谈科学故事促进学生对科学本质的理解

缪健

[摘 要]以教学实践中的案例讲述依托科学故事在学习中进行追溯、验证、质疑等活动，从中感受科学的乐趣、体验科学的魅力进而理解科学的本质，揭示科学故事在学生的科学学习中所起的过程展现、探究引导和思维引领等作用，结合前人的相关研究浅谈三点启示。

[关键词]科学 科学故事 科学本质 理解 发展

[中图分类号] G623.6 [文献标识码] A [文章编号] 1007-9068（2016）33-074

曾观摩一位特级教师执教的《研究物体下落的规律》一课，课始教师先让学生观察沙包、塑料块、羽毛这三种物体的下落现象，学生经过观察在黑板上画出这三种物体可能的运动轨迹。教师细致地引导学生认识到所画的轨迹图忽略了物体运动的方向，交谈中学生进一步明确了不同物体从高处落下时有快有慢，紧接着教师先出示了亚里士多德的观点，而物体越重，下坠的倾向性越大，下落得也就越快；物体越轻，下坠的倾向性越小，下落得也就越慢；物体下落的快慢和它的重量成正比。再呈现伽利略的观点，即物体下落的快慢与物体的重量无关，任何两个物体从高处自由落下，总是同时着地的不同观点，在介绍亚里士多德的观点时，学生根据生活经验判断是这一观点是成立的。当介绍伽利略的观点时学生又有点迷糊了——两个观点截然相反，究竟谁的正确呢？

教师引导学生可通过实验进行验证。于是教师拿出了一个乒乓球和一个网球，让学生先猜哪个会先落地，然后再自己动手体验，等学生讨论出结论后，教师又让一位学生站在黑板前的高凳上演示一遍，教师在学生演示2个球下落时，用相机拍下了整个过程。听课的教师不禁纳闷起来，拍下来看什么呢？结论不是已经很明显了嘛？教师将刚才拍的视频通过电脑软件的慢放功能播出，大家一起看到了两个球下落的每一个瞬间，特别是两个球落地前的逐帧播放更是可以清晰地看到黄色的网球先落地，此时不只是学生，很多听课教师一片哗然，被这个瞬间震撼了。这时，大家面对的事实是“较重的网球先落地”， 事实说明了一切，“两个球同时着地”似乎是不可能实现的，面对事实学生很自然地怀疑伽利略做的实验似乎是不对的，无形中就对科学的经典实验产生了质疑。

科学是在不断地质疑中前进的，面对学生和不少听课教师的质疑声，上课教师并没有马上解疑，而是列举了伽利略对亚里士多德观点的质疑以及所做的“思想实验”，并进行逻辑推理：根据亚里士多德的观点设想有一重一轻两个球在同一位置同时下落，那重球的下落速度将比轻球快；他又设想把这两个球绑在一起，下落时下落慢的轻球肯定会“拖后腿”，因此它们一起下落的速度应该是比重球慢比轻球快，但是两个球绑在一起的总重量肯定大于重球，那么它们一起下落的速度又应该比重球快，这就出现了矛盾，由此伽利略推断亚里士多德的观点是不成立的。对于亚里士多德的观点，伽利略有着质疑，并且通过逻辑推理证明其不成立；此时此刻，课堂上的伟大科学家伽利略的观点受到事实的挑战，我们可以做些什么呢？这应该是上课教师最希望学生进入的思维状态：一开始还挺明白的，两位科学家的观点虽然不同但似乎都有道理，问题是伽利略用推理否定了亚里士多德的观点，课堂现场的实验不支持伽利略的观点，这就有种从明白反而进入迷糊的感觉了。紧接着上课教师的一段介绍和讲述让大家豁然开朗，为了进一步验证伽利略的观点，后来有人在实验中发现了现在课堂上一样的情况，于是开始质疑伽利略的观点，甚至有人怀疑伽利略是否真的做了“两个铁球同时着地”的经典实验，其实伽利略在实验中也曾质疑自己的观点，同时想着运用别的假说试图解释为什么实验结果与理论预测不相符，最终他得出了一个惊世骇俗的结论：在真空中（或在介质阻力可忽略时），任何物体，不管其重量、形状和比重，下落的速度是一样的。这一结论在后来技术条件进步与成熟的支持下得到了充分的验证。

这节科学课的教师一开始让学生明白了，随即又迷糊了，但并不是简单地反其道而行，也不是让学生迷糊了就放手不管，而是让学生在明白后进入迷糊，让学生想去弄明白，学生迷糊就是下一次明白的前提和动力。整堂课教师是在诠释着新课程的精髓，教师只是激起了学生学习的兴趣，激发了学生探究科学的欲望；课堂上教师更在诠释着科学的本质，科学的发展就是这样一个去芜存菁的过程，任何科学观点科学解释都需要不断地接受检验，随着思想的发展、思维的发散、技术的发展，要能够敢于质疑。在学习科学时同学们可以像伽利略一样有自己独特的思考，“别让自己的头脑成为别人思想的跑马场！”很重要，现在的学生普遍缺少这样的素质，正如这位上课教师所言“课堂上我们除了给学生建立科学世界的技巧，还需要培养学生有摧毁科学经典的勇气和力量！”

美国学者在1900年创造了一种教学方法——互动式科学小故事（Interactive Historical Vignettes，简称IH-Vs），使有心改革的教师能在有限条件下有目的、有计划、有组织地指导学生学习科学史知识并引导他们思考和领悟科学的本质。精心设计、合乎史实的约10～15分钟的小故事主要是科学家从事科学研究的重要事件或事件的片段，他们认为这些精彩的小故事不仅能清晰地展现科学的本质，而且能使学生深入地了解科学知识的发现过程和历史背景。以故事形式表现的科学史和科学本质都是科学学习的重要组成部分，科学故事的选择目的在于缩小科学知识与学生认知之间的距离，使科学概念更容易理解以及在特定问题上获得启发，更加期待一些好的故事能够激发学生提出一些他们认为有趣的和重要的问题。因此从上述例子的阐述中可以尝试以下三点注意内容。

一、科学故事是科学启蒙教育的必备要素

著名教育家陈鹤琴在《活教育的教学原则》第十四条提出了“教学故事化”，这一项原则是从“儿童爱好故事”这一理论基础所产生出来的，认为故事的作用有四点：故事与儿童的情感有交流作用；故事情节的神奇能满足儿童的好奇心；故事能激起儿童的想象力；故事组织的完整适合于儿童的学习心理。故事是学生百看不厌、百听不烦的一种形式，把蕴含着科学道理的小故事引入科学课堂，可以有效地激发学生的学习兴趣、吸引学生的注意力、引发学生思考，并且潜移默化，给学生以智慧和启迪。科学故事能够使抽象的内容变得具体、易于接受，从而有效地帮助学生理解科学知识；同样有些难以直接表述的科学概念可以在科学故事的演绎过程中会变得生动且清晰，而且生动形象的科学故事通常可以使学生在学习过程中受到启发，促进学生对科学知识的理解和迁移。所以科学故事对于接受科学启蒙教育阶段的小学生来说有着非常直接与现实的意义，阅读与讲述科学故事可以成为这阶段科学学习的主要方式和有效手段之一。

二、科学故事是渗透科学本质的有益载体

已故诺贝尔物理学奖得住理查德·费曼曾说过，“科学世界是如此的美丽动人，就像你给情人戴上的金戒指里还包含着规规整整、仿佛绵延万里的原子晶格。”科学的美学成份不知有多少从小就立志成为一名科学家的学龄儿童能够真正体会得到？科学世界的美丽和魅力其实在于隐藏在每件事情背后的故事。中央电视台第十套科教频道中像《走近科学》《探索·发现》等节目都可以作为范例供广大师生学习，在“让故事做主，贴近百姓生活，以智慧赢得共鸣”的理念引领下，尝试每次都用一个故事来讲述一个科学现象和科学道理，采用抽丝剥茧、层层揭秘的方式在故事的进行中将科学道理一点点阐释，并且运用了悬疑、推理等手段以及大量的视频制作特技特效将深邃的科学事件故事化到极致，转化成了集欣赏性与教育性于一体的电视故事深深吸引着观众的眼球，与之类似的还有discovery探索频道中的许多栏目一样依然有着相当大的固定收视群。给予学校科学启蒙教育的启示是可以运用科学故事的结构和组成要素选择或建构科学故事、根据教学需要合理渗透和穿插指导学生阅读科学故事，这有利于学生对科学知识的理解、有利于教师对科学故事所体现的价值认可和把握。

三、科学故事是理解科学本质的有效途径

建构主义认为，学习在本质上是学习者主动建构心理表征的过程，学生已有生活经验是新的学习的起点，是学习之所以发生的中间环节，旧知识和新知识之间需要建立联结点，受认知水平和思维能力的制约，学生有时候并不能自觉地联系生活中的相关原形来解释科学现象或规律，这就要求教师有针对性地把生活经验以恰当的方式引入课堂，丰富课程资源，引导学生进行联想和迁移。布鲁纳在《论意义行为》中告诉我们：“逻辑假设在置于正在进行的故事之中时最容易为学生所理解。”听故事对于绝大多数学生来说是一大乐趣。科学学习中有一部分内容比较抽象、同步的课堂演示实验也少，对于这样的教学内容可以讲一些与之相关的科学小故事，鼓励学生思考故事中的问题，有助于学生突破思维障碍，在一个比较轻松的学习环境中忘却了学习任务的负担，教师在比较“隐蔽”的教学目标引领下使学生的学习过程“平易化”。在丰富的史料支持下，问题的提出解决与发展、科学概念的提出与发展、重大科学事实的发现、重要科学规律原理方法的建立应用与发展、科学理论体系的建立、新的科学分支学科的诞生等内容都可以演化成融知识性、趣味性、思想性为一体的科学故事，能够吸引学生进入教学情境，再现科学的探索情境，激励学生陶冶情操，培养发现精神，让学生逐步理解并准确领悟科学的本质。

现在的科学教育强调探究过程， 那么科学家在特定的技术背景中怎样开展研究以及所选择的研究方法对于学生的科学学习正是非常好的引领和启发，可以使学生以一种移情的方式设身处地地体验以往科学家的探究与思考——科学家在历史上也曾进行过这样的研究，这些故事既能有效激发学生的好奇心，又可以促进学生利用科学史资源进行进一步的探究，教师还可以列举说明当时其他科学家的不同观念作为学生研究的参照系，引导学生讨论或探索这些观念产生的背景、条件，使学生认识到科学认识的历史（时代）制约性。因此，以科学史为基础的科学故事是科学教学的必备要素，因为科学故事能有效提供科学探究的情境，促进学生理解科学知识与科学探究的本质，这正反映了科学故事的特质与功能。

（责编 韦 迪）