復制·復刻·復盤：利用科學史開展小學科學“穿越式”教學

姚瑤

【編者按】科學史指的是對科學的發(fā)生、發(fā)展進行研究的過程。它飽含著科學文化、科學知識的內(nèi)涵，是一種豐富的教育資源，具有重要的價值。在小學科學教學中，滲透科學史教育，可以拓展小學科學教育的課堂內(nèi)涵，促進學生科學素養(yǎng)的習得與發(fā)展。

我國科學史教育起步較晚，科學課教師對科學史教育功能的認識不足等因素，導致在科學教學中滲透科學史教育存在著一些問題。那么，教學中，可以以什么具體的策略來滲透科學史教育，怎么引導學生接近科學史、提升科學素養(yǎng)？本專輯的兩篇文章對此進行了初步探索，其經(jīng)驗或許有助于大家對這個問題的思考。

科學史是人們認識世界的演變史，包含了系統(tǒng)的科學知識、多樣的科學探究方法、鼓舞人心的科學精神?？茖W史融入科學教學有助于學生獲取科學方法、理解科學本質(zhì)、培養(yǎng)人文精神和批判精神。但由于科學史教育在我國起步較晚，科學史料常常作為課堂知識的補充拓展，以教師講授、學生閱讀的方式開展，單一的教學方法使科學史的教育價值被忽略。

《義務(wù)教育科學課程標準（2022年版）》在教學策略建議中指出，可以融入科學史素材引導學生進行科學學習。筆者基于現(xiàn)行的教科版小學科學教材，開展了利用科學史復制歷史情境、復刻歷史活動、復盤歷史思維的“穿越式”教學實踐，將科學史與科學教學有機融合，引導學生經(jīng)歷探究實踐，從而建構(gòu)科學觀念，發(fā)展科學思維，培養(yǎng)科學態(tài)度與社會責任。

一、復制歷史情境，創(chuàng)設(shè)探究情境點

1. 名人軼事類，樹立榜樣標桿。

教學中，教師可利用圖文講述、視頻播放、文本閱讀等形式呈現(xiàn)科學家的名人軼事，為學生樹立科學榜樣。例如在三年級上冊“天氣”單元的學習中，讓學生堅持長期觀測、記錄天氣信息是存在困難的，鑒于該年齡段的學生具有“科學家崇拜情節(jié)”，教師可通過竺可楨的科學故事視頻，樹立科學家榜樣，激勵學生向科學家學習，從而突破教學難點，推動學生自主學習。

2. 問題導向類，觸發(fā)鏈式探究。

發(fā)現(xiàn)問題比解決問題更重要。一個結(jié)構(gòu)良好的科學問題能讓學生參與到連續(xù)的科學探究活動之中。在科學史融入小學科學的教學中，教師可通過視頻、圖片、科普劇等形式重現(xiàn)歷史情境，啟發(fā)學生提出科學問題，梳理班級問題清單，以此推動系列化、連貫化的科學探究活動。

例如在教學五年級上冊“擺”的相關(guān)內(nèi)容時，教師播放視頻，重現(xiàn)伽利略在教堂中的“無意發(fā)現(xiàn)”，并以問題串的形式提問學生：（1）你觀察到教堂中的燈的擺動有什么規(guī)律？（2）生活中有哪些事物的擺動和它很相似？（3）關(guān)于“擺”你感興趣的科學問題是什么？請每位學生撰寫感興趣的科學問題，師生梳理、歸納，形成班級問題清單：（1）其他物體也像教堂里的燈一樣有這樣的規(guī)律嗎？（2）擺的擺動快慢和什么因素有關(guān)？（3）擺在生活中有什么應用？

這樣的教學后，我們不難發(fā)現(xiàn)學生提出的大部分問題與本單元的教學內(nèi)容是一致的。我們可以通過復刻科學史情境，讓學生代入歷史角色，利用問題串自主建構(gòu)學習內(nèi)容之間的內(nèi)在聯(lián)系，賦予學習活動新的意義，在解決自身疑問的過程中建構(gòu)科學知識、發(fā)展學習能力。

3. 工具發(fā)展類，生發(fā)驅(qū)動問題。

縱觀科學進程，我們不難發(fā)現(xiàn)人們對生產(chǎn)、生活的需求不斷加深，促進了人類借助工具進行一系列的改造自然、改善生活的活動?？梢哉f，工具的發(fā)展、改進與人類需求的增進有著重要的作用?；诖?，筆者通過平移歷史情境，引領(lǐng)學生進入需求情境，從而推動學生經(jīng)歷設(shè)計、制作、測試、改進等產(chǎn)品活動，以工具的應用、發(fā)展來培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)。例如在教學二年級下冊“做一個指南針”中，教師可先創(chuàng)設(shè)問題情境“在廣袤的大海上，船隊因為遇到暴風雨而迷失了方向，此時如果能有準確指示南北方向的工具該多好”，明確需求任務(wù)是制作一個能指示南北的工具;再通過微課模仿制作簡易的水浮式指南針;最后出示沈括總結(jié)的指針的四種懸掛方式，改進自己的指南針，在活動體驗中滲透指南工具的變遷史。

二、復刻歷史活動，發(fā)展探究活動鏈

1. 重做經(jīng)典實驗，采集可靠證據(jù)。

在科學史中有許多經(jīng)典的實驗，這些經(jīng)典的探究活動，或建構(gòu)了新的科學理論，或為科學研究提供了新的方法。只有讓學生親身經(jīng)歷科學探究活動，才能最大限度地發(fā)揮科學史的作用，為學生建構(gòu)科學知識、領(lǐng)悟科學思想、學習科學方法提供支持。例如，在六年級上冊“電和磁”一課中，教師要為學生提供充足的實驗材料、充裕的實驗時間，確保實驗記錄的準確性和真實性，為學生的思維活動積累事實證據(jù)。在重做經(jīng)典實驗的過程中，學生體會到科學家收集事實證據(jù)的過程，感受科學探究的不易。

2. 重組探究歷程，獲取多元體驗。

由于科學課堂時間和空間是有限的，這就需要教師提前梳理教材中暗含的科學史線索，再整合呈現(xiàn)科學探究活動，幫助學生獲取多元體驗，為核心概念的建構(gòu)提供事實基礎(chǔ)。

例如，在六年級上冊“能量從哪里來”一課中蘊含了科學的發(fā)展脈絡(luò)：摩擦起電→萊頓瓶儲存靜電→伏打制作了伏打電堆→根據(jù)電磁感應原理，西門子改進了發(fā)電機→大型輸電設(shè)備的建設(shè)。明確了這一發(fā)展脈絡(luò)，教師可依照歷史發(fā)展線設(shè)置三個體驗活動?；顒?：制作雪碧電池，領(lǐng)會伏打電堆原理是將化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，拓展認識新型電池的種類、能量轉(zhuǎn)換形式?；顒?：體驗手搖發(fā)電機、風力發(fā)電，初步了解發(fā)電原理?；顒?：拓展認識新型發(fā)電方式。

這樣的教學發(fā)掘、整合了人類的科學歷程，設(shè)計了有趣、豐富的體驗探究活動，讓學生在課堂中經(jīng)歷人類對于電能的革新使用史，進一步完善了“能量之間可以相互轉(zhuǎn)換”這一概念，體會科學技術(shù)的發(fā)展和應用影響著社會的發(fā)展。

三、復盤歷史思維，推動邏輯風暴面

1. 嚴謹求證，重建認知結(jié)構(gòu)。

在科學教學中，部分教師往往急于讓學生根據(jù)實驗現(xiàn)象得出科學結(jié)論，忽視了從實驗現(xiàn)象提煉為科學概念的曲折性和嚴謹性，擠占了學生思維發(fā)展的空間。有鑒于此，教師可將科學家的思維方式引入教學，從而培養(yǎng)學生嚴謹?shù)膶W科態(tài)度，發(fā)展縝密的科學思維。

在六年級上冊“電和磁”的教學中，學生觀察到“通電導線能夠讓磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)”這一現(xiàn)象后，教師可適時提問學生：你認為讓磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)的原因是什么？從而引導學生對小磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)的原因進行歸因：可能是實驗操作帶來的誤差，可能是實驗時周圍存在鐵制品影響了實驗結(jié)果，還可能是電和磁之間產(chǎn)生了某種聯(lián)系。而后，教師再介紹奧斯特在發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象時的科學求證，將學生的歸因活動與奧斯特嚴謹求證的歷史相結(jié)合，通過重演歷史活動，培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度，發(fā)展學生縝密的科學思維。

2. 今昔思辨，彰顯理性生長。

科學是理性的，但是歷史具有人文性?？茖W史正是在科學觀點的提出、推翻、完善的循環(huán)過程中向前發(fā)展的。回顧科學史時，我們不應該站在歷史的已知點對歷史觀點進行評判，應當立足當時的歷史情境，從邏輯思維的角度分析當時人們提出觀點時的客觀證據(jù)是否充分，理性看待科學觀點的碰撞、更迭、改進，從而彰顯科學理性。在六年級上冊“人類認識地球的歷史”這一課中呈現(xiàn)了地心說和日心說的主要觀點。教學時，教師可以請學生先閱讀內(nèi)容，再通過扮演“托勒密”和“哥白尼”的角色，闡述各自關(guān)于地球運動的觀點。最后，教師再根據(jù)導學單引導學生客觀、公正地看待兩個觀點學說：①兩個學說有什么不同點，有什么相同點？②他們的證據(jù)能證明自己的觀點嗎？你對哪些證據(jù)心存疑惑？③這兩個觀點能否合理地解釋晝夜交替現(xiàn)象呢？從而以客觀、嚴謹?shù)目茖W態(tài)度來分辨歷史觀點，進而發(fā)展學生崇尚理性、獨立思考的意識。

3. 歷史留白，探求個性增量。

科學的發(fā)展是連續(xù)的，學生的科學學習不應止步于課堂。敏銳地捕捉和利用隱藏于教材中的“歷史留白區(qū)”，可以增加學生學習科學的興趣，推動科學史的學習。

例如“人類認識地球的歷史”一課的插圖，只標出了六大行星，而在六年級上冊“八顆行星”中，就直接給出了太陽系中有八顆行星。由此，教師可以出示圖片引發(fā)學生提出問題：①人類是怎樣發(fā)現(xiàn)天王星、海王星的？②冥王星又是為什么變成了矮行星？③人類在太陽系中，還有了什么新的發(fā)現(xiàn)……這樣的教學可利用教材中的“留白區(qū)”引發(fā)學生思考，發(fā)展學生的科學素養(yǎng)。

當然，科學史的利用不僅僅可以用于課堂教學，還可以適切性地選用社會熱點，根據(jù)學生的學習特點，精心設(shè)計科學實踐活動，推動學生積極參與到社會生活中，形成利用科學知識了解現(xiàn)實、解釋現(xiàn)象、解決問題的能力。這樣的“留白”教學也能夠促進學生對科學史的感知，培育學生的科學精神。

（作者單位：浙江省杭州市大禹路小學）