小學科學教科書中科學史內(nèi)容的分析及教學建議

摘要 科學教科書中編排了大量的科學史內(nèi)容，對培養(yǎng)小學生科學素養(yǎng)具有重要作用。從出現(xiàn)次數(shù)、呈現(xiàn)方式、內(nèi)容類型、教學指向四個維度分析教科版《科學》中的科學史教學內(nèi)容，可以為教師提供更為清晰的科學史教學線索，利于教師轉(zhuǎn)變觀念重新審視科學史的教學地位，進而合理組織科學史教學內(nèi)容、靈活選擇科學史教學策略。

關(guān)? 鍵? 詞 科學史 教科版 小學科學 科學素養(yǎng) 科學精神

引用格式 劉劍.小學科學教科書中科學史內(nèi)容的分析及教學建議[J].教學與管理，2022（35）：69-72.

科學史是人類科學發(fā)展歷程的高度凝練，包含了人們在探索自然過程中形成的科學價值、科學規(guī)范和科學習慣，對提高小學生科學素養(yǎng)具有重要作用?？茖W史包括研究自然、理解自然和改造自然的研究人員的歷史，以及在研究過程中的重要事件、經(jīng)典實驗和研究體系等。小學科學教科書中編排了大量的科學史，作為小學科學教學的重要課程資源，科學史內(nèi)容具有重要價值?？茖W史可以幫助學生認識科學發(fā)展的過程，明確科學研究的方法，理解科學研究的本質(zhì)；可以幫助學生創(chuàng)設(shè)探索問題的情境，揭示科學概念產(chǎn)生的原理及其應(yīng)用；還可以增強學生學習興趣，拓展學生的科學認知視野[1]。因此，筆者對教科版《科學》中的科學史內(nèi)容進行梳理分析，以期幫助教師更好地把握教科書中的科學史內(nèi)容，使之更好地融入科學教學，提高學生的科學素養(yǎng)。

一、教科版小學《科學》中科學史內(nèi)容的分析

筆者在借鑒前人研究經(jīng)驗的基礎(chǔ)上[2]，結(jié)合教科版《科學》的編排特點，確立了4個一級分析維度：出現(xiàn)次數(shù)、呈現(xiàn)方式、內(nèi)容類型和教學指向。在一級分析維度之下進一步細分2～3個二級分析維度，并對二級分析維度進行操作性定義（見表1）。依據(jù)表1對各年級教科書中的科學史內(nèi)容進行統(tǒng)計分析。

1.科學史內(nèi)容出現(xiàn)次數(shù)的分析

科學史在教科書中出現(xiàn)的次數(shù)可以體現(xiàn)教材編寫者對科學史的重視程度。教科版《科學》中科學史內(nèi)容的出現(xiàn)次數(shù)可以從科學家和科學故事兩個方面考察。由表2可以看出，科學故事和科學家出現(xiàn)的次數(shù)大體相當。

對科學家的介紹可以豐富小學生對科學家的認識，為他們樹立優(yōu)秀的榜樣。如一年級上冊“植物”單元中的“科學閱讀”板塊介紹了2015年獲得諾貝爾生理學或醫(yī)學獎的屠呦呦?？茖W故事的敘述可以使小學生對科學發(fā)展的認識更加具體生動，更容易激發(fā)他們的學習興趣。如五年級下冊“環(huán)境與我們”單元通過了解我國古代造紙技術(shù)，指導(dǎo)學生做一張再生紙，從而培養(yǎng)學生資源再生的意識。

總的來看，教科版《科學》的科學史數(shù)量隨年級的升高而逐漸增多，特別是從三年級開始數(shù)量明顯增加。其中，中外科學家的數(shù)量上，國外科學家要略多一些，主要以科學發(fā)展過程中有重大發(fā)現(xiàn)或產(chǎn)生過重大影響的科學家為主，如牛頓、伽利略、列文虎克、孟德爾、麥哲倫等。在每冊教科書前的“科學家這樣做”板塊以中國科學家為主，如沈括、竺可楨、童第周、鐘楊、南仁東等。

2.科學史內(nèi)容呈現(xiàn)方式的分析

科學史內(nèi)容的不同呈現(xiàn)方式反映了教材編寫者不一樣的編寫意圖。教科版《科學》中科學史的內(nèi)容呈現(xiàn)方式有背景性正文、貫穿性正文和特定板塊（見表3）。

背景性正文是對教科書正文內(nèi)容的介紹或補充，是對某一科學事件、實驗裝置或研究成果的介紹說明。有的放在正文之前起到引入鋪墊的作用，如四年級上冊“運動和力”單元的“讓小車運動起來”一節(jié)就通過各種類型的車的發(fā)展史引入教學；有的放在正文之后，補充說明正文所學或者引導(dǎo)學生進一步探究，如五年級上冊“光”單元中美國宇航員登月后，科學家利用光的反射原理測得了地球到月球的平均距離。貫穿性正文作為正文的一部分，有的是正文研究內(nèi)容的一部分，作為學生探索內(nèi)容的一個點，如五年級上冊“地球表面的變化”單元的“地震的成因及作用”一節(jié)中通過唐山地震和汶川地震后的圖片感受地表的變化；有的貫穿正文始終，作為某一章節(jié)的主體，如六年級下冊“宇宙”單元中“探索宇宙”一節(jié)通過了解人類探索宇宙的歷史，激發(fā)學生探索宇宙奧秘的興趣。特定板塊主要指每冊教科書目錄之前的“科學家這樣做”這一板塊。如二年級下冊介紹了我國宋代科學家沈括及其主要成就，六年級下冊介紹了進化論的奠基人達爾文。這些特定板塊中科學家的介紹對培養(yǎng)小學生科學學習興趣、拓寬學生知識面助益良多。教科版《科學》的科學史內(nèi)容呈現(xiàn)方式多樣，并且和各小節(jié)內(nèi)容結(jié)合緊密，有助于培養(yǎng)學生的課程學習興趣，幫助學生更好地理解課程內(nèi)容，拓展學生知識面，對知識進行深度挖掘。

3.科學史內(nèi)容類型的分析

教科版《科學》中科學史的內(nèi)容類型可以分為三類：科學家介紹、科學事件介紹和實驗背景介紹（見表4）。

“科學家介紹”主要介紹人類科學發(fā)展過程中一些重要的科學人物及其取得的主要成就，如二年級下冊“科學家這樣做”中介紹了我國宋代的沈括在總結(jié)前人經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，提出了指南針放置的四種方法，為世界航海事業(yè)的發(fā)展提供了極大的幫助?！翱茖W事件介紹”主要描述重要的科學發(fā)現(xiàn)、實驗裝置及其影響，如六年級上冊“微小世界”單元的“怎樣放得更大”一節(jié)里介紹了光學顯微鏡的發(fā)明過程，并指出了光學顯微鏡和電子顯微鏡的主要特點，為學生探索把兩個凸透鏡組合起來可以把物體放得更大提供幫助?！皩嶒灡尘敖榻B”主要是介紹實驗裝置的產(chǎn)生及原理，如六年級上冊“推動社會發(fā)展的印刷術(shù)”一節(jié)對我國古代印刷術(shù)的介紹為學生模擬活字印刷術(shù)做了準備。在三類內(nèi)容中“科學家介紹”最多，通過對科學家個人生平的描述可以迅速拉近學生與科學家的距離，認識更加真實的科學家，學習他們嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度、鍥而不舍的科學精神。“科學事件介紹”和“實驗背景介紹”的內(nèi)容相對較少，“科學事件介紹”可以使學生快速了解科學發(fā)現(xiàn)的歷程及其在科學發(fā)展史上的作用，激發(fā)學生學科學、愛科學的興趣；“實驗背景介紹”可以幫助學生更好地開展實驗，提高實驗的規(guī)范性與準確性。

4.科學史內(nèi)容教學指向的分析

教科版《科學》中科學史不同的呈現(xiàn)方式、不同的內(nèi)容類型對學生科學思維方式的培養(yǎng)、科學學習方法的掌握具有重要作用，但在具體科學史內(nèi)容的運用中，其教學指向是不同的?？茖W史教學內(nèi)容的教學指向可以從三個方面考察：閱讀與了解、思考與討論和查閱相關(guān)資料（見表5）。

指向“閱讀與了解”的科學史內(nèi)容重在引導(dǎo)學生了解科學家和科學事件的具體內(nèi)容，使學生在較短的時間內(nèi)獲得大量的科學史知識，激發(fā)學生的科學學習興趣，如六年級上冊“科學家這樣做”中對建造“中國天眼”的南仁東的介紹，可以激發(fā)學生探索宇宙奧秘的好奇心，感受中國天文學家的堅韌與執(zhí)著。指向“思考與討論”的科學史內(nèi)容是在閱讀的基礎(chǔ)上引發(fā)學生對本節(jié)學習內(nèi)容的思考與討論，以促進學生對科學事件、科學實驗的深入了解，并進一步培養(yǎng)學生的操作能力和探究能力，如六年級上冊“地球的運動”單元的“人類認識地球運動的歷史”一節(jié)，通過回顧人類探索地球運動的歷程，在了解“地心說”“日心說”的基礎(chǔ)上展開討論，為晝夜交替的模擬實驗提供指導(dǎo)。指向“查閱相關(guān)資料”的科學史內(nèi)容要求學生在課堂學習的基礎(chǔ)上，就相關(guān)主題補充資料、拓寬知識面，如五年級上冊“計量時間”單元的“時間在流逝”一節(jié)，要求學生搜集資料，交流古人利用太陽計時的方法和事例，為后續(xù)學習提供支撐。

總之，教科版《科學》科學史教學內(nèi)容豐富，整體呈現(xiàn)隨年級的升高而增多的趨勢。呈現(xiàn)方式上，背景性正文、貫穿性正文和特殊板塊三種呈現(xiàn)方式并存，其中獨具特色的是每冊教材之前的“科學家這樣做”，比較具體地為學生介紹一位科學家的生平及主要成就，可以豐富學生的科學認知，激發(fā)學習興趣。在科學史內(nèi)容方面，科學家介紹占比最大，這和小學生的年齡特點緊密聯(lián)系，便于教師在教學中的滲透；科學史教學內(nèi)容主要指向閱讀與了解，思考與討論和查閱相關(guān)資料較少，這也與學生的實際相符。教科版《科學》科學史內(nèi)容在年級間的差異較大，缺乏均衡性，且以科學家、科學故事的形式呈現(xiàn)較多，對科學實驗的重現(xiàn)、科學結(jié)論的討論、科學資料的搜集等學習方式關(guān)注較少。

二、教科版小學《科學》中科學史內(nèi)容的教學建議

1.重新認識科學史的教學地位

大多數(shù)科學教師認為，科學教學傳授的是人類科學探索過程中形成的科學知識和科學方法，在這一過程中引入科學史，可以作為背景資料，激發(fā)學生學習興趣，為后續(xù)教學做鋪墊，也可以作為課堂教學的延伸和擴充，拓展學生的知識面，鞏固課堂所學。這樣的科學史教學會集中于學生興趣的激發(fā)，容易成為科學教學的附屬內(nèi)容，科學史教學被片面呈現(xiàn)，得不到應(yīng)有的重視。薩頓認為，科學史是不同于一般的歷史，它是人類社會進步、思想進化的歷史，如果科學史教學不能對鮮活的科學歷史進行整體描述，就不能稱之為成功[4]。因此，科學教師要轉(zhuǎn)變觀念，在科學教學中為學生呈現(xiàn)真實的科學史，展現(xiàn)科學發(fā)展的完整歷程，提供嚴謹有序的科學知識和方法，彌補教材編寫的不足。如五年級下冊“環(huán)境與我們”單元的“讓資源再生”一節(jié)中，在“探索”環(huán)節(jié)首先安排學生了解我國古代的造紙技術(shù)，并附有一張我國古代造紙流程圖。多數(shù)教師在處理這一環(huán)節(jié)時，通過視頻或PPT讓學生了解中國古代造紙的一般流程：斬竹漂塘—煮楻足火—蕩料入簾—覆簾壓紙—透火烘干，為學生自己動手制作一張再生紙?zhí)峁┓椒ㄉ系臏蕚?。結(jié)合科學課程標準提出的“了解科學、技術(shù)、社會和環(huán)境的關(guān)系，具有保護環(huán)境的意識和社會責任感”的要求，教師可以在學生了解古代造紙過程的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學生在制作再生紙的過程中感受古代勞動人民的智慧，補充關(guān)于造紙的相關(guān)知識，并在“研討”環(huán)節(jié)指出蔡倫改進的造紙原料多是樹皮、麻頭、魚網(wǎng)等，進一步培養(yǎng)學生的環(huán)保意識和社會責任感。

2.依托教材組織科學史教學內(nèi)容

教科版《科學》科學史內(nèi)容編排涉及領(lǐng)域全面、內(nèi)容豐富，但多以背景資料、拓展知識等形式出現(xiàn)，在具體教學過程中不一定能滿足教學需要。因此，教師需要根據(jù)學生認知特點和科學課程標準的要求，依托教材進行適當?shù)难a充與完善，合理組織科學史教學內(nèi)容，從而更好地培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)。

一是指向科學精神培養(yǎng)的科學史教學內(nèi)容組織?？茖W精神是人類科學探索過程中形成的勇于獻身的精神、不屈不撓的意志、求真去偽的態(tài)度等精神狀態(tài)。教學過程中教師要基于學生已有認知，結(jié)合具體教學實際，選擇、組織科學史教學內(nèi)容。教科版《科學》在每冊教材中都安排了“科學家這樣做”板塊，介紹一位中外科學史上的著名科學家，但由于篇幅有限，從教材中學生只能大致了解某位科學家的主要科學成就，需要教師及時補充、重新組織。如六年級上冊，該板塊介紹了“中國天眼”FAST的建造過程及FAST工程的首席科學家兼總工程師南仁東。實際上，在FAST建造后期南仁東已經(jīng)身患肺癌，但他依然堅持工作；他還是國際天文學會射電專業(yè)委員會委員主席，主要從事射電天文學基礎(chǔ)研究。這些都是教師應(yīng)當為學生介紹或者引導(dǎo)學生去了解的內(nèi)容。

二是指向科學思維培養(yǎng)的科學史教學內(nèi)容組織?？茖W思維是指在科學探索過程中形成的，對科學認知活動和各類認知材料展開加工處理的思維方法的總和。對小學生而言，主要包括綜合分析能力、推理論證能力、批判思維能力和創(chuàng)新思維能力等。在科學課堂教學中，教師需要根據(jù)學生的認知結(jié)構(gòu)和認知特點，以及具體教學內(nèi)容，逐步培養(yǎng)學生科學思維。如六年級上冊“地球的運動”單元“人類認識地球運動的歷史”一節(jié)，通過回顧人類認識地球過程中的兩種理論——托勒密的“地心說”和哥白尼的“日心說”，使學生認識到科學真理是在證據(jù)支持下不斷完善，并推動人類進步的。在教學過程中可以培養(yǎng)學生的批判性思維能力，使學生初步養(yǎng)成用辯證的眼光看待事物的習慣。

3.貼近學生選擇科學史教學策略

一是引入科學故事。通過故事的形式介紹科學史上的重要發(fā)現(xiàn)、發(fā)明過程和著名人物及成就是科學史教學的常用策略，特別是在中低段，科學故事可以更好地激發(fā)學生的科學學習興趣。在科學課堂教學中教師可以根據(jù)學生情況和課程安排在課堂開始時、課堂進行中和課堂結(jié)束時引入科學故事[5]。如六年級上冊“電和磁”單元可以把丹麥科學家奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)的故事放在課始引入，提高學生學習本單元知識的熱情；五年級下冊“船的研究”可以把與船的發(fā)展歷史相關(guān)的資料放在課中介紹給學生，幫助學生初步了解從獨木舟到現(xiàn)代艦船的發(fā)展史，豐富學生的認知；六年級下冊“生物的多樣性”單元中孟德爾和豌豆實驗的內(nèi)容可以放在“形形色色的植物”這一節(jié)內(nèi)容的課尾，以開拓學生的視野。

二是重現(xiàn)科學探究過程。科學探究是指科學家通過自己的調(diào)查研究認識和解釋自然界的活動，包括提出問題、收集數(shù)據(jù)、建立假設(shè)、驗證假設(shè)、得出結(jié)論以及交流結(jié)果等，其實質(zhì)是探索未知世界的路徑與方法。從科學史的角度看待科學探究的過程，需要幫助學生重現(xiàn)科學史上重要理論的發(fā)現(xiàn)過程，加深對科學概念、科學規(guī)律的理解，從而使學生在現(xiàn)實情境中運用所學解決問題。具體教學過程中教師需要創(chuàng)設(shè)情境，讓學生置身于科學發(fā)現(xiàn)歷程中，沿著科學家的足跡探索，領(lǐng)悟科學家的所思所想，讓他們了解科學家是怎樣發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的，進而領(lǐng)會科學探索的一般方法，初步培養(yǎng)學生的科學探究能力[6]。如五年級上冊“計量時間”單元“用水計量時間”一節(jié)，通過水鐘引入教學，讓學生在制作水鐘的過程中發(fā)現(xiàn)水鐘計時的關(guān)鍵：讓水以均勻的速度往下流。繼而再次觀察古代水鐘。在這一過程中初步培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。

參考文獻

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[3] 史加祥.小學科學教材中科學史內(nèi)容分析研究——以教科版、遠東版和劍橋版三套教材為例[J].教育參考，2021（05）：85-92.

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