动三之前，为了充分体现探究的要求，需组织学生讨论影响季节变化的可能原因。活动二、活动三中都有模拟实验，而模拟实验的方案，包括实验方法、步骤等的确定，一般都需要配合学生自己的设计和讨论交流来完成。最后，对四季成因的解释也需要通过讨论交流的方式来完成。
其次，预测学生的困难或认知障碍，设计讨论交流过程。讨论交流是为解决学生的问题或困难服务的，在教学设计中我们必须对学生在活动中可能遇到的困难、障碍或问题进行预测，有针对性地设计讨论交流环节。比如活动三模拟地球公转观察太阳高度变化时，学生可能出现两个问题，一是地球的倾斜；二是地球倾斜方向的保持。当然，教师可以规定学生的操作方法和过程，很容易获得结果，但这样做学生的体验不够，理解不会很深刻。为了让学生获得充分体验，让学生通过尝试发现并解决这两个问题，具体做法可以这样，模拟前教师对地轴倾斜以及地球公转时地轴方向保持不变做明确说明，在学生经一段时间尝试之后，让不同小组的学生交流模拟中是否观察到太阳高度变化和模拟的方法，通过讨论交流发现模拟中存在的问题，根据发现的问题再做修正。
最后，根据内容和要求确定适当的形式。交流有多种多样的形式，师生问答式的交流、小组交流等，各种方式各有所长，采用怎样的方式需要考虑交流的目的，也就是需要考虑期望通过交流获得什么。目的不同，所需要的形式也常常不同。如果教师希望了解学生对某方面的经验或对某问题的认识水平，一般可采取问答式的交流，让若干个学生分别回答。不过小学生容易相互影响，为了了解更真实的情况，可先让学生思考，把自己的想法写下来，或用图画的形式记录下来，然后再让学生交流。如果希望学生在原有各种认识的基础上达成共识，可采用小组交流，让学生相互争论，找出一个大家认可的，然后再全班交流，以在班级内达成共识。
从目前课堂教学的情况看，最多的是为解决问题交流，一般是在学生小组活动后，通过小组交流，以解决某些问题。这样的交流，关键是需要教师对其中的问题有准确把握，要洞察学生的问题或困难，并引导发现问题、解决问题。而现实中，个别教师仍习惯于仅让学生呈现学生的活动结果，接着回到自己的教学思路上去，教学活动不是根据学生的需要，而只是教师的教学需要，交流也只是一个形式。对于解决问题的交流，我们需要强调学生的交流不仅仅是为了呈现结果，还要反映学生探究或思考的过程，学生的疑问和活动过程的发现等。为什么需要这些？这也是与我们的目的相关的，因为我们的目的是解决问题，所以需要在交流过程中发现问题，而学生的问题既有结果的问题，也有过程的问题，还有自身特殊的问题和发现等。很显然，在这里交流的形式也是与目的相适应的。所以，在设计交流活动或环节时，先要考虑交流的目的，并在此基础上选择相应的形式。
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