科学教学中科学史的回归与融合

【摘要】科学史是科学发生发展的历史，科学史的学习对学生科学素养的养成起着重要作用。在科学教育教学中精选与整合科学史，已成为国际科学教育教学改革与发展的重要趋势。科学教学中有效运用科学史素材可以彰显科学本质，促进学生理解科学知识，领悟科学方法，养成科学精神。

【关键词】科学教学；科学史；回归；融合

【中图分类号】G623.6 【文献标志码】A 【文章编号】1005-6009（2017）41-0050-03

科学史是对科学产生、形成、发展及其演替的反映，是人类认识自然和改造自然的历史，凝聚着人类独有的科学精神、科学思维、科学方法、人文关怀与价值取向。科学史具有多方面的教育价值，科学合理地运用科学史实，不仅可以让学生更好地审视科学的发展脉络，理解科学的本质，体验科学的探索历程，感悟科学的思维方式，而且还可以让学生感受科学家执着追求的精神、严谨认真的态度和不畏艰辛的品质。因此，我们有必要在科学教学中渗透科学史，并发挥其独特的作用，提高学生的科学素养。

一、领会探究精髓，彰显科学本质

科学的本质反映了科学的基本特征，它回答诸如“科学是什么”“科学的相对真理性”“科学的可重复性”“科学的证伪性”“科学的预测与解释”和“科学的优点与局限性”等一系列问题。科学的本质在于科学探究，科学探究是指个体通过自主调查和研究来认识和解释自然现象，包括形成问题、收集数据、建立假设、检验假设和交流结果等环节，其核心是探索未知世界的路径与方法。科学探究还表征为科学家群体在长期探索自然规律的过程中形成的有效的认识和实践策略，其核心是科学思想方法。让历史返回现场，让学生置身于历史情境中，用心灵与科学家对话，通过深度学习感受科学的特定本质和丰富内涵，理解科学知识的发生发展历程，内化科学原理的形成过程，领会科学思想和方法，这对学生形成良好的科学认知结构大有裨益。

例如：苏教版《科学》四下《摆》的教学，教师从伽利略发现吊灯的摆动引入学习内容，启发学生思考当时伽利略产生了怎样的猜想，设计了怎样的实验，找寻了怎样的器材，进行了怎样的探究来验证猜想。从史料得知，伽利略当时是利用替换物来模拟吊灯摆动进行研究的，他用自身脉搏的跳动来计时，用身边常见的绳子、衣架、木块、石头、铁球、尺子等来实验，并反复控制变量（摆长、摆角和摆重），进行对比实验，得出了单摆等时性的结论。通过该史实，学生明白，在缺乏相应的实验器材时可用相似器材，同时，在探究过程中学生学会了如何操纵自变量、观测因变量、控制无关变量，并体验三者之间的关系。在“像科学家那样进行探究”的过程中，学生体悟了科学探究的一般过程，这为学生以后的自主探究提供了经验。

二、再现发生过程，促进知识理解

审视科学知识的形成和发展过程，有助于加深学生对科学概念、科学规律和基本理论的理解，进而形成对科学的整体认识。从儿童的认知发展与科学史的发展关系来看，重演科学理论的产生过程，是进行“建构”式科学探究的有效途径之一。这里所说的“重演”，不是机械地重复，而是一种能够反映某些科学发现的条件、意义和认识过程的教学设计。对于科学概念、规律和定理，學生只有了解了它们发生、发展和形成的过程，才能深刻理解其意义，才能在新情境下综合运用所学知识解决现实问题。这正契合了美国心理学家斯坦利·霍尔“复演论”的观点，他认为儿童的科学学习过程与人类认识自然界和物质世界的过程有许多相似之处，在科学教学中融入科学史，将科学概念置于“事实性知识”之上，能丰盈儿童建构科学概念的情境与素材，更符合儿童科学概念形成和发展的规律，可以使学生在学习科学概念时少走弯路。

例如：在苏教版《科学》五上《电磁铁》的教学中，教师同学生分享历史上发现电与磁相互转化的过程：人类对电和磁的关注由来已久，但最初人们普遍认为电和磁是毫无关联的。1820年丹麦科学家奥斯特发现电可以转化为磁，刚才课上做的实验就与奥斯特当年做的实验非常相似。电可以转化为磁，那磁能不能转化为电呢？英国科学家法拉第经过多年的研究，在1831年发现磁也能转化为电，从此，人类进入了电气时代。让学生了解科学家研究电磁转化的过程，无疑加深了学生对科学概念统一性的理解。

另外，学生在学习新的科学概念之前，头脑中就已经有许多前概念，这些前概念对新概念的建立有的起正向作用，有的起负向作用，且负向作用一时很难从学生头脑中清除，而用科学史实来纠正学生不正确的前概念往往会获得事半功倍的效果。例如：学生一般会认为“重的物体比轻的物体先落地”，教学时，教师先描述亚里士多德“重物先落地”的观点，再讲述伽利略在比萨斜塔上做的自由落体实验，接着基于实证结果对“重物先落地”进行演绎推理，最后从证实与证伪两个角度将“重的物体比轻的物体先落地”归之为谬论，如此，学生不仅摒弃了先前错误的概念，还体验到科学是没有权威的道理。将科学概念的学习置于科学史中，提供概念发生的背景，呈现概念发展的演替关系，学生便可在习得与形成科学概念的同时感受科学的厚重，这比直接从科学现象出发理解科学概念要深刻、生动得多。

三、感知研究路径，领悟科学方法

一般说来，程序性知识、经验知识和默会知识都往往蕴含着一定的方法论，彰显着科学方法的价值与作用，知识可以通过迁移和应用转化为方法。从某种意义上说，科学探索与发现往往是对研究路径和方法的探寻，选择了正确的路径与方法就成功了一半。为学生展现科学家寻求研究路径、运用不同方法的具体事例，学生便能够体验科学发现的路径，感悟科学家面对不同问题选择和运用不同方法的智慧。这可以为学生自主设计实验、进行实验提供借鉴、参照和思路。

苏教版《科学》教材突出了过程与方法等内容，安排了“提出问题”“观察与测量”“排序与分类”“调查与预测”“解释与建立模型”“交流与质疑”“假设与实验”和“拓展与应用”等单元，每个单元大都以科学史上科学研究过程与方法的事例来强化对学生科学方法的理解。例如，苏教版《科学》三上《尽可能多地提出问题》一课介绍了伽利略对当时流行的说法提出质疑的过程：亚里士多德认为同样材料的物体从高处下落时，下落的快慢是由它的重量决定的。伽利略对此产生了疑问：如果把一个重的球和一个轻的球连在一起，它们下落的快慢应该是怎样的呢？比萨斜塔上的著名实验推翻了亚里士多德的结论。此课渗透了两个要点：一是问题来源于观察与质疑，二是问题的解决要考虑实证的方法、自己力所能及并和科学有关等因素。通过典型的科学史案例让学生掌握科学探究过程和方法，无异于让学生有了一根“点石成金的手指头”，为其可持续发展奠定了基础。

四、体验探索艰辛，培养科学精神

科学对于人类的作用决不仅仅是提供物质利益，其最为宝贵的价值在于科学精神。科学精神是科学本性所要求的各种价值观念、理性思想、行为准则及道德品质的总和。科学精神具有丰富的内涵，其表现为求实精神、实证精神、探索精神、理性精神、创造精神、革新精神、怀疑精神、独立精神、原理精神、自由精神等等。追寻科学家的足迹，了解他们的故事，聆听他们的心声，感悟他们的执着，体验他们的探索历程，能给学生带来很多宝贵的精神养料。

苏教版《科学》安排了许多学生喜闻乐见的科学家的故事。如：阿基米德在浴盆里发现了浮力定律后，赤身裸体地跑到街上大喊大叫“发现了，发现了”；牛顿在一个炎热的午间，躺在一棵树下休息，突然一个熟透了的苹果落在他的身上，他由此展开丰富的联想，最终发现了万有引力；瓦特在外祖母家度假时，烧水壶的盖子被蒸汽顶得跳动不止，诱发他发明了蒸汽机；傅科在巴黎教堂演示了巨型摆，观众面对实验的结果无不惊讶，傅科用简单的方法证明了地球的自转；科利奥利在浴盆里发现水总是顺时针旋转着往下水道口流淌，这使他发现了地球偏转力……这些案例激发了学生对科学的好奇心，让学生在科学家的质疑批判精神和对科学孜孜不倦的追求中受到了教育。毋庸置疑，科学探索与发现史上的成功案例有着教育意义，但其中的挫折乃至失败也不乏教育价值，那些曾经努力过的科学探索者，虽然没有获得成功，但同样值得尊敬，正是因为他們的探索才为后来的成功奠定了坚实的基础。这正如乔治·萨顿所说：“向学生详细追溯一项发现的全部历史，向学生指明在发现者的道路上经常出现的各种各样的困难，以及他怎样战胜它们、避开它们，最后又怎样走近那从未达到的目标，再没有比这种做法更适于启发学生的科学精神，检验学生的才能了。”

五、领略科学史实，渗透人文内涵

如果将人类文明喻为一把划破愚昧与无知的利刃，那么，科学就是刀锋，人文则是刀背。人类文明利刃的刀锋与刀背同根同源，相辅相成，相得益彰，缺一不可。科学与人文是教育的两个方面，科学求真，是立史之基，人文求善，是为人之本。科学史揭示的科学研究是一种富含人性的事业，可以有效地沟通科学教育与人文教育的这两个方面，也正如乔治·萨顿所说“科学史是自然科学与人文科学之间的桥梁，它能帮助学生理解自然科学的整体形象和人性的形象，从而全面理解科学、理解科学与人文的关系。”教学时，教师要关注科学与人文的整合，使学生置身于科学和人文的有机统一体中，感受与体验科学的人文魅力，完善与发展他们的科学素养。

科学带来了经济的高速增长以及物质财富的快速积累，同时其所产生的负面影响也日益突出，如生态失衡、气候反常、能源危机和核战争威胁等。而只有科学教育与人文教育携手，才有可能克服这些问题。例如：苏教版《科学》六下《生态平衡》一课呈现了1906年美国亚利桑那州人为改变鹿、狮、狼的种群数量而造成的生态灾难，学生体会到了生态系统中食物链断裂带来的严重后果。五下《建桥梁》《造房子》展示桥梁和房子从古到今的演变过程，学生欣赏古今中外的典型建筑，体会科学、技术与工程的完美结合。三上《动物·植物·人》一课介绍了珍妮·古道尔42年只身深入非洲原始丛林研究野生黑猩猩的故事，表现出人与动物的和谐相处，渗透了博爱的思想。六下《遗传与变异》，介绍基因、基因工程和克隆技术的发展史，让学生领会“科学技术是第一生产力”的深刻论断，也让学生思索“科学技术是一把双刃剑”的两难抉择。另外，还有许多科学家的名言名句，介绍这些名言可以让学生领悟科学是充满人性的事业，体验科学家的所感所悟，感受科学的人文魅力，进而激发学生探索科学的热情、勇气与欲望。

总之，科学教学因科学史而厚重，科学史因科学教学而修远。我们应让科学教学返回历史的现场，让科学与历史同向共促，让科学与人文相得益彰，让历史照亮学生的未来。

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