無(wú)用之用 實(shí)有大用
——基于學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)提升的科學(xué)史教學(xué)

楊雪濃

(浙江省余姚市子陵中學(xué)教育集團(tuán)世南校區(qū) 315400)

科學(xué)史是研究科學(xué)知識(shí)發(fā)生和發(fā)展的歷史，知識(shí)的建立過程浸透著科學(xué)家追求真理的汗水，凝聚著科學(xué)家奮力求學(xué)的精神，反映了科學(xué)家探究活動(dòng)過程及對(duì)科學(xué)方法的運(yùn)用，科學(xué)精神和科學(xué)方法才是科學(xué)的本質(zhì).初中科學(xué)課程是以對(duì)科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)為基礎(chǔ)，以提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)為宗旨的課程，科學(xué)史則是培養(yǎng)學(xué)生素養(yǎng)的良好資源.以史為鑒，可以知興替；以科學(xué)史為徑，可以明軌跡.學(xué)習(xí)科學(xué)史能使學(xué)生沿著科學(xué)家探索道路，理解科學(xué)的本質(zhì)，掌握科學(xué)技能和科學(xué)方法，感悟科學(xué)發(fā)展中所蘊(yùn)含的科學(xué)精神.

華師大教材中承載科學(xué)史素材的版塊有五個(gè)，但在課堂教學(xué)中引入科學(xué)史的情況很不理想，有的只運(yùn)用了科學(xué)史激發(fā)學(xué)習(xí)興趣方面的功能，或只偏向于科學(xué)精神的熏陶，欠缺對(duì)科學(xué)方法、科學(xué)品質(zhì)的探究.甚至有教師認(rèn)為科學(xué)史是無(wú)用的資源，卻不知，無(wú)用之用，方為大用.下文主要描述如何在教學(xué)中深入挖掘科學(xué)史豐富的教學(xué)價(jià)值，最大程度地發(fā)揮它潛在的教育功能.

一、運(yùn)用科學(xué)史展現(xiàn)探究過程，學(xué)習(xí)科學(xué)探究

科學(xué)探究是科學(xué)的本質(zhì)特征，為了使學(xué)生了解科學(xué)探究的基本要素，認(rèn)識(shí)科學(xué)探究對(duì)科學(xué)的作用，領(lǐng)會(huì)科學(xué)探究對(duì)人們解決實(shí)際問題的意義，在學(xué)習(xí)《什么是科學(xué)探究》時(shí)，教材引用了科學(xué)史上典型的探究案例：海王星的發(fā)現(xiàn)過程.

為了最大程度地凸顯科學(xué)史的教育功能，筆者對(duì)這個(gè)案例做了如下處理.課前，查找海王星發(fā)現(xiàn)過程的歷史資料，豐富科學(xué)史故事；課堂中，先向?qū)W生講述科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)海王星的歷史故事，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入科學(xué)的歷史場(chǎng)景；再讓學(xué)生自行閱讀教材，思考科學(xué)探究過程中的主要環(huán)節(jié)；最后，學(xué)生交流收獲，通過交流，學(xué)生領(lǐng)會(huì)科學(xué)探究的基本要素和思路.

經(jīng)過海王星發(fā)現(xiàn)案例的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解科學(xué)探究過程的一些基本要素，同時(shí)也意識(shí)到，科學(xué)探究需要掌握一些基本的技能，科學(xué)探究過程中始終貫穿著各種思維活動(dòng)，使學(xué)生明確思維技能的重要性.

二、運(yùn)用科學(xué)史教學(xué)科學(xué)概念，建構(gòu)科學(xué)知識(shí)

傳統(tǒng)的教學(xué)，是教師向?qū)W生灌輸“權(quán)威的事實(shí)”，至于科學(xué)方法和科學(xué)概念究竟如何產(chǎn)生，很少涉及，所以學(xué)生只記住了定義，并未理解概念.為了加深學(xué)生對(duì)科學(xué)概念原理的理解，幫助他們實(shí)現(xiàn)建構(gòu)科學(xué)知識(shí)，將科學(xué)史引入課堂是最正確的選擇.所有概念、原理、方法的提出，不可能是橫空出世的，往往“吹盡黃沙始得金”.科學(xué)史使學(xué)生了解到科學(xué)知識(shí)必然經(jīng)歷從錯(cuò)誤向正確觀念的轉(zhuǎn)變過程，這種轉(zhuǎn)變是建構(gòu)科學(xué)知識(shí)的本質(zhì).

“運(yùn)動(dòng)和力”是華師大版課程標(biāo)準(zhǔn)主題3中的核心內(nèi)容.現(xiàn)實(shí)世界中物體不受外力作用的情況是不存在的，實(shí)際看到的保持靜止或做勻速直線運(yùn)動(dòng)的物體都受力的作用，所以這里有必要把科學(xué)史引入課堂.進(jìn)行“運(yùn)動(dòng)和力”教學(xué)時(shí)，筆者給學(xué)生講述了“牛頓第一定律”的故事.

物體為什么會(huì)動(dòng)呢？

①亞里士多德認(rèn)為運(yùn)動(dòng)有兩種，天然運(yùn)動(dòng)和被迫運(yùn)動(dòng).被迫運(yùn)動(dòng)依賴于外力，外力一旦消失，受迫運(yùn)動(dòng)也就停止了.亞里士多德的運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)：力是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因.(學(xué)生評(píng)判該觀點(diǎn)，用身邊的器物進(jìn)行實(shí)踐檢驗(yàn)，似乎覺得很有道理.)

②近代物理學(xué)“運(yùn)動(dòng)”觀念的變革率先是由伽利略提出的，他從一個(gè)邏輯推理開始批評(píng)亞的“運(yùn)動(dòng)”理論，然后用“斜面實(shí)驗(yàn)”加“思想實(shí)驗(yàn)”得出運(yùn)動(dòng)不需要力的維持，需要力的是物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變.(閱讀：伽利略的理想實(shí)驗(yàn)，分析實(shí)驗(yàn)過程)

③笛卡爾對(duì)伽利略的補(bǔ)充：一個(gè)運(yùn)動(dòng)的物體如果不受任何力的作用，不僅速度大小不變，運(yùn)動(dòng)方向也不變.(勻速直線運(yùn)動(dòng))

④牛頓在伽利略等人研究基礎(chǔ)上，結(jié)合靜止的物體，總結(jié)概括了牛頓第一定律.

這個(gè)科學(xué)史故事引入，比直接從概念，定律出發(fā)去學(xué)習(xí)牛頓力學(xué)要生動(dòng)有趣的多，印象也深刻得多.因?yàn)樵诨仡欉@個(gè)觀念更替的過程中，學(xué)生自己的觀念也在不知不覺地發(fā)生了改變.科學(xué)史引入課堂教學(xué)可以加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，幫助他們實(shí)現(xiàn)科學(xué)知識(shí)的建構(gòu)，形成正確的科學(xué)觀點(diǎn).

三、運(yùn)用科學(xué)史滲透科學(xué)方法，理解科學(xué)本質(zhì)

科學(xué)史也是科學(xué)方法的歷史，科學(xué)方法包括了思維方法與物理方法.無(wú)論科學(xué)知識(shí)怎樣變化，科學(xué)精神和科學(xué)方法的運(yùn)用是不變的，思維方式的學(xué)習(xí)才是真正的學(xué)習(xí)，它們才是科學(xué)的本質(zhì).教師在教學(xué)中展示科學(xué)家的探究過程，會(huì)展現(xiàn)出科學(xué)家研究思路和研究方法，使學(xué)生受到科學(xué)方法的啟迪，認(rèn)識(shí)科學(xué)的本質(zhì)特征.

原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，讓學(xué)生接受卻不容易，這時(shí)科學(xué)史就是“催化劑”.教學(xué)時(shí)，筆者向?qū)W生講述了科學(xué)家對(duì)原子結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)的發(fā)展史.

1803年，道爾頓提出了原子結(jié)構(gòu)的“實(shí)心球”模型，認(rèn)為“原子不可分，元素不會(huì)變”.19世紀(jì)末，湯姆生發(fā)現(xiàn)電子以后，提出原子結(jié)構(gòu)的“棗糕”模型.盧瑟福為了驗(yàn)證“棗糕”模型是否符合實(shí)驗(yàn)結(jié)論，做了α粒子散射實(shí)驗(yàn).α粒子散射實(shí)驗(yàn)證明了“棗糕”模型是錯(cuò)誤的.盧瑟福重新建立了原子結(jié)構(gòu)模型——“原子有核”模型.(閱讀α粒子散射實(shí)驗(yàn)，共同分析現(xiàn)象，推測(cè)原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu).)

對(duì)原子結(jié)構(gòu)的探究，科學(xué)家運(yùn)用的科學(xué)思維方法之一就是“模型”法.“模型”法克服了研究對(duì)象非直觀所帶來(lái)的認(rèn)識(shí)上的困難，幫助人們認(rèn)識(shí)和理解一些不能直接觀察到的事物.從原子結(jié)構(gòu)模型的建立過程中，學(xué)生認(rèn)識(shí)到科學(xué)方法在科學(xué)探究過程中的重要作用.

四、運(yùn)用科學(xué)史熏陶科學(xué)精神，培養(yǎng)科學(xué)品質(zhì)

科學(xué)發(fā)展歷經(jīng)曲折、盤旋的過程，凝聚著科學(xué)家們堅(jiān)持不懈、勇于挑戰(zhàn)、善于思考等科學(xué)精神.科學(xué)史中大量的范例蘊(yùn)含了豐富的精神養(yǎng)料，是對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)精神熏陶，培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)的最好素材.

運(yùn)用科學(xué)史進(jìn)行教學(xué)時(shí)，筆者經(jīng)常采用“情境陶冶式”教學(xué)方式，創(chuàng)設(shè)情景，引入新課，回顧歷史，引導(dǎo)探究，歸納小結(jié)，情感升華.既重視科學(xué)知識(shí)探究過程教學(xué)，也注重科學(xué)家具備的科學(xué)精神的總結(jié)和評(píng)價(jià)，使學(xué)生在認(rèn)同科學(xué)精神的同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)品質(zhì)，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng).科學(xué)家獲得成功與遭遇挫折的案例，讓學(xué)生體會(huì)到探索自然奧秘、開展技術(shù)創(chuàng)新的樂趣與艱辛，激發(fā)他們對(duì)科學(xué)的興趣，引導(dǎo)他們正確地看待學(xué)習(xí)過程中的困難，增強(qiáng)信心和勇氣，培養(yǎng)為獲得真知鍥而不舍、百折不饒的探索精神和科學(xué)態(tài)度.

無(wú)用之用，實(shí)有大用也，科學(xué)史是科學(xué)教育的寶貴資源.科學(xué)史內(nèi)容豐富龐雜，教師應(yīng)有目的對(duì)科學(xué)史進(jìn)行篩選，給學(xué)生多方面的啟迪和教育，最大程度的挖掘它的教學(xué)價(jià)值，從而提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng).讓科學(xué)史為提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)服務(wù).