基于核心素養(yǎng)提升科學(xué)史對科學(xué)本質(zhì)理解的教學(xué)實(shí)踐研究

徐華利

摘 要：科學(xué)課程的核心理念就是培養(yǎng)學(xué)生通過學(xué)習(xí)科學(xué)知識內(nèi)化為帶有學(xué)科特征的品質(zhì)，而這一品質(zhì)的實(shí)現(xiàn)離不開對科學(xué)本質(zhì)的理解。在課堂教學(xué)中合理有效利用科學(xué)史將有助于學(xué)生理解科學(xué)本質(zhì)。本文講述的教學(xué)設(shè)計(jì)是以氧氣的發(fā)現(xiàn)史為線索，學(xué)生活動為主體，完成“聚焦主任務(wù)、初探科學(xué)史、建立科學(xué)本質(zhì)、再探科學(xué)史、感悟科學(xué)精神”五個(gè)環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng)；科學(xué)史；科學(xué)本質(zhì)

一、研究背景

當(dāng)前以知識傳遞為中心的課堂教學(xué)已逐步走向培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)為中心的新課堂教學(xué)， 核心素養(yǎng)注重的不僅是傳遞知識和技能，更注重的是獲得知識的能力，解決問題、動手動腦的能力，全面發(fā)展和提升學(xué)生的綜合能力水平，并突破以往的被動的傳統(tǒng)受教育局面，建立以核心素養(yǎng)背景下的學(xué)生課堂自主學(xué)習(xí)、積極探索、自主求新等能力的提升與促進(jìn)。面對著科學(xué)發(fā)展的日新月異，科學(xué)作為剖析事實(shí)、解決疑惑、探索求真的一門學(xué)科，從其自身的基礎(chǔ)文化、理論、發(fā)展史，我們不難看出，科學(xué)在融入教育過程中，科學(xué)史將是學(xué)生探究一切事物的根本及追溯并見證事實(shí)的源泉，從而使學(xué)生了解科學(xué)從產(chǎn)生到發(fā)展的歷史過程，感受科學(xué)家當(dāng)初的研究情景，感悟科學(xué)家們追求真理的精神，從而深刻理解科學(xué)本質(zhì)，養(yǎng)成良好的科學(xué)素養(yǎng)?？v觀近幾年中考科學(xué)，出題者對于出題重點(diǎn)傾向于知識遷移、知識應(yīng)用等能力提升的題型，充分體現(xiàn)了對科學(xué)本質(zhì)理解的要求及培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)的重要性，如何促進(jìn)對科學(xué)本質(zhì)理解的課堂已成必然。

二、概念界定

1.核心素養(yǎng)

核心素養(yǎng)從宏觀來看，它包括傳統(tǒng)的雙基指向，即基礎(chǔ)知識和基本技能，也包括問題解決指向及學(xué)科思維和價(jià)值觀指向；具體來說包括人文素養(yǎng)、信息素養(yǎng)、公民素養(yǎng)等。就科學(xué)而言，科學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)包括思維與方法、探究與交流、觀念與應(yīng)用、態(tài)度與責(zé)任。它們將科學(xué)知識與技能的學(xué)習(xí)、科學(xué)思想觀念的建構(gòu)、科學(xué)探究與解決問題能力的發(fā)展、創(chuàng)新意識和社會責(zé)任感的形成等方面的要求融為一體，形成完整的科學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)體系。

2.科學(xué)史

薩頓（G.Sarton，188仁1956），最早已經(jīng)明確了科學(xué)是定義不同時(shí)期不同地點(diǎn)所系統(tǒng)化的實(shí)證知識，而科學(xué)史將是科學(xué)知識發(fā)展的記載和說明。在傳統(tǒng)的科學(xué)教學(xué)中，經(jīng)常把科學(xué)史作為一種附加知識放在教學(xué)中，老師大多以講故事的方式進(jìn)行課堂教學(xué)。隨著素養(yǎng)立意的時(shí)代到來，在教育實(shí)踐中以建構(gòu)主義理論為指導(dǎo)，提出一種新的課堂教學(xué)模式。在科學(xué)教學(xué)中把科學(xué)史、知識、技能、人文社會相關(guān)內(nèi)容有效結(jié)合融入課堂，以促進(jìn)學(xué)生對科學(xué)本質(zhì)的理解。

3.基于核心素養(yǎng)理念促進(jìn)科學(xué)史對科學(xué)本質(zhì)理解的模型課

科學(xué)的探索自當(dāng)以學(xué)生的自主學(xué)習(xí)與發(fā)現(xiàn)為依托，建立自主的課堂學(xué)習(xí)模式，展現(xiàn)出課堂主體的主觀作用，深入學(xué)習(xí)和探討科學(xué)文化知識，形成課堂發(fā)散思維的一致律動，并伴隨著主觀能動意識的逐漸增強(qiáng)，對事物的根本進(jìn)行本質(zhì)的剖析，加之教師的客觀引導(dǎo)，巧妙借用科學(xué)發(fā)展史，加速學(xué)生科學(xué)思維“律動”的積極展開，從而加快了學(xué)生探索真理下的思維蠕動。而科學(xué)史教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)模式最大的區(qū)別在于：科學(xué)史教學(xué)要教育學(xué)生通過積極的思考、知道知識的來源與發(fā)展、從本質(zhì)上理解、獲取知識，發(fā)展自己的能力，形成自己的品格。怎樣讓學(xué)生本質(zhì)理解？這正是教育者該認(rèn)真研究的一大課題，筆者認(rèn)為可以從“聚焦主任務(wù)、初探科學(xué)史、建立科學(xué)本質(zhì)、再探科學(xué)史、感悟科學(xué)精神”五個(gè)環(huán)節(jié)建立科學(xué)史課堂的模式（如下圖）。

三、科學(xué)史對課堂教學(xué)的具體實(shí)施過程

1.情景導(dǎo)入，聚焦主任務(wù)

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論將知識的傳授問題歸結(jié)為學(xué)習(xí)者在一定的情境即社會文化背景下，借助其他人的幫助并通過意義建構(gòu)的方式而獲得。我們知道課堂情景導(dǎo)入的方式以及題材的選擇是課堂設(shè)計(jì)首先需要解決的問題，也是影響學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，決定課堂學(xué)習(xí)效率的重要因素，課堂導(dǎo)入有復(fù)習(xí)法、認(rèn)知沖突法、情景導(dǎo)入法等，筆者認(rèn)為情景導(dǎo)入法更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，尤其是針對我們初中學(xué)生，學(xué)生素養(yǎng)不高、學(xué)習(xí)有惰性、自主學(xué)習(xí)能力不強(qiáng)等現(xiàn)實(shí)問題，避免在課堂上出現(xiàn)“老師拖著學(xué)生走”的現(xiàn)象。所謂情景導(dǎo)入，是指利用學(xué)生生活中的情景認(rèn)引出課堂需要解決的核心問題，讓學(xué)生知道知識源于生活，一定程度地推動學(xué)生主動獲取新知。

【案例】

筆者有機(jī)會參加2017年的初中科學(xué)年會展示課，內(nèi)容選自初二科學(xué)是“空氣中的氧氣”。 作者以氧氣的發(fā)現(xiàn)史為線索，學(xué)生活動為主體，教師為主導(dǎo)，完成“聚焦主任務(wù)、初探科學(xué)史、建立科學(xué)本質(zhì)、再探科學(xué)史、感悟科學(xué)精神”五個(gè)環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)。

【情景導(dǎo)入】聚焦主任務(wù)

公元2018年1月18日農(nóng)歷十二月初二，是我們班***同學(xué)生日，上課前請每一個(gè)小組同學(xué)點(diǎn)燃生日蠟燭，我們一起來祝福這位同學(xué)：生日快樂、學(xué)習(xí)進(jìn)步。

思考：在祝福中，蠟燭為什么不斷的減少？燃燒的本質(zhì)是什么？將其中的一支蠟燭用玻璃杯罩住，蠟燭為何熄滅？這與什么有關(guān)？空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)是多少？

反思：生活情境導(dǎo)入能從一定程度激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)欲望，使學(xué)生帶著問題進(jìn)行思考。通過這樣的預(yù)設(shè)大家都迅速進(jìn)入課堂實(shí)驗(yàn)，通過觀察分析實(shí)驗(yàn)，表達(dá)了自己的見解與想法。這種教學(xué)方式老師將學(xué)生的學(xué)習(xí)能動性變得更為主動，有效培養(yǎng)學(xué)生動手解決問題的核心素養(yǎng)能力。

2.追溯歷史，初探科學(xué)史

科學(xué)史既是對過去實(shí)際發(fā)生的事情的述說也是對這種“述說”背后起支撐作用的觀念、理論進(jìn)行反思和解釋。從施塔爾的“燃素說”到普利斯特利的“脫燃素說”，再到拉瓦錫的“氧化說”在這幾位科學(xué)家探尋科學(xué)史可能會花費(fèi)一點(diǎn)上課時(shí)間，但能潛移默化的構(gòu)建了學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)的方法。學(xué)生在理解科學(xué)史上科學(xué)家的觀察實(shí)驗(yàn)方法和建構(gòu)科學(xué)理論的方法的同時(shí)，理解了科學(xué)的本質(zhì)。

【案例】

初探科學(xué)史

燃素說--- 1703年，德國化學(xué)家施塔爾在總結(jié)了前人關(guān)于燃燒本質(zhì)的各種觀點(diǎn)基礎(chǔ)上，提出了“燃素學(xué)說”。“燃素學(xué)說” 認(rèn)為有一種看不見的所謂的燃素，存在于可燃物質(zhì)內(nèi)。例如蠟燭燃燒，燃燒時(shí)燃素逸去，蠟燭縮小下塌而化為灰燼，認(rèn)為燃燒失去燃素現(xiàn)象，即：蠟燭-燃素=灰燼。

脫燃燒氣體說---普利斯特里在1774年用凸透鏡聚焦加熱 “三仙丹”（汞的氧化物）時(shí)收集到一種氣體，通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)這種氣體能夠助燃，蠟燭在其中燃燒能發(fā)出耀眼的光芒，老鼠在這種氣體中生活自如，并且能夠比在相同體積的空氣中多存活一段時(shí)間，他還親自試吸，感到十分輕松舒服。因此他成為歷史上第一位報(bào)道氧氣性質(zhì)的人，可是由于他是一位虔誠的燃素說信徒，所以他不僅沒有對自己的發(fā)現(xiàn)給出正確的解釋，反而錯誤的推斷這種氣體是“脫燃燒氣體”。

氧化說---1774年，拉瓦錫在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)：密閉容器內(nèi)錫和鉛經(jīng)加熱后表面形成了一層金屬灰，加熱后容器內(nèi)物體的總重量未改變，但錫和鉛的重量增加了，而空氣減少了。他意識到這一現(xiàn)象的本質(zhì)是金屬與空氣中某些成分發(fā)生了化學(xué)變化。在這不久，拉瓦錫知道了這個(gè)事情，他重新做了普里斯特利的實(shí)驗(yàn)，通過自己的觀察與實(shí)驗(yàn)最終發(fā)現(xiàn)了：與金屬發(fā)生反應(yīng)的是空氣的氧氣。

1777年，法國化學(xué)家拉瓦錫正式提出了氧化學(xué)說：燃燒的本質(zhì)是物質(zhì)與氧的化合。

反思：科學(xué)史紀(jì)錄著科學(xué)發(fā)展的歷程，是真理不斷被揭示。但是科學(xué)史的優(yōu)勢并不在于簡單的傳遞知識，而是提供了科學(xué)知識的生長點(diǎn)?？茖W(xué)史提供了知識產(chǎn)生的背景，重視科學(xué)家探究知識的過程，為學(xué)生知識的構(gòu)建提供了天然的支架。讓學(xué)生在歷史背景或框架中學(xué)習(xí)氧氣發(fā)現(xiàn)的有關(guān)知識，可以使學(xué)生更準(zhǔn)確地理解氧氣的發(fā)現(xiàn)及認(rèn)識過程。

3.自主構(gòu)建，建立科學(xué)本質(zhì)

所謂自主建構(gòu)，是指在教學(xué)過程中，強(qiáng)調(diào)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)的活動和思考（而不是由教師向?qū)W生進(jìn)行單向的知識傳遞），在已有經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上建構(gòu)新知識。在此過程中學(xué)生不單純是知識的接受者，更是一位對知識進(jìn)行自主構(gòu)建、發(fā)現(xiàn)的行動者。通過自身活動，與原有的經(jīng)驗(yàn)、認(rèn)知的相互作用，豐富和充實(shí)自己的知識、經(jīng)驗(yàn)，從而得到持續(xù)發(fā)展，并逐步培養(yǎng)了學(xué)生對科學(xué)本質(zhì)的真正理解。

【案例】

建立科學(xué)本質(zhì)

科學(xué)家的偉大在于他能打破傳統(tǒng)思想束縛，透過現(xiàn)象看本質(zhì)，愛思考，同學(xué)們你們能不能像科學(xué)家拉瓦錫一樣再動動腦筋，兩個(gè)瓶內(nèi)物質(zhì)都發(fā)生了燃燒，左邊的瓶我們可以通過觀察氣球大小變化來知道瓶內(nèi)氣體體積變化，那么右邊的瓶內(nèi)氣體有沒有減少？如果也減少了，請你設(shè)計(jì)一種方法。

反思：以科學(xué)史為主線，實(shí)驗(yàn)操作與演示為主體，通過問題情境的層層深入，從設(shè)問到解問，不斷剖析，培養(yǎng)學(xué)生一種勤于思考，解決問題的能力。

4.感知真理，再探科學(xué)史

初中生好奇心強(qiáng)，對新事物感興趣但對知識僅僅停留在表面，忽視了對知識本源的理解與探索。以科學(xué)史的實(shí)驗(yàn)再現(xiàn)，結(jié)合現(xiàn)在的科學(xué)實(shí)驗(yàn)和結(jié)論，能促進(jìn)學(xué)生對基本概念的理解。通過再探科學(xué)史能有效展示科學(xué)本質(zhì)的內(nèi)涵，改變原有的科學(xué)觀，讓學(xué)生從科學(xué)概念、定理、理論的發(fā)現(xiàn)和演變基礎(chǔ)上準(zhǔn)確把握科學(xué)本質(zhì)。

【案例】再探科學(xué)史

金屬燃燒法

化學(xué)就愛拉瓦錫將少量汞放入密閉容器里持續(xù)加熱，12天后觀察到有一部分銀白色的液態(tài)汞變成紅色粉末，同時(shí)容器里的空氣體積減少約為1/5。拉瓦錫繼續(xù)研究余下氣體，結(jié)果發(fā)現(xiàn)余下氣體既不能供給呼吸，又不能支持燃燒。拉瓦錫又把紅色粉末收集起來，放在另一個(gè)容器內(nèi)加強(qiáng)熱，得到了金屬汞和可供給呼吸、可助燃的氣體。

通過這些實(shí)驗(yàn)，拉瓦錫提出空氣是由氧氣和氮?dú)饨M成，其中氧氣體積約占空氣總體積的1/5。

空氣混合說

科學(xué)在不斷的進(jìn)步，技術(shù)在不斷提高，現(xiàn)代科學(xué)家通過精確的實(shí)驗(yàn)，證明了空氣中各組分氣體的體積分?jǐn)?shù)大約是：氮?dú)?8%，氧氣21%，稀有氣體0.93%，二氧化碳0.04%和雜質(zhì)0.03%。在通常情況下，空氣中各成的比例相對穩(wěn)定。

反思：通過自己動手實(shí)踐操作，既體會了科學(xué)家追求真理的過程又感悟出我們的實(shí)驗(yàn)原理與科學(xué)家當(dāng)初研究問題時(shí)的共同性。經(jīng)過實(shí)踐與討論讓學(xué)生意識到科學(xué)的有用性和重要性，也體現(xiàn)了科學(xué)學(xué)習(xí)從生活走向科學(xué)，從科學(xué)走向社會的課程理念。

5.體驗(yàn)科學(xué)之旅，感悟科學(xué)精神

巴浦洛夫曾說過：“重要的是科學(xué)方法、科學(xué)思想的總結(jié)?！痹谡n堂教學(xué)中重走科學(xué)家的探索之路，感悟科學(xué)家追求真理時(shí)那種忘我精神與人格魅力，為自己今后的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

四、基于核心素養(yǎng)提升科學(xué)史對科學(xué)本質(zhì)理解的教學(xué)反思

（1）關(guān)注學(xué)生學(xué)情 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

學(xué)習(xí)的過程是一個(gè)螺旋上升的過程?？紤]到八年級的學(xué)生對空氣的成分已有一定認(rèn)識，對部分氣體的證明已初步了解，因此對本節(jié)內(nèi)容進(jìn)行了選擇處理，著重學(xué)習(xí)空氣中的氧氣。本節(jié)課氧氣的發(fā)現(xiàn)史中從施塔爾的“燃素說”到普利斯特利的“脫燃素說”再到拉瓦錫的“氧化說”，在這幾位科學(xué)家探尋科學(xué)史可能會花費(fèi)一點(diǎn)上課時(shí)間，但能潛移默化的構(gòu)建了學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)的方法。學(xué)生在理解科學(xué)史上科學(xué)家的觀察實(shí)驗(yàn)方法和建構(gòu)科學(xué)理論的方法的同時(shí)，理解了科學(xué)的本質(zhì)。

（2）創(chuàng)設(shè)情境 激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

情景的創(chuàng)設(shè)還原了事物發(fā)生的真實(shí)狀況，我們單一的說講和簡單的描述已經(jīng)不能滿足學(xué)生的欲望，視覺效果的沖擊力將大大提升了學(xué)生的觀感認(rèn)知，并深深吸引力學(xué)生的目光。我們在情景的創(chuàng)設(shè)中加入了現(xiàn)代化的元素，將多媒體的動畫效果呈現(xiàn)在了課堂之上，我們將科學(xué)的實(shí)驗(yàn)用視頻的形式投放到了課堂，將科學(xué)史中學(xué)者完成的實(shí)驗(yàn)淋漓盡致的展現(xiàn)，變化的動態(tài)效果加之相關(guān)文字和圖片的注釋，很好的激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探索的欲望。如在氧氣體積分?jǐn)?shù)測定時(shí)我采用了循序漸進(jìn)的手法，沒有直接告訴學(xué)生用進(jìn)入水的體積來替代空氣中氧氣的體積。而是從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象層層遞進(jìn)不斷在問題中解決，在解決中提高，讓學(xué)生自己建立起等效替代的思想。有效的解決了本節(jié)課中的難點(diǎn)。

（3）建立問題主線 強(qiáng)化探究意識

為何要建立問題主線，實(shí)際上問題的提出即是對結(jié)果的初始探討和判斷，我們在實(shí)驗(yàn)中以問題為驅(qū)導(dǎo)，目的是為了強(qiáng)化學(xué)生的自主探究意識，以實(shí)驗(yàn)的形式進(jìn)行考證，從而達(dá)到深化問題和解決問題的目的。我們將發(fā)展史中的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分解和解析的同時(shí)，是從感官上讓學(xué)生認(rèn)識到發(fā)展史中學(xué)者的思想和應(yīng)用方法，提升學(xué)生的理性判斷能力。如在空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)測量實(shí)驗(yàn)時(shí)，不能只把實(shí)驗(yàn)器材放在學(xué)生桌上讓他們自己完成，而是需要通過一系列的問題設(shè)計(jì)與引導(dǎo)，使學(xué)生逐漸摸索和理解獲得正確的測量方法。在實(shí)驗(yàn)操作的過程中學(xué)生通過仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并有效的對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行小組討論、組間交流，最終概括出合理有序的影響實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果的因素。通過這樣的課堂教學(xué)，我們不僅教會學(xué)生知識，更培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力和提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

利用科學(xué)史教學(xué)來理解科學(xué)本質(zhì)是培育核心素養(yǎng)的關(guān)鍵一環(huán)，對教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成具有現(xiàn)實(shí)意義，“空氣中氧氣”這一堂課是筆者進(jìn)行科學(xué)史教學(xué)的良好開端，筆者深刻認(rèn)識到它的重要性，有效性，初步了解了科學(xué)史課堂模式，并在接下來的課堂中不斷實(shí)踐、不斷改進(jìn)與提升。作為一線教師，更要努力的探索教育新模式，琢磨教育新方法，有意識地在科學(xué)知識和技能教學(xué)時(shí)，注重學(xué)生科學(xué)興趣的培養(yǎng)，提升學(xué)生的核心素養(yǎng)，讓學(xué)生的思維靈動起來，更好地體味學(xué)習(xí)的樂趣和奧妙！

參考文獻(xiàn)：

[1]朱文芳主編：《建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論簡介》人民教育出版社.

[2]田玲玲.中學(xué)物理教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)教學(xué)策略探究[D].山東師范大學(xué)，2015.

[3]張明生 關(guān)文信《新課程理念與初中科學(xué)課堂教學(xué)實(shí)施》，首都師范大學(xué)出版社，2009.5.