小学科学教科书中科学史内容的分析及教学建议

摘要 科学教科书中编排了大量的科学史内容，对培养小学生科学素养具有重要作用。从出现次数、呈现方式、内容类型、教学指向四个维度分析教科版《科学》中的科学史教学内容，可以为教师提供更为清晰的科学史教学线索，利于教师转变观念重新审视科学史的教学地位，进而合理组织科学史教学内容、灵活选择科学史教学策略。

关  键  词 科学史 教科版 小学科学 科学素养 科学精神

引用格式 刘剑.小学科学教科书中科学史内容的分析及教学建议[J].教学与管理，2022（35）：69-72.

科学史是人类科学发展历程的高度凝练，包含了人们在探索自然过程中形成的科学价值、科学规范和科学习惯，对提高小学生科学素养具有重要作用。科学史包括研究自然、理解自然和改造自然的研究人员的历史，以及在研究过程中的重要事件、经典实验和研究体系等。小学科学教科书中编排了大量的科学史，作为小学科学教学的重要课程资源，科学史内容具有重要价值。科学史可以帮助学生认识科学发展的过程，明确科学研究的方法，理解科学研究的本质；可以帮助学生创设探索问题的情境，揭示科学概念产生的原理及其应用；还可以增强学生学习兴趣，拓展学生的科学认知视野[1]。因此，笔者对教科版《科学》中的科学史内容进行梳理分析，以期帮助教师更好地把握教科书中的科学史内容，使之更好地融入科学教学，提高学生的科学素养。

一、教科版小学《科学》中科学史内容的分析

笔者在借鉴前人研究经验的基础上[2]，结合教科版《科学》的编排特点，确立了4个一级分析维度：出现次数、呈现方式、内容类型和教学指向。在一级分析维度之下进一步细分2～3个二级分析维度，并对二级分析维度进行操作性定义（见表1）。依据表1对各年级教科书中的科学史内容进行统计分析。

1.科学史内容出现次数的分析

科学史在教科书中出现的次数可以体现教材编写者对科学史的重视程度。教科版《科学》中科学史内容的出现次数可以从科学家和科学故事两个方面考察。由表2可以看出，科学故事和科学家出现的次数大体相当。

对科学家的介绍可以丰富小学生对科学家的认识，为他们树立优秀的榜样。如一年级上册“植物”单元中的“科学阅读”板块介绍了2015年获得诺贝尔生理学或医学奖的屠呦呦。科学故事的叙述可以使小学生对科学发展的认识更加具体生动，更容易激发他们的学习兴趣。如五年级下册“环境与我们”单元通过了解我国古代造纸技术，指导学生做一张再生纸，从而培养学生资源再生的意识。

总的来看，教科版《科学》的科学史数量随年级的升高而逐渐增多，特别是从三年级开始数量明显增加。其中，中外科学家的数量上，国外科学家要略多一些，主要以科学发展过程中有重大发现或产生过重大影响的科学家为主，如牛顿、伽利略、列文虎克、孟德尔、麦哲伦等。在每册教科书前的“科学家这样做”板块以中国科学家为主，如沈括、竺可桢、童第周、钟杨、南仁东等。

2.科学史内容呈现方式的分析

科学史内容的不同呈现方式反映了教材编写者不一样的编写意图。教科版《科学》中科学史的内容呈现方式有背景性正文、贯穿性正文和特定板块（见表3）。

背景性正文是对教科书正文内容的介绍或补充，是对某一科学事件、实验装置或研究成果的介绍说明。有的放在正文之前起到引入铺垫的作用，如四年級上册“运动和力”单元的“让小车运动起来”一节就通过各种类型的车的发展史引入教学；有的放在正文之后，补充说明正文所学或者引导学生进一步探究，如五年级上册“光”单元中美国宇航员登月后，科学家利用光的反射原理测得了地球到月球的平均距离。贯穿性正文作为正文的一部分，有的是正文研究内容的一部分，作为学生探索内容的一个点，如五年级上册“地球表面的变化”单元的“地震的成因及作用”一节中通过唐山地震和汶川地震后的图片感受地表的变化；有的贯穿正文始终，作为某一章节的主体，如六年级下册“宇宙”单元中“探索宇宙”一节通过了解人类探索宇宙的历史，激发学生探索宇宙奥秘的兴趣。特定板块主要指每册教科书目录之前的“科学家这样做”这一板块。如二年级下册介绍了我国宋代科学家沈括及其主要成就，六年级下册介绍了进化论的奠基人达尔文。这些特定板块中科学家的介绍对培养小学生科学学习兴趣、拓宽学生知识面助益良多。教科版《科学》的科学史内容呈现方式多样，并且和各小节内容结合紧密，有助于培养学生的课程学习兴趣，帮助学生更好地理解课程内容，拓展学生知识面，对知识进行深度挖掘。

3.科学史内容类型的分析

教科版《科学》中科学史的内容类型可以分为三类：科学家介绍、科学事件介绍和实验背景介绍（见表4）。

“科学家介绍”主要介绍人类科学发展过程中一些重要的科学人物及其取得的主要成就，如二年级下册“科学家这样做”中介绍了我国宋代的沈括在总结前人经验的基础上，提出了指南针放置的四种方法，为世界航海事业的发展提供了极大的帮助。“科学事件介绍”主要描述重要的科学发现、实验装置及其影响，如六年级上册“微小世界”单元的“怎样放得更大”一节里介绍了光学显微镜的发明过程，并指出了光学显微镜和电子显微镜的主要特点，为学生探索把两个凸透镜组合起来可以把物体放得更大提供帮助。“实验背景介绍”主要是介绍实验装置的产生及原理，如六年级上册“推动社会发展的印刷术”一节对我国古代印刷术的介绍为学生模拟活字印刷术做了准备。在三类内容中“科学家介绍”最多，通过对科学家个人生平的描述可以迅速拉近学生与科学家的距离，认识更加真实的科学家，学习他们严谨的工作态度、锲而不舍的科学精神。“科学事件介绍”和“实验背景介绍”的内容相对较少，“科学事件介绍”可以使学生快速了解科学发现的历程及其在科学发展史上的作用，激发学生学科学、爱科学的兴趣；“实验背景介绍”可以帮助学生更好地开展实验，提高实验的规范性与准确性。

4.科学史内容教学指向的分析

教科版《科学》中科学史不同的呈现方式、不同的内容类型对学生科学思维方式的培养、科学学习方法的掌握具有重要作用，但在具体科学史内容的运用中，其教学指向是不同的。科学史教学内容的教学指向可以从三个方面考察：阅读与了解、思考与讨论和查阅相关资料（见表5）。

指向“阅读与了解”的科学史内容重在引导学生了解科学家和科学事件的具体内容，使学生在较短的时间内获得大量的科学史知识，激发学生的科学学习兴趣，如六年级上册“科学家这样做”中对建造“中国天眼”的南仁东的介绍，可以激发学生探索宇宙奥秘的好奇心，感受中国天文学家的坚韧与执着。指向“思考与讨论”的科学史内容是在阅读的基础上引发学生对本节学习内容的思考与讨论，以促进学生对科学事件、科学实验的深入了解，并进一步培养学生的操作能力和探究能力，如六年级上册“地球的运动”单元的“人类认识地球运动的历史”一节，通过回顾人类探索地球运动的历程，在了解“地心说”“日心说”的基础上展开讨论，为昼夜交替的模拟实验提供指导。指向“查阅相关资料”的科学史内容要求学生在课堂学习的基础上，就相关主题补充资料、拓宽知识面，如五年级上册“计量时间”单元的“时间在流逝”一节，要求学生搜集资料，交流古人利用太阳计时的方法和事例，为后续学习提供支撑。

总之，教科版《科学》科学史教学内容丰富，整体呈现随年级的升高而增多的趋势。呈现方式上，背景性正文、贯穿性正文和特殊板块三种呈现方式并存，其中独具特色的是每册教材之前的“科学家这样做”，比较具体地为学生介绍一位科学家的生平及主要成就，可以丰富学生的科学认知，激发学习兴趣。在科学史内容方面，科学家介绍占比最大，这和小学生的年龄特点紧密联系，便于教师在教学中的渗透；科学史教学内容主要指向阅读与了解，思考与讨论和查阅相关资料较少，这也与学生的实际相符。教科版《科学》科学史内容在年级间的差异较大，缺乏均衡性，且以科学家、科学故事的形式呈现较多，对科学实验的重现、科学结论的讨论、科学资料的搜集等学习方式关注较少。

二、教科版小学《科学》中科学史内容的教学建议

1.重新认识科学史的教学地位

大多数科学教师认为，科学教学传授的是人类科学探索过程中形成的科学知识和科学方法，在这一过程中引入科学史，可以作为背景资料，激发学生学习兴趣，为后续教学做铺垫，也可以作为课堂教学的延伸和扩充，拓展学生的知识面，巩固课堂所学。这样的科学史教学会集中于学生兴趣的激发，容易成为科学教学的附属内容，科学史教学被片面呈现，得不到应有的重视。萨顿认为，科学史是不同于一般的历史，它是人类社会进步、思想进化的历史，如果科学史教学不能对鲜活的科学历史进行整体描述，就不能称之为成功[4]。因此，科学教师要转变观念，在科学教学中为学生呈现真实的科学史，展现科学发展的完整历程，提供严谨有序的科学知识和方法，弥补教材编写的不足。如五年级下册“环境与我们”单元的“让资源再生”一节中，在“探索”环节首先安排学生了解我国古代的造纸技术，并附有一张我国古代造纸流程图。多数教师在处理这一环节时，通过视频或PPT让学生了解中国古代造纸的一般流程：斩竹漂塘—煮楻足火—荡料入帘—覆帘压纸—透火烘干，为学生自己动手制作一张再生纸提供方法上的准备。结合科学课程标准提出的“了解科学、技术、社会和环境的关系，具有保护环境的意识和社会责任感”的要求，教師可以在学生了解古代造纸过程的基础上，引导学生在制作再生纸的过程中感受古代劳动人民的智慧，补充关于造纸的相关知识，并在“研讨”环节指出蔡伦改进的造纸原料多是树皮、麻头、鱼网等，进一步培养学生的环保意识和社会责任感。

2.依托教材组织科学史教学内容

教科版《科学》科学史内容编排涉及领域全面、内容丰富，但多以背景资料、拓展知识等形式出现，在具体教学过程中不一定能满足教学需要。因此，教师需要根据学生认知特点和科学课程标准的要求，依托教材进行适当的补充与完善，合理组织科学史教学内容，从而更好地培养学生的科学素养。

一是指向科学精神培养的科学史教学内容组织。科学精神是人类科学探索过程中形成的勇于献身的精神、不屈不挠的意志、求真去伪的态度等精神状态。教学过程中教师要基于学生已有认知，结合具体教学实际，选择、组织科学史教学内容。教科版《科学》在每册教材中都安排了“科学家这样做”板块，介绍一位中外科学史上的著名科学家，但由于篇幅有限，从教材中学生只能大致了解某位科学家的主要科学成就，需要教师及时补充、重新组织。如六年级上册，该板块介绍了“中国天眼”FAST的建造过程及FAST工程的首席科学家兼总工程师南仁东。实际上，在FAST建造后期南仁东已经身患肺癌，但他依然坚持工作；他还是国际天文学会射电专业委员会委员主席，主要从事射电天文学基础研究。这些都是教师应当为学生介绍或者引导学生去了解的内容。

二是指向科学思维培养的科学史教学内容组织。科学思维是指在科学探索过程中形成的，对科学认知活动和各类认知材料展开加工处理的思维方法的总和。对小学生而言，主要包括综合分析能力、推理论证能力、批判思维能力和创新思维能力等。在科学课堂教学中，教师需要根据学生的认知结构和认知特点，以及具体教学内容，逐步培养学生科学思维。如六年级上册“地球的运动”单元“人类认识地球运动的历史”一节，通过回顾人类认识地球过程中的两种理论——托勒密的“地心说”和哥白尼的“日心说”，使学生认识到科学真理是在证据支持下不断完善，并推动人类进步的。在教学过程中可以培养学生的批判性思维能力，使学生初步养成用辩证的眼光看待事物的习惯。

3.贴近学生选择科学史教学策略

一是引入科学故事。通过故事的形式介绍科学史上的重要发现、发明过程和著名人物及成就是科学史教学的常用策略，特别是在中低段，科学故事可以更好地激发学生的科学学习兴趣。在科学课堂教学中教师可以根据学生情况和课程安排在课堂开始时、课堂进行中和课堂结束时引入科学故事[5]。如六年级上册“电和磁”单元可以把丹麦科学家奥斯特发现电流磁效应的故事放在课始引入，提高学生学习本单元知识的热情；五年级下册“船的研究”可以把与船的发展历史相关的资料放在课中介绍给学生，帮助学生初步了解从独木舟到现代舰船的发展史，丰富学生的认知；六年级下册“生物的多样性”单元中孟德尔和豌豆实验的内容可以放在“形形色色的植物”这一节内容的课尾，以开拓学生的视野。

二是重现科学探究过程。科学探究是指科学家通过自己的调查研究认识和解释自然界的活动，包括提出问题、收集数据、建立假设、验证假设、得出结论以及交流结果等，其实质是探索未知世界的路径与方法。从科学史的角度看待科学探究的过程，需要帮助学生重现科学史上重要理论的发现过程，加深对科学概念、科学规律的理解，从而使学生在现实情境中运用所学解决问题。具体教学过程中教师需要创设情境，让学生置身于科学发现历程中，沿着科学家的足迹探索，领悟科学家的所思所想，让他们了解科学家是怎样发现问题、分析问题和解决问题的，进而领会科学探索的一般方法，初步培养学生的科学探究能力[6]。如五年级上册“计量时间”单元“用水计量时间”一节，通过水钟引入教学，让学生在制作水钟的过程中发现水钟计时的关键：让水以均匀的速度往下流。继而再次观察古代水钟。在这一过程中初步培养学生发现问题、解决问题的能力。

参考文献

[1] 王健.试论科学教育中科学史的教育价值[J].新课程教学，2014（02）：4-9.

[2] 朱晓民，马勇军.文化视野下中学理科教材中科学史内容分析[J].课程·教材·教法，2013，33（06）：72-81.

[3] 史加祥.小学科学教材中科学史内容分析研究——以教科版、远东版和剑桥版三套教材为例[J].教育参考，2021（05）：85-92.

[4] 乔治·萨顿.科学的生命[M].刘珺珺，译.上海：上海交通大学出版社，2007：32.

[5] 张勇.科学史视野下的小学科学教育策略[J].实验教学与仪器，2021（10）：52-53.

[6] 徐敬标.小学科学教学渗透科学史教育的研究[J].教学与管理，2010（08）：42-44