复制·复刻·复盘：利用科学史开展小学科学“穿越式”教学

姚瑶

【编者按】科学史指的是对科学的发生、发展进行研究的过程。它饱含着科学文化、科学知识的内涵，是一种丰富的教育资源，具有重要的价值。在小学科学教学中，渗透科学史教育，可以拓展小学科学教育的课堂内涵，促进学生科学素养的习得与发展。

我国科学史教育起步较晚，科学课教师对科学史教育功能的认识不足等因素，导致在科学教学中渗透科学史教育存在着一些问题。那么，教学中，可以以什么具体的策略来渗透科学史教育，怎么引导学生接近科学史、提升科学素养？本专辑的两篇文章对此进行了初步探索，其经验或许有助于大家对这个问题的思考。

科学史是人们认识世界的演变史，包含了系统的科学知识、多样的科学探究方法、鼓舞人心的科学精神。科学史融入科学教学有助于学生获取科学方法、理解科学本质、培养人文精神和批判精神。但由于科学史教育在我国起步较晚，科学史料常常作为课堂知识的补充拓展，以教师讲授、学生阅读的方式开展，单一的教学方法使科学史的教育价值被忽略。

《义务教育科学课程标准（2022年版）》在教学策略建议中指出，可以融入科学史素材引导学生进行科学学习。笔者基于现行的教科版小学科学教材，开展了利用科学史复制历史情境、复刻历史活动、复盘历史思维的“穿越式”教学实践，将科学史与科学教学有机融合，引导学生经历探究实践，从而建构科学观念，发展科学思维，培养科学态度与社会责任。

一、复制历史情境，创设探究情境点

1. 名人轶事类，树立榜样标杆。

教学中，教师可利用图文讲述、视频播放、文本阅读等形式呈现科学家的名人轶事，为学生树立科学榜样。例如在三年级上册“天气”单元的学习中，让学生坚持长期观测、记录天气信息是存在困难的，鉴于该年龄段的学生具有“科学家崇拜情节”，教师可通过竺可桢的科学故事视频，树立科学家榜样，激励学生向科学家学习，从而突破教学难点，推动学生自主学习。

2. 问题导向类，触发链式探究。

发现问题比解决问题更重要。一个结构良好的科学问题能让学生参与到连续的科学探究活动之中。在科学史融入小学科学的教学中，教师可通过视频、图片、科普剧等形式重现历史情境，启发学生提出科学问题，梳理班级问题清单，以此推动系列化、连贯化的科学探究活动。

例如在教学五年级上册“摆”的相关内容时，教师播放视频，重现伽利略在教堂中的“无意发现”，并以问题串的形式提问学生：（1）你观察到教堂中的灯的摆动有什么规律？（2）生活中有哪些事物的摆动和它很相似？（3）关于“摆”你感兴趣的科学问题是什么？请每位学生撰写感兴趣的科学问题，师生梳理、归納，形成班级问题清单：（1）其他物体也像教堂里的灯一样有这样的规律吗？（2）摆的摆动快慢和什么因素有关？（3）摆在生活中有什么应用？

这样的教学后，我们不难发现学生提出的大部分问题与本单元的教学内容是一致的。我们可以通过复刻科学史情境，让学生代入历史角色，利用问题串自主建构学习内容之间的内在联系，赋予学习活动新的意义，在解决自身疑问的过程中建构科学知识、发展学习能力。

3. 工具发展类，生发驱动问题。

纵观科学进程，我们不难发现人们对生产、生活的需求不断加深，促进了人类借助工具进行一系列的改造自然、改善生活的活动。可以说，工具的发展、改进与人类需求的增进有着重要的作用。基于此，笔者通过平移历史情境，引领学生进入需求情境，从而推动学生经历设计、制作、测试、改进等产品活动，以工具的应用、发展来培养学生的科学素养。例如在教学二年级下册“做一个指南针”中，教师可先创设问题情境“在广袤的大海上，船队因为遇到暴风雨而迷失了方向，此时如果能有准确指示南北方向的工具该多好”，明确需求任务是制作一个能指示南北的工具;再通过微课模仿制作简易的水浮式指南针;最后出示沈括总结的指针的四种悬挂方式，改进自己的指南针，在活动体验中渗透指南工具的变迁史。

二、复刻历史活动，发展探究活动链

1. 重做经典实验，采集可靠证据。

在科学史中有许多经典的实验，这些经典的探究活动，或建构了新的科学理论，或为科学研究提供了新的方法。只有让学生亲身经历科学探究活动，才能最大限度地发挥科学史的作用，为学生建构科学知识、领悟科学思想、学习科学方法提供支持。例如，在六年级上册“电和磁”一课中，教师要为学生提供充足的实验材料、充裕的实验时间，确保实验记录的准确性和真实性，为学生的思维活动积累事实证据。在重做经典实验的过程中，学生体会到科学家收集事实证据的过程，感受科学探究的不易。

2. 重组探究历程，获取多元体验。

由于科学课堂时间和空间是有限的，这就需要教师提前梳理教材中暗含的科学史线索，再整合呈现科学探究活动，帮助学生获取多元体验，为核心概念的建构提供事实基础。

例如，在六年级上册“能量从哪里来”一课中蕴含了科学的发展脉络：摩擦起电→莱顿瓶储存静电→伏打制作了伏打电堆→根据电磁感应原理，西门子改进了发电机→大型输电设备的建设。明确了这一发展脉络，教师可依照历史发展线设置三个体验活动。活动1：制作雪碧电池，领会伏打电堆原理是将化学能转变为电能，拓展认识新型电池的种类、能量转换形式。活动2：体验手摇发电机、风力发电，初步了解发电原理。活动3：拓展认识新型发电方式。

这样的教学发掘、整合了人类的科学历程，设计了有趣、丰富的体验探究活动，让学生在课堂中经历人类对于电能的革新使用史，进一步完善了“能量之间可以相互转换”这一概念，体会科学技术的发展和应用影响着社会的发展。

三、复盘历史思维，推动逻辑风暴面

1. 严谨求证，重建认知结构。

在科学教学中，部分教师往往急于让学生根据实验现象得出科学结论，忽视了从实验现象提炼为科学概念的曲折性和严谨性，挤占了学生思维发展的空间。有鉴于此，教师可将科学家的思维方式引入教学，从而培养学生严谨的学科态度，发展缜密的科学思维。

在六年级上册“电和磁”的教学中，学生观察到“通电导线能够让磁针发生偏转”这一现象后，教师可适时提问学生：你认为让磁针发生偏转的原因是什么？从而引导学生对小磁针发生偏转的原因進行归因：可能是实验操作带来的误差，可能是实验时周围存在铁制品影响了实验结果，还可能是电和磁之间产生了某种联系。而后，教师再介绍奥斯特在发现这一现象时的科学求证，将学生的归因活动与奥斯特严谨求证的历史相结合，通过重演历史活动，培养学生严谨的科学态度，发展学生缜密的科学思维。

2. 今昔思辨，彰显理性生长。

科学是理性的，但是历史具有人文性。科学史正是在科学观点的提出、推翻、完善的循环过程中向前发展的。回顾科学史时，我们不应该站在历史的已知点对历史观点进行评判，应当立足当时的历史情境，从逻辑思维的角度分析当时人们提出观点时的客观证据是否充分，理性看待科学观点的碰撞、更迭、改进，从而彰显科学理性。在六年级上册“人类认识地球的历史”这一课中呈现了地心说和日心说的主要观点。教学时，教师可以请学生先阅读内容，再通过扮演“托勒密”和“哥白尼”的角色，阐述各自关于地球运动的观点。最后，教师再根据导学单引导学生客观、公正地看待两个观点学说：①两个学说有什么不同点，有什么相同点？②他们的证据能证明自己的观点吗？你对哪些证据心存疑惑？③这两个观点能否合理地解释昼夜交替现象呢？从而以客观、严谨的科学态度来分辨历史观点，进而发展学生崇尚理性、独立思考的意识。

3. 历史留白，探求个性增量。

科学的发展是连续的，学生的科学学习不应止步于课堂。敏锐地捕捉和利用隐藏于教材中的“历史留白区”，可以增加学生学习科学的兴趣，推动科学史的学习。

例如“人类认识地球的历史”一课的插图，只标出了六大行星，而在六年级上册“八颗行星”中，就直接给出了太阳系中有八颗行星。由此，教师可以出示图片引发学生提出问题：①人类是怎样发现天王星、海王星的？②冥王星又是为什么变成了矮行星？③人类在太阳系中，还有了什么新的发现……这样的教学可利用教材中的“留白区”引发学生思考，发展学生的科学素养。

当然，科学史的利用不仅仅可以用于课堂教学，还可以适切性地选用社会热点，根据学生的学习特点，精心设计科学实践活动，推动学生积极参与到社会生活中，形成利用科学知识了解现实、解释现象、解决问题的能力。这样的“留白”教学也能够促进学生对科学史的感知，培育学生的科学精神。

（作者单位：浙江省杭州市大禹路小学）