科學(xué)史的教育價(jià)值及其融入科學(xué)教學(xué)的實(shí)踐探索

俞艷　何力理

【摘 要】科學(xué)史是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的重要載體。將科學(xué)史融入科學(xué)教育，有利于促進(jìn)學(xué)生對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和人文素養(yǎng)。教師在課堂教學(xué)中，通過將科學(xué)史融入新課環(huán)節(jié)、主線知識(shí)教學(xué)、實(shí)驗(yàn)探究和習(xí)題講解的實(shí)踐中，有助于發(fā)揮科學(xué)史在初中科學(xué)教學(xué)中的價(jià)值，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

【關(guān)鍵詞】科學(xué)史 科學(xué)教學(xué) 科學(xué)探究

【中圖分類號(hào)】G613? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A? 【文章編號(hào)】1002-3275（2023）14-62-03

有效教學(xué)是中學(xué)科學(xué)課程教學(xué)追求的目標(biāo)之一，融入科學(xué)史有助于提高科學(xué)教學(xué)的有效性。目前仍有一些教師未認(rèn)識(shí)到科學(xué)史的教育價(jià)值，忽略了將科學(xué)史融入教學(xué)。馬赫曾指出：“沒有任何科學(xué)教育可以不重視科學(xué)的歷史與哲學(xué)，它們都有賴于科學(xué)文化這個(gè)堅(jiān)實(shí)的后盾?！保?］在高等教育研究中，科學(xué)史被認(rèn)為是一種重要的教育內(nèi)容。本文以課堂實(shí)踐為例，將科學(xué)史融入科學(xué)教學(xué)主要環(huán)節(jié)，闡述科學(xué)史在科學(xué)教學(xué)中的意義與應(yīng)用，以提高科學(xué)課堂的有效性。

一、科學(xué)史融入科學(xué)教育的發(fā)展歷程

最早提出將科學(xué)史引入科學(xué)教育的是孔德，對(duì)科學(xué)教育的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。后來薩頓對(duì)科學(xué)史進(jìn)行了學(xué)科的建制，使科學(xué)史成為一門公認(rèn)的教育學(xué)科。后來科學(xué)史逐漸發(fā)展，成為科學(xué)教育不可或缺的內(nèi)容。其中，庫恩加大了科學(xué)史融入教育的力度，提出在科學(xué)教育過程中，應(yīng)該加大人文尤其是科學(xué)歷史的教育力度。而后霍爾頓牽頭哈佛物理教學(xué)改革計(jì)劃，改革的結(jié)果是美國出版了一套《中學(xué)物理教程》的物理教材，融入了大量具有人文主義的科學(xué)史內(nèi)容，被許多國家借鑒。后來，美國率先全面貫徹科學(xué)史教育，歐洲一些國家也陸續(xù)掀起了一股學(xué)習(xí)和研究科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)與科學(xué)教育的熱潮。［2］將科學(xué)史融入教育教學(xué)已成為當(dāng)今世界的教育趨勢(shì)，我國近年來也十分重視科學(xué)史教育。

二、科學(xué)史的教育價(jià)值

科學(xué)是一門體現(xiàn)科學(xué)本質(zhì)的綜合性課程，它有助于學(xué)生認(rèn)識(shí)自然，理解科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)與環(huán)境的關(guān)系，形成基本的科學(xué)態(tài)度和社會(huì)責(zé)任感，樹立正確的世界觀、人生觀、價(jià)值觀。因此，科學(xué)教學(xué)的意義不僅僅是傳授知識(shí)，使學(xué)生掌握科學(xué)技能，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問題的能力，求真務(wù)實(shí)、敢于批判的科學(xué)精神與創(chuàng)新意識(shí)，而科學(xué)史具有這樣的教育價(jià)值。

（一）親歷科學(xué)史實(shí)，加深學(xué)生對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解

在實(shí)際教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，部分學(xué)生對(duì)抽象的概念與體系的建構(gòu)感到費(fèi)解，易對(duì)知識(shí)形成固化記憶。借助科學(xué)史不僅能使學(xué)生知曉科學(xué)知識(shí)的由來，而且還能以科學(xué)概念產(chǎn)生和演變?yōu)檩d體，展現(xiàn)科學(xué)理論的建立與發(fā)展歷程，加深學(xué)生對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解。例如在教學(xué)八年級(jí)上冊(cè)“牛頓第一定律”內(nèi)容時(shí)，教師可首先提出兩個(gè)啟發(fā)性問題：①世界上能否找到不受力的物體？②如果不受力，物體會(huì)是怎樣的一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)？讓學(xué)生結(jié)合伽利略所處時(shí)代背景，思考在當(dāng)時(shí)的實(shí)驗(yàn)條件和方法局限下，如何創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)解決這兩個(gè)問題。在課堂中，學(xué)生設(shè)身處地地提出設(shè)想，討論與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，教師加以引導(dǎo)完善，與學(xué)生共同重演伽利略經(jīng)典實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與過程。得出推論之后，教師繼續(xù)以物體的運(yùn)動(dòng)方向和狀態(tài)為切入點(diǎn)，啟發(fā)學(xué)生思考推論的局限性，從歷史發(fā)展的角度指出笛卡爾、牛頓對(duì)伽利略思想的發(fā)展與完善的必然性，讓學(xué)生切身體會(huì)到科學(xué)本質(zhì)是不斷修正、發(fā)展的。同時(shí)，科學(xué)的方法是多元化的，它總是伴隨著科學(xué)概念的產(chǎn)生與原理的發(fā)現(xiàn)而出現(xiàn)。親歷伽利略的理想實(shí)驗(yàn)使學(xué)生掌握了理想實(shí)驗(yàn)法以及它的產(chǎn)生背景和形成過程，從而可以靈活運(yùn)用這個(gè)方法去解決后續(xù)遇到的實(shí)際問題。例如在聲音的傳播條件探究中，絕對(duì)真空是很難實(shí)現(xiàn)的，但不斷抽走密閉空間的空氣，聽到的聲音不斷減弱。學(xué)生借助理想實(shí)驗(yàn)法能夠很容易推理出真空不能傳聲的結(jié)論。

科學(xué)史教育有助于培養(yǎng)學(xué)生的求真、探索、創(chuàng)新品質(zhì)，促使學(xué)生領(lǐng)悟科學(xué)本質(zhì)，掌握科學(xué)探究方法，培養(yǎng)科學(xué)精神。

（二）領(lǐng)略科學(xué)史實(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)

科學(xué)史重現(xiàn)艱難曲折的科學(xué)知識(shí)獲得歷程，展現(xiàn)了科學(xué)家求實(shí)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)核心素養(yǎng)。在傳統(tǒng)教學(xué)中，科學(xué)史常作為課后閱讀材料，這導(dǎo)致學(xué)生雖然能掌握教材所呈現(xiàn)的科學(xué)原理、步驟和結(jié)論，但是忽略了科學(xué)研究中對(duì)實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)結(jié)論的真實(shí)性、嚴(yán)謹(jǐn)性的要求。例如教學(xué)八年級(jí)上冊(cè)“構(gòu)成物質(zhì)的微?！睍r(shí)，課程思路往往為分子—原子—原子核（盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)）—質(zhì)子和中子。這一教學(xué)思路雖然思維邏輯性強(qiáng)，但是學(xué)生不能親歷科學(xué)的探索歷程，無法對(duì)知識(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈共鳴，課堂教學(xué)效果往往欠佳。若以粒子發(fā)現(xiàn)史為線索教授物質(zhì)的微粒構(gòu)成，既生動(dòng)又體現(xiàn)科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性和真實(shí)性。

在教學(xué)中，以德謨克利克的原子論提出原子的最早由來，以道爾頓的原子學(xué)說初步揭示化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)，針對(duì)不能用原子學(xué)說解釋某些體積變化的化學(xué)反應(yīng)（如H2+Cl2=2HCl），引出阿伏伽德羅分子學(xué)說中的分子概念。這個(gè)過程使科學(xué)思想的產(chǎn)生以及科學(xué)認(rèn)識(shí)形成的曲折變得生動(dòng)可感，加深了學(xué)生對(duì)原子、分子名詞的理解，幫助學(xué)生厘清原子、分子二者在化學(xué)變化中的聯(lián)系與區(qū)別，并使“原子是否可再分”成為學(xué)生后續(xù)關(guān)注的重點(diǎn)。教師適時(shí)地演示通電的陰極射線管實(shí)驗(yàn)，將學(xué)生的思維帶入湯姆森的電子發(fā)現(xiàn)時(shí)代。通過闡述射線偏移原理，讓學(xué)生感性認(rèn)識(shí)到在磁場(chǎng)的作用下發(fā)生位置偏移的陰極射線本質(zhì)上是由一種帶負(fù)電的粒子（電子）組成的，開啟原子可分的歷史進(jìn)程?？茖W(xué)的發(fā)展與認(rèn)識(shí)需要一代又一代人探索，盧瑟福為驗(yàn)證導(dǎo)師湯姆森的原子棗糕模型，提出α粒子的散射實(shí)驗(yàn)。通過持續(xù)實(shí)驗(yàn)觀察與研究，盧瑟福與其助手捕捉到了熒光屏電子出現(xiàn)概率卻無法證明棗糕模型假設(shè)成立，反而根據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)提出原子有核模型，推翻了導(dǎo)師的棗糕模型。

由此可見，基于科學(xué)史教育的科學(xué)教學(xué)引領(lǐng)學(xué)生生動(dòng)地領(lǐng)略了科學(xué)宏觀的發(fā)展史實(shí)，讓學(xué)生掌握科學(xué)知識(shí)和技能的同時(shí)，向?qū)W生清晰地再現(xiàn)了科學(xué)家在繼承和批判中推動(dòng)了科學(xué)進(jìn)步，體現(xiàn)出批判創(chuàng)新的思維，培養(yǎng)學(xué)生的分析與創(chuàng)新能力。

（三）自豪于科學(xué)史實(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的人文素養(yǎng)

科學(xué)史是人類文明進(jìn)步的歷史，它促使學(xué)生認(rèn)識(shí)過去，自豪于科學(xué)家所取得的成就，又心懷責(zé)任，對(duì)未來科學(xué)發(fā)展充滿信心。例如在九年級(jí)下冊(cè)“物理學(xué)與能源技術(shù)”教學(xué)中，教師引導(dǎo)學(xué)生了解中華人民共和國成立初期，我國一大批科學(xué)家（如錢學(xué)森、鄧稼先等）艱苦奮斗，投身中國科研事業(yè)。生動(dòng)的科學(xué)史實(shí)一方面增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)祖國的認(rèn)同感，鼓勵(lì)學(xué)生樹立為祖國的蓬勃發(fā)展而奮斗的人生理想。另一方面又可以讓學(xué)生意識(shí)到人類探索自然的艱辛，啟發(fā)學(xué)生追求科學(xué)的真善美。例如人類對(duì)地球形狀的探索、二十四節(jié)氣的規(guī)律總結(jié)、日月東升西落的規(guī)律發(fā)現(xiàn)等，都是一代又一代人通過艱辛探索形成的對(duì)世界的正確認(rèn)識(shí)。因此，在科學(xué)教學(xué)中融入科學(xué)史，對(duì)學(xué)生人文素養(yǎng)的培養(yǎng)有著深遠(yuǎn)的影響，有助于激發(fā)學(xué)生對(duì)科學(xué)的興趣，樹立刻苦學(xué)習(xí)、報(bào)效祖國、造福人類的志向。

三、科學(xué)史融入科學(xué)教學(xué)的探索實(shí)踐

（一）創(chuàng)設(shè)情境，引入新課

創(chuàng)設(shè)情境的目的是激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與動(dòng)機(jī)，在教學(xué)中融入科學(xué)史有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性。例如在八年級(jí)下冊(cè)“凸透鏡成像”教學(xué)中，以一個(gè)歷史性問題“凸透鏡第一次應(yīng)用于什么領(lǐng)域？”作為課堂引入，通過多媒體介紹伽利略研制的望遠(yuǎn)鏡與觀察天空史，充分激發(fā)學(xué)生對(duì)透鏡原理的興趣。教師再適時(shí)地提問：伽利略使用的透鏡和放大鏡有何異同？激起學(xué)生探究欲望。通過后續(xù)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生知道焦距的概念，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)焦距、物距與像距對(duì)凸透鏡成像的影響，成像規(guī)律也伴隨著實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行一一揭開。學(xué)生親歷史實(shí)，在課堂上經(jīng)歷了一次深刻的凸透鏡成像規(guī)律探索之旅。

引入新課，需找準(zhǔn)與課堂知識(shí)相關(guān)的科學(xué)史作為切入點(diǎn)，讓學(xué)生成為問題的發(fā)現(xiàn)者和活動(dòng)的探索者。同時(shí)，善用科學(xué)史可讓學(xué)生由靜態(tài)地接受知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)態(tài)地獲取知識(shí)，有助于潛移默化地培養(yǎng)學(xué)生觀察、分析問題的能力。科學(xué)教材中還有許多科學(xué)史料可進(jìn)一步挖掘，如利用海爾蒙特做柳樹實(shí)驗(yàn)，引出光合作用的原料——二氧化碳；利用阿基米德檢驗(yàn)王冠是否摻有白銀，發(fā)現(xiàn)F浮=G排液，引出阿基米德原理的教學(xué)；等等。

（二）梳理主線，拓展知識(shí)

科學(xué)知識(shí)系統(tǒng)的形成體現(xiàn)了人類探索自然本質(zhì)的連續(xù)性。通過在教學(xué)中融入科學(xué)史，可讓學(xué)生知道每項(xiàng)科學(xué)成就背后的人物與事實(shí)，能在事物發(fā)展規(guī)律的基礎(chǔ)上梳理知識(shí)、概括知識(shí)、拓展知識(shí)，把握歷史的主線，掌握每一次科學(xué)理論發(fā)現(xiàn)背后的研究方法和技能。例如在八年級(jí)下冊(cè)“電和磁”的復(fù)習(xí)教學(xué)中，可以電、磁、電磁之間關(guān)系的發(fā)現(xiàn)時(shí)間為主線，對(duì)電和磁的重難點(diǎn)進(jìn)行梳理與拓展，如圖1所示。

通過厘清歷史脈絡(luò)，著眼于科學(xué)史上的關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)，學(xué)生生動(dòng)地經(jīng)歷了完整的電和磁研究史，從中了解豐富的科學(xué)知識(shí)原理和科學(xué)方法，對(duì)習(xí)得的知識(shí)與方法產(chǎn)生更深刻的印象。

（三）啟發(fā)思維，開展探究

科學(xué)史不僅僅是探索自然本質(zhì)的發(fā)展史，更是人類思維飛躍的記錄史。每項(xiàng)科學(xué)發(fā)現(xiàn)背后都有著嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)探究過程，因此教師每一次的科學(xué)知識(shí)講授，都應(yīng)該讓學(xué)生的思維得到提升。在植物向光性實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，借助銅錢草的向光生長(zhǎng)現(xiàn)象可以讓學(xué)生以角色代入的形式重演達(dá)爾文的思考?xì)v程。如關(guān)于達(dá)爾文如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以根據(jù)已有認(rèn)知，充分調(diào)動(dòng)思維和主動(dòng)展開想象去設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)。在得到胚芽鞘發(fā)生向光彎曲是因?yàn)槟撤N影響的結(jié)論后，可以繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生思考某種影響的本質(zhì)是什么，從而引出探究這種影響的本質(zhì)的溫特實(shí)驗(yàn)。在證明這種影響本質(zhì)上是一種生長(zhǎng)素后，啟發(fā)學(xué)生繼續(xù)思考生長(zhǎng)素是什么化學(xué)物質(zhì)，從而自然地引出荷蘭科學(xué)家郭葛從植物中分離鑒定出這種化學(xué)物質(zhì)為吲哚乙酸的事實(shí)。

可見，科學(xué)史與科學(xué)課堂的有機(jī)融合，重現(xiàn)了生長(zhǎng)素的前世今生，師生通過共同討論幾位科學(xué)家設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，加深了對(duì)科學(xué)探究步驟的認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展。

（四）總結(jié)知識(shí)，精講習(xí)題

有效的課堂教學(xué)不僅涉及知識(shí)傳授，而且包含對(duì)所學(xué)知識(shí)的鞏固。習(xí)題對(duì)知識(shí)鞏固的作用不言而喻，是科學(xué)有效教學(xué)的重要組成部分。在“雙減”政策背景下，教師應(yīng)讓學(xué)生擺脫題海戰(zhàn)術(shù)，靈活運(yùn)用知識(shí)和方法解決作業(yè)問題，從而減輕學(xué)生做題負(fù)擔(dān)，實(shí)現(xiàn)高效解題。在習(xí)題課中運(yùn)用科學(xué)史，可以幫助學(xué)生厘清作業(yè)中的重難點(diǎn)和易混淆點(diǎn)。以下列習(xí)題中的第（3）問為例：

該題借助運(yùn)動(dòng)與力的情境考查學(xué)生對(duì)伽利略理想實(shí)驗(yàn)的掌握。緊扣科學(xué)史，快速回顧運(yùn)動(dòng)與力實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和結(jié)論，可清晰知道該實(shí)驗(yàn)只能得出物體運(yùn)動(dòng)距離遠(yuǎn)近與阻力有關(guān)，尚未繼續(xù)進(jìn)行推理、完善得出牛頓第一定律，所以只涉及力能改變物體運(yùn)動(dòng)知識(shí)點(diǎn)，答案為B?？梢姡茖W(xué)史與習(xí)題課的融合就是知識(shí)探索的重演，雖然考查的內(nèi)容復(fù)雜，但是學(xué)生明白知識(shí)的來龍去脈，題型便變得清晰。在以經(jīng)典實(shí)驗(yàn)為原型進(jìn)行遷移應(yīng)用的習(xí)題中，科學(xué)史學(xué)習(xí)作用顯著。

在與學(xué)生交流中發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)學(xué)生對(duì)于將科學(xué)史融入科學(xué)教學(xué)具有較高的學(xué)習(xí)熱情，認(rèn)為這個(gè)教學(xué)模式對(duì)知識(shí)的理解遷移有很大幫助。但需要注意的是，融入科學(xué)史的科學(xué)教學(xué)并不是適用于所有教學(xué)內(nèi)容，教師在教學(xué)中需具體情況具體分析。

【參考文獻(xiàn)】

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俞艷 / 浙江寧波前灣新區(qū)科學(xué)初級(jí)中學(xué)，二級(jí)教師，從事中學(xué)科學(xué)教學(xué)；何力理 / 浙江寧波前灣新區(qū)科學(xué)初級(jí)中學(xué)，一級(jí)教師，從事中學(xué)科學(xué)教學(xué)（寧波 315336）