用科技史料助力科学教学

科技史是科学技术产生、形成和发展及其演变规律的反映，是人类认识自然和改造自然的历史。科学技术作为人类文明的核心成果之一，在卷帙浩瀚的知识积累与成就卓著的技术应用背后，凝聚着人类独有的科学精神、科学思维、科学方法、人文关怀与价值规范。将科学史料整合到科学教育中，已经成为国际科学教育的一个重要趋势。现行的科学教材也提供了丰富的科技史资源，蕴含着巨大的教育价值。在科学教学过程中恰当合理地运用科技史料，可以在创设问题情境、引领探究过程、渗透方法指导、拓展学习内容、进行人文熏陶等方面有效地丰富与完善科学教学，提高科学教育的实效。

一、运用科技史料，创设问题情境

运用科技史料创设的问题情境，既能吸引学生，使其全神贯注，又能启迪思维，使其兴趣盎然，迅速进入学习意境。问题情境既要源于学生的现实生活，又要有科学价值，体现一定的科学思想与方法。创设的问题情境要符合学生的年龄特征、思维水平，并尽可能与学生的现实生活相联系。

例如，引导学生研究物体在水中的沉浮时，可以这样导入：有一天，阿基米德在澡堂洗澡时，突然跳出浴盆，忘了穿衣服，跑到大街上大喊大叫：“发现了，发现了。”那么，他究竟发现了什么呢？将这个科学史料作为问题情境放在这里，一下子吸引了学生的注意力，激发起他们浓厚的学习兴趣。

在引导学生研究物体的热胀冷缩时，可以出示阅读材料：英国在1825年铺设的铁轨之间未留缝隙，结果导致铁轨出现夏天扭曲、冬天断裂的现象。教师据此引出探究问题：铁轨为什么要留缝隙？从而引起学生对物体热胀冷缩性质的探究。

在引导学生研究微生物时，可以先引导学生观察变质的馒头，再讲述教材中关于巴斯特为酒厂解决酒变酸的问题，从而发现乳酸杆菌的史料，引出探究的问题：巴斯特发现酒变质是由一种微生物引起的，那么馒头变质是不是也由某种微生物引起的呢？

在引导学生研究杠杆时，可以先引述古希腊科学家阿基米德的观点，他说只要给他一个支点和一根足够长的木棒，他就可以撬动地球。这与学生已有的经验形成很大的冲突，阿基米德为什么说出如此“大话”？他所说的是一种什么神奇的装置呢？从而引发学生对杠杆原理的探究。

在了解“地球板块构造理论”时，可以先介绍历史上魏格纳提出“大陆漂移学说”的过程，然后再逐步引出板块构造理论，这样既可以激发学生的学习兴趣和求知欲，又为新知的引入做好铺垫。诸如此类的还有牛顿被苹果砸中想到了地球引力，瓦特受到烧水壶的盖子跳动的启发，发明了蒸汽机，道尔顿发现自己是色盲，引出遗传与变异内容的学习，等等。利用这些科技实史可以有效引发学生的认知冲突，进而提出探究问题，激发探究欲望。

二、运用科技史料，引领探究过程

我们在教学中可以以某一历史上的科技事件、某一特定环境或某一科学故事为生长点，创设一个研究情境，简要模拟历史上某一科学概念或理论的研究过程，激励学生解释其中的问题，调动他们的思维，让他们在探究历史的过程中学习知识与技能，体会科学知识的形成过程，学习科学的思维方式和研究方法。

引导学生研究地球的形状，教材分别介绍了古代中西方对地球形状的不同猜想，分别呈现了古印度“大象驮海龟”、古中国“天为锅地为盘”、张衡“天如鸡卵地如黄”、古希腊“地球近球形”的示意图。学生了解了示意图后，可以让他们扮演古人的角色，描绘古人的各种猜想，从而感受猜想的奇妙和古人思想的广阔与智慧。

本课还介绍了麦哲伦航海证实地球是球形的故事，可以创设古代和近代的情境。先出示古人站在地平线上仰望天空的图片，引导学生进入特定情境中“设身处地”地猜想地球的形状，并与麦哲伦航海情境图进行比较，发现前者用肉眼观察而后者乘帆船求证的区别，让学生感受到经济发展、科技进步对科学发现与发展的作用。

引导学生研究摆时，可以利用伽利略发现摆的秘密的史实，先由学生玩一玩伽利略的研究装置——摆，从而发现不同的摆摆动快慢不同，并提出猜测：可能与摆的角度有关、与摆线的长短有关、与摆锤的轻重有关。再设计变量控制实验、验证猜想、得出结论、解释与交流。教师适时介绍当时伽利略的研究方法，学生进行模拟实验，并与自己的实验进行对比，进一步完善研究方法。通过这样的活动，帮助学生更加深刻地理解科学观念的形成和探究本质，提高了课堂教学效率。

三、运用科技史料，渗透方法指导

科学方法是人们从事科学活动所采用的方式和手段，是人类认识自然、获得科学知识的程序或过程，是科学实践和思维的基本规律的重要体现。学生学习科学，最重要的就是学习和理解科学思维方式、科学方法以及运用科学思维方法解决问题。从某种意义上说，科学史也是科学方法选择和运用的历史。科学家取得的重要成就，往往与运用了正确方法密切相关。一切理论的探索，其实也是方法的探索。如伽利略开创性地运用了定量描述与实验研究相结合的方法，开普勒善于从大量观测事实中提炼出一般规律，笛卡尔大力提倡理性演绎方法，牛顿则主张科学应当杜绝缺乏事实根据的假说，爱因斯坦擅长通过演绎的方法构造理论体系，等等。学生理解了科学方法，可以指导自身的探究活动，如科学探究的基础是提出问题，核心是“大胆假设，小心求证”，归纳和演绎是科学研究最基本的思路，观察和实验是它最根本的特征，数量化和精确化是它追求的理想形态。掌握了科学探究的方法，学生也可以像科学家那样通过探索去认识自然，亲历科学的认识过程。

波利亚曾说过：“在教一个科学的分支（或一个理论、一个概念）时，我们应当让孩子重蹈人类思想发展中的那种最关键的步子，不应该让他们重蹈过去的无数个错误，而仅仅是重蹈关键性步子。”要让学生在科学史中领悟科学方法，就要把学生带到历史事件中，全身心体验科学家的研究过程。如引导学生研究电和磁，可以让学生亲历科学家发现电和磁关系的史实。课的开始，介绍磁的历史和电的历史：先秦时代已经发现了磁的存在，战国时期制造出最早的指南针——“司南”；1752年美国科学家富兰克林捕捉天电，证明了电的存在；1786年意大利科学家伽伐尼发现生物电；1800年意大利物理学家伏特发明了伏特电池；1820年丹麦科学家奥斯特在一次实验中，偶然让通电的导线靠近指南针，发现了一个奇怪的现象，等等，进而进入新课的教学。课的结束部分，可以介绍奥斯特的发现对世界技术发展的影响，1821年英国科学家法拉第发明了电动机，1831年法拉第公布了发电机的设计与制造原理，1837年英国科学家库克和惠斯通发明了电报，1876年美国科学家贝尔发明了电话，等等，促进了19世纪科技的高速发展。让学生了解相对完整的关于电和磁的研究历史及对技术发展的影响，体验科学研究的思路和方法，感悟科技史独特的魅力。

四、运用科技史料，拓展科学学习

拓展科学学习是在学习内容、学习形式、学习方法的扩容增加和优化发展，是对学生科学学习的全方位的促进。在学习内容上，不能拘泥于传统的教材意识，要向社会学习，向网络拓展，使学习内容在更广阔的历史背景上获得全方位的充实和增加，满足学生学习的需要；在学习形式上，强调科学教学的开放性，到社会中去，到生活中去，让学生从已有的生活经验出发，不断地将知识转化为能力；在学习方法上，学生可以尝试多种方法，并在实践中改造方法，实现学习策略的优化。

可从以下四个方面运用科技史料来拓展科学学习。

一是变式例题和习题。在新课教学中或新课教学后，以科技史作为素材编写例题与习题，或用科技史提供的重要的科学事实、概念原理以及技术发明作为试题来源、背景和元素，考查学生在新的情境下对所学知识的掌握和运用。例如学习了“光源”“光沿直线传播”之后，安排“研究小孔成像”的科技史内容，向学生介绍我国古代科学家沈括的《梦溪笔谈》中有关小孔成像的资料记载，让学生运用光直线传播的知识去分析“小孔所成的像不仅上下颠倒，而且左右相反”的原因。

二是补充阅读材料。如在介绍月球特征以后，让学生了解人类登月的历史和逐渐揭开月球面纱的过程，以及中国近年的探月工程，从中感受人类智慧的伟大。拓展性的科技史阅读材料，可以使学生了解科学发现背后的社会文化背景、技术进步和人性故事，从而建立完整的科学印象。

三是举办专题讲座。在授完某一科学领域内容之后，安排相关科技史专题讲座，作为一种科学社团活动进行。如可以选择近代物理发展史、现代生命科学发展历程等内容作为主题，使学生对前面所学的知识有一个全面、整体的认识和提升。

四是运用网络资源。尤其是在研究性学习中，结合教学实际，采用学生喜闻乐见的网络学习方式，引导学生访问“中国基础教育网”“中国科普网”等网站，有选择地认识牛顿的生平、相对论产生的历程，更深入了解伽利略、亚里士多德、拉瓦锡等科学家。教学中还可以将中央电视台“探索与发现”“异想天开”“科学与教育”等栏目中介绍的科技史内容积累起来，结合相应的教学内容进行播放，有效地拓展学生的科学学习链。

五、运用科技史料，进行人文熏陶

科技史蕴涵着科技发展历程的深层觉思，沟通着科技与人文科学两大文化，体现着科学文化的丰富内涵。科技史的创始人乔治·萨顿认为，科技史是自然科学与人文学科之间的桥梁，它能够帮助学生获得自然科学的整体形象和人性的形象，从而全面地理解科技、理解科技与人文的关系。小学科学教材中的科技史主要包括科学或重要科技事件的发展史实、重要学派的创建与发展，科学技术与社会政治、经济、思想、文化之间的有机联系和相互作用，著名科学家、发明家的典型案例、治学方法、科学思想和有关科学的轶闻趣事等。由于科学史从社会历史的视角来认识、评价科学与科学家，所以学生在学习时，能够超越科学知识的学习，认识到蕴藏在科学知识中的方法论及科学精神，使其受到真正意义上的多角度、多层面的完整的科学教育。无疑，科技史教育是提高学生人文素质的重要载体。

通过科技史料进行人文熏陶，也是落实课程标准的具体体现。如课程标准对《地球和宇宙》单元相关的科学史，不仅有具体的内容标准要求，还有相应的活动建议。“了解人类对地球形状的认识的历史”的活动建议为“搜集资料，想象人类怎样知道地球是球体”；“了解地球表面是不断变化的”的活动建议为“观看非洲、拉丁美洲板块图，猜测两板块以前可能的情况”；“了解古人对昼夜成因的猜想与哥白尼的贡献”的活动建议为“搜集古人对昼夜成因的猜想和哥白尼的有关资料，与同学分享交流”；“了解人类对宇宙的探索历史”的活动建议为“搜集资料，交流讨论”；“意识到人类为探索宇宙奥秘付出的艰辛”的活动的建议为“观看‘挑战者’号升空爆炸的视频片，搜集宇航员图片或邮票，与同学分享交流”等。在教学这部分内容时，适时插入“魏格纳与大陆漂移说”、“亚里士多德与地心说”“托勒密和宇宙地心说”“哥白尼与日心说”“伽利略与实证研究”，以及20世纪50年代开始的人类太空探索之旅等科学史实，让学生了解科学探索过程中不仅有成功，还有失败。用科技史让学生领略科技发展的历程，促使学生形成尊重事实，善于质疑的科学态度。使学生认识到科技在追求知识与真理的同时，也在追求着人类自身的进步与发展，在创造物质文明的同时，也在创造着精神文明，激励人们发展自身的人文内涵，超越自我，追求更高境界。通过领略科技史实，渗透人文精神，彰显科学精神与人文精神的一致性。

总之，科技史为科学教学提供了丰富的教育资源，在实现教学目标，形成爱科学、学科学的良好风气和提高学生科学素养等方面有着重要作用。教师在教学中要积极运用这一资源，分析教学点、找寻结合点、挖掘渗透点、落实契合点，将科技史作为科学教学的有机组成部分，让科技史料担当串场的角色，丰富与完善科学教学，增强科学教学的历史厚重感。当然，要掌握适时、适度、适量的原则，不能片面强调科技史的教育而忽略科学知识与技能的学习。

（本文为江苏省教育科学规划第“十二五”重点资助课题“提升学生科学素养的策略研究”阶段成果，编号为B-a/2013/02/028）。

江苏省连云港市教育局教研室

（222000）