用科技史料助力科學教學

科技史是科學技術(shù)產(chǎn)生、形成和發(fā)展及其演變規(guī)律的反映，是人類認識自然和改造自然的歷史?？茖W技術(shù)作為人類文明的核心成果之一，在卷帙浩瀚的知識積累與成就卓著的技術(shù)應(yīng)用背后，凝聚著人類獨有的科學精神、科學思維、科學方法、人文關(guān)懷與價值規(guī)范。將科學史料整合到科學教育中，已經(jīng)成為國際科學教育的一個重要趨勢?，F(xiàn)行的科學教材也提供了豐富的科技史資源，蘊含著巨大的教育價值。在科學教學過程中恰當合理地運用科技史料，可以在創(chuàng)設(shè)問題情境、引領(lǐng)探究過程、滲透方法指導(dǎo)、拓展學習內(nèi)容、進行人文熏陶等方面有效地豐富與完善科學教學，提高科學教育的實效。

一、運用科技史料，創(chuàng)設(shè)問題情境

運用科技史料創(chuàng)設(shè)的問題情境，既能吸引學生，使其全神貫注，又能啟迪思維，使其興趣盎然，迅速進入學習意境。問題情境既要源于學生的現(xiàn)實生活，又要有科學價值，體現(xiàn)一定的科學思想與方法。創(chuàng)設(shè)的問題情境要符合學生的年齡特征、思維水平，并盡可能與學生的現(xiàn)實生活相聯(lián)系。

例如，引導(dǎo)學生研究物體在水中的沉浮時，可以這樣導(dǎo)入：有一天，阿基米德在澡堂洗澡時，突然跳出浴盆，忘了穿衣服，跑到大街上大喊大叫：“發(fā)現(xiàn)了，發(fā)現(xiàn)了?！蹦敲?，他究竟發(fā)現(xiàn)了什么呢？將這個科學史料作為問題情境放在這里，一下子吸引了學生的注意力，激發(fā)起他們濃厚的學習興趣。

在引導(dǎo)學生研究物體的熱脹冷縮時，可以出示閱讀材料：英國在1825年鋪設(shè)的鐵軌之間未留縫隙，結(jié)果導(dǎo)致鐵軌出現(xiàn)夏天扭曲、冬天斷裂的現(xiàn)象。教師據(jù)此引出探究問題：鐵軌為什么要留縫隙？從而引起學生對物體熱脹冷縮性質(zhì)的探究。

在引導(dǎo)學生研究微生物時，可以先引導(dǎo)學生觀察變質(zhì)的饅頭，再講述教材中關(guān)于巴斯特為酒廠解決酒變酸的問題，從而發(fā)現(xiàn)乳酸桿菌的史料，引出探究的問題：巴斯特發(fā)現(xiàn)酒變質(zhì)是由一種微生物引起的，那么饅頭變質(zhì)是不是也由某種微生物引起的呢？

在引導(dǎo)學生研究杠桿時，可以先引述古希臘科學家阿基米德的觀點，他說只要給他一個支點和一根足夠長的木棒，他就可以撬動地球。這與學生已有的經(jīng)驗形成很大的沖突，阿基米德為什么說出如此“大話”？他所說的是一種什么神奇的裝置呢？從而引發(fā)學生對杠桿原理的探究。

在了解“地球板塊構(gòu)造理論”時，可以先介紹歷史上魏格納提出“大陸漂移學說”的過程，然后再逐步引出板塊構(gòu)造理論，這樣既可以激發(fā)學生的學習興趣和求知欲，又為新知的引入做好鋪墊。諸如此類的還有牛頓被蘋果砸中想到了地球引力，瓦特受到燒水壺的蓋子跳動的啟發(fā)，發(fā)明了蒸汽機，道爾頓發(fā)現(xiàn)自己是色盲，引出遺傳與變異內(nèi)容的學習，等等。利用這些科技實史可以有效引發(fā)學生的認知沖突，進而提出探究問題，激發(fā)探究欲望。

二、運用科技史料，引領(lǐng)探究過程

我們在教學中可以以某一歷史上的科技事件、某一特定環(huán)境或某一科學故事為生長點，創(chuàng)設(shè)一個研究情境，簡要模擬歷史上某一科學概念或理論的研究過程，激勵學生解釋其中的問題，調(diào)動他們的思維，讓他們在探究歷史的過程中學習知識與技能，體會科學知識的形成過程，學習科學的思維方式和研究方法。

引導(dǎo)學生研究地球的形狀，教材分別介紹了古代中西方對地球形狀的不同猜想，分別呈現(xiàn)了古印度“大象馱海龜”、古中國“天為鍋地為盤”、張衡“天如雞卵地如黃”、古希臘“地球近球形”的示意圖。學生了解了示意圖后，可以讓他們扮演古人的角色，描繪古人的各種猜想，從而感受猜想的奇妙和古人思想的廣闊與智慧。

本課還介紹了麥哲倫航海證實地球是球形的故事，可以創(chuàng)設(shè)古代和近代的情境。先出示古人站在地平線上仰望天空的圖片，引導(dǎo)學生進入特定情境中“設(shè)身處地”地猜想地球的形狀，并與麥哲倫航海情境圖進行比較，發(fā)現(xiàn)前者用肉眼觀察而后者乘帆船求證的區(qū)別，讓學生感受到經(jīng)濟發(fā)展、科技進步對科學發(fā)現(xiàn)與發(fā)展的作用。

引導(dǎo)學生研究擺時，可以利用伽利略發(fā)現(xiàn)擺的秘密的史實，先由學生玩一玩伽利略的研究裝置——擺，從而發(fā)現(xiàn)不同的擺擺動快慢不同，并提出猜測：可能與擺的角度有關(guān)、與擺線的長短有關(guān)、與擺錘的輕重有關(guān)。再設(shè)計變量控制實驗、驗證猜想、得出結(jié)論、解釋與交流。教師適時介紹當時伽利略的研究方法，學生進行模擬實驗，并與自己的實驗進行對比，進一步完善研究方法。通過這樣的活動，幫助學生更加深刻地理解科學觀念的形成和探究本質(zhì)，提高了課堂教學效率。

三、運用科技史料，滲透方法指導(dǎo)

科學方法是人們從事科學活動所采用的方式和手段，是人類認識自然、獲得科學知識的程序或過程，是科學實踐和思維的基本規(guī)律的重要體現(xiàn)。學生學習科學，最重要的就是學習和理解科學思維方式、科學方法以及運用科學思維方法解決問題。從某種意義上說，科學史也是科學方法選擇和運用的歷史。科學家取得的重要成就，往往與運用了正確方法密切相關(guān)。一切理論的探索，其實也是方法的探索。如伽利略開創(chuàng)性地運用了定量描述與實驗研究相結(jié)合的方法，開普勒善于從大量觀測事實中提煉出一般規(guī)律，笛卡爾大力提倡理性演繹方法，牛頓則主張科學應(yīng)當杜絕缺乏事實根據(jù)的假說，愛因斯坦擅長通過演繹的方法構(gòu)造理論體系，等等。學生理解了科學方法，可以指導(dǎo)自身的探究活動，如科學探究的基礎(chǔ)是提出問題，核心是“大膽假設(shè)，小心求證”，歸納和演繹是科學研究最基本的思路，觀察和實驗是它最根本的特征，數(shù)量化和精確化是它追求的理想形態(tài)。掌握了科學探究的方法，學生也可以像科學家那樣通過探索去認識自然，親歷科學的認識過程。

波利亞曾說過：“在教一個科學的分支（或一個理論、一個概念）時，我們應(yīng)當讓孩子重蹈人類思想發(fā)展中的那種最關(guān)鍵的步子，不應(yīng)該讓他們重蹈過去的無數(shù)個錯誤，而僅僅是重蹈關(guān)鍵性步子?！币寣W生在科學史中領(lǐng)悟科學方法，就要把學生帶到歷史事件中，全身心體驗科學家的研究過程。如引導(dǎo)學生研究電和磁，可以讓學生親歷科學家發(fā)現(xiàn)電和磁關(guān)系的史實。課的開始，介紹磁的歷史和電的歷史：先秦時代已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了磁的存在，戰(zhàn)國時期制造出最早的指南針——“司南”；1752年美國科學家富蘭克林捕捉天電，證明了電的存在；1786年意大利科學家伽伐尼發(fā)現(xiàn)生物電；1800年意大利物理學家伏特發(fā)明了伏特電池；1820年丹麥科學家奧斯特在一次實驗中，偶然讓通電的導(dǎo)線靠近指南針，發(fā)現(xiàn)了一個奇怪的現(xiàn)象，等等，進而進入新課的教學。課的結(jié)束部分，可以介紹奧斯特的發(fā)現(xiàn)對世界技術(shù)發(fā)展的影響，1821年英國科學家法拉第發(fā)明了電動機，1831年法拉第公布了發(fā)電機的設(shè)計與制造原理，1837年英國科學家?guī)炜撕突菟雇òl(fā)明了電報，1876年美國科學家貝爾發(fā)明了電話，等等，促進了19世紀科技的高速發(fā)展。讓學生了解相對完整的關(guān)于電和磁的研究歷史及對技術(shù)發(fā)展的影響，體驗科學研究的思路和方法，感悟科技史獨特的魅力。

四、運用科技史料，拓展科學學習

拓展科學學習是在學習內(nèi)容、學習形式、學習方法的擴容增加和優(yōu)化發(fā)展，是對學生科學學習的全方位的促進。在學習內(nèi)容上，不能拘泥于傳統(tǒng)的教材意識，要向社會學習，向網(wǎng)絡(luò)拓展，使學習內(nèi)容在更廣闊的歷史背景上獲得全方位的充實和增加，滿足學生學習的需要；在學習形式上，強調(diào)科學教學的開放性，到社會中去，到生活中去，讓學生從已有的生活經(jīng)驗出發(fā)，不斷地將知識轉(zhuǎn)化為能力；在學習方法上，學生可以嘗試多種方法，并在實踐中改造方法，實現(xiàn)學習策略的優(yōu)化。

可從以下四個方面運用科技史料來拓展科學學習。

一是變式例題和習題。在新課教學中或新課教學后，以科技史作為素材編寫例題與習題，或用科技史提供的重要的科學事實、概念原理以及技術(shù)發(fā)明作為試題來源、背景和元素，考查學生在新的情境下對所學知識的掌握和運用。例如學習了“光源”“光沿直線傳播”之后，安排“研究小孔成像”的科技史內(nèi)容，向?qū)W生介紹我國古代科學家沈括的《夢溪筆談》中有關(guān)小孔成像的資料記載，讓學生運用光直線傳播的知識去分析“小孔所成的像不僅上下顛倒，而且左右相反”的原因。

二是補充閱讀材料。如在介紹月球特征以后，讓學生了解人類登月的歷史和逐漸揭開月球面紗的過程，以及中國近年的探月工程，從中感受人類智慧的偉大。拓展性的科技史閱讀材料，可以使學生了解科學發(fā)現(xiàn)背后的社會文化背景、技術(shù)進步和人性故事，從而建立完整的科學印象。

三是舉辦專題講座。在授完某一科學領(lǐng)域內(nèi)容之后，安排相關(guān)科技史專題講座，作為一種科學社團活動進行。如可以選擇近代物理發(fā)展史、現(xiàn)代生命科學發(fā)展歷程等內(nèi)容作為主題，使學生對前面所學的知識有一個全面、整體的認識和提升。

四是運用網(wǎng)絡(luò)資源。尤其是在研究性學習中，結(jié)合教學實際，采用學生喜聞樂見的網(wǎng)絡(luò)學習方式，引導(dǎo)學生訪問“中國基礎(chǔ)教育網(wǎng)”“中國科普網(wǎng)”等網(wǎng)站，有選擇地認識牛頓的生平、相對論產(chǎn)生的歷程，更深入了解伽利略、亞里士多德、拉瓦錫等科學家。教學中還可以將中央電視臺“探索與發(fā)現(xiàn)”“異想天開”“科學與教育”等欄目中介紹的科技史內(nèi)容積累起來，結(jié)合相應(yīng)的教學內(nèi)容進行播放，有效地拓展學生的科學學習鏈。

五、運用科技史料，進行人文熏陶

科技史蘊涵著科技發(fā)展歷程的深層覺思，溝通著科技與人文科學兩大文化，體現(xiàn)著科學文化的豐富內(nèi)涵?？萍际返膭?chuàng)始人喬治·薩頓認為，科技史是自然科學與人文學科之間的橋梁，它能夠幫助學生獲得自然科學的整體形象和人性的形象，從而全面地理解科技、理解科技與人文的關(guān)系。小學科學教材中的科技史主要包括科學或重要科技事件的發(fā)展史實、重要學派的創(chuàng)建與發(fā)展，科學技術(shù)與社會政治、經(jīng)濟、思想、文化之間的有機聯(lián)系和相互作用，著名科學家、發(fā)明家的典型案例、治學方法、科學思想和有關(guān)科學的軼聞趣事等。由于科學史從社會歷史的視角來認識、評價科學與科學家，所以學生在學習時，能夠超越科學知識的學習，認識到蘊藏在科學知識中的方法論及科學精神，使其受到真正意義上的多角度、多層面的完整的科學教育。無疑，科技史教育是提高學生人文素質(zhì)的重要載體。

通過科技史料進行人文熏陶，也是落實課程標準的具體體現(xiàn)。如課程標準對《地球和宇宙》單元相關(guān)的科學史，不僅有具體的內(nèi)容標準要求，還有相應(yīng)的活動建議?！傲私馊祟悓Φ厍蛐螤畹恼J識的歷史”的活動建議為“搜集資料，想象人類怎樣知道地球是球體”；“了解地球表面是不斷變化的”的活動建議為“觀看非洲、拉丁美洲板塊圖，猜測兩板塊以前可能的情況”；“了解古人對晝夜成因的猜想與哥白尼的貢獻”的活動建議為“搜集古人對晝夜成因的猜想和哥白尼的有關(guān)資料，與同學分享交流”；“了解人類對宇宙的探索歷史”的活動建議為“搜集資料，交流討論”；“意識到人類為探索宇宙奧秘付出的艱辛”的活動的建議為“觀看‘挑戰(zhàn)者’號升空爆炸的視頻片，搜集宇航員圖片或郵票，與同學分享交流”等。在教學這部分內(nèi)容時，適時插入“魏格納與大陸漂移說”、“亞里士多德與地心說”“托勒密和宇宙地心說”“哥白尼與日心說”“伽利略與實證研究”，以及20世紀50年代開始的人類太空探索之旅等科學史實，讓學生了解科學探索過程中不僅有成功，還有失敗。用科技史讓學生領(lǐng)略科技發(fā)展的歷程，促使學生形成尊重事實，善于質(zhì)疑的科學態(tài)度。使學生認識到科技在追求知識與真理的同時，也在追求著人類自身的進步與發(fā)展，在創(chuàng)造物質(zhì)文明的同時，也在創(chuàng)造著精神文明，激勵人們發(fā)展自身的人文內(nèi)涵，超越自我，追求更高境界。通過領(lǐng)略科技史實，滲透人文精神，彰顯科學精神與人文精神的一致性。

總之，科技史為科學教學提供了豐富的教育資源，在實現(xiàn)教學目標，形成愛科學、學科學的良好風氣和提高學生科學素養(yǎng)等方面有著重要作用。教師在教學中要積極運用這一資源，分析教學點、找尋結(jié)合點、挖掘滲透點、落實契合點，將科技史作為科學教學的有機組成部分，讓科技史料擔當串場的角色，豐富與完善科學教學，增強科學教學的歷史厚重感。當然，要掌握適時、適度、適量的原則，不能片面強調(diào)科技史的教育而忽略科學知識與技能的學習。

（本文為江蘇省教育科學規(guī)劃第“十二五”重點資助課題“提升學生科學素養(yǎng)的策略研究”階段成果，編號為B-a/2013/02/028）。

江蘇省連云港市教育局教研室

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