科学史的教育价值及其融入科学教学的实践探索

俞艳　何力理

【摘 要】科学史是培养学生核心素养的重要载体。将科学史融入科学教育，有利于促进学生对科学本质的理解，培养学生的科学素养和人文素养。教师在课堂教学中，通过将科学史融入新课环节、主线知识教学、实验探究和习题讲解的实践中，有助于发挥科学史在初中科学教学中的价值，提升学生的科学素养。

【关键词】科学史 科学教学 科学探究

【中图分类号】G613    【文献标识码】A  【文章编号】1002-3275（2023）14-62-03

有效教学是中学科学课程教学追求的目标之一，融入科学史有助于提高科学教学的有效性。目前仍有一些教师未认识到科学史的教育价值，忽略了将科学史融入教学。马赫曾指出：“没有任何科学教育可以不重视科学的历史与哲学，它们都有赖于科学文化这个坚实的后盾。”［1］在高等教育研究中，科学史被认为是一种重要的教育内容。本文以课堂实践为例，将科学史融入科学教学主要环节，阐述科学史在科学教学中的意义与应用，以提高科学课堂的有效性。

一、科学史融入科学教育的发展历程

最早提出将科学史引入科学教育的是孔德，对科学教育的发展产生了深远影响。后来萨顿对科学史进行了学科的建制，使科学史成为一门公认的教育学科。后来科学史逐渐发展，成为科学教育不可或缺的内容。其中，库恩加大了科学史融入教育的力度，提出在科学教育过程中，应该加大人文尤其是科学历史的教育力度。而后霍尔顿牵头哈佛物理教学改革计划，改革的结果是美国出版了一套《中学物理教程》的物理教材，融入了大量具有人文主义的科学史内容，被许多国家借鉴。后来，美国率先全面贯彻科学史教育，欧洲一些国家也陆续掀起了一股学习和研究科学史、科学哲学与科学教育的热潮。［2］将科学史融入教育教学已成为当今世界的教育趋势，我国近年来也十分重视科学史教育。

二、科学史的教育价值

科学是一门体现科学本质的综合性课程，它有助于学生认识自然，理解科学、技术、社会与环境的关系，形成基本的科学态度和社会责任感，树立正确的世界观、人生观、价值观。因此，科学教学的意义不仅仅是传授知识，使学生掌握科学技能，更重要的是培养学生分析、解决问题的能力，求真务实、敢于批判的科学精神与创新意识，而科学史具有这样的教育价值。

（一）亲历科学史实，加深学生对科学本质的理解

在实际教学中发现，部分学生对抽象的概念与体系的建构感到费解，易对知识形成固化记忆。借助科学史不仅能使学生知晓科学知识的由来，而且还能以科学概念产生和演变为载体，展现科学理论的建立与发展历程，加深学生对科学本质的理解。例如在教学八年级上册“牛顿第一定律”内容时，教师可首先提出两个启发性问题：①世界上能否找到不受力的物体？②如果不受力，物体会是怎样的一种运动状态？让学生结合伽利略所处时代背景，思考在当时的实验条件和方法局限下，如何创设实验解决这两个问题。在课堂中，学生设身处地地提出设想，讨论与设计实验方案，教师加以引导完善，与学生共同重演伽利略经典实验的设计与过程。得出推论之后，教师继续以物体的运动方向和状态为切入点，启发学生思考推论的局限性，从历史发展的角度指出笛卡尔、牛顿对伽利略思想的发展与完善的必然性，让学生切身体会到科学本质是不断修正、发展的。同时，科学的方法是多元化的，它总是伴随着科学概念的产生与原理的发现而出现。亲历伽利略的理想实验使学生掌握了理想实验法以及它的产生背景和形成过程，从而可以灵活运用这个方法去解决后续遇到的实际问题。例如在声音的传播條件探究中，绝对真空是很难实现的，但不断抽走密闭空间的空气，听到的声音不断减弱。学生借助理想实验法能够很容易推理出真空不能传声的结论。

科学史教育有助于培养学生的求真、探索、创新品质，促使学生领悟科学本质，掌握科学探究方法，培养科学精神。

（二）领略科学史实，培养学生的核心素养

科学史重现艰难曲折的科学知识获得历程，展现了科学家求实严谨的科学态度，有助于培养学生的科学核心素养。在传统教学中，科学史常作为课后阅读材料，这导致学生虽然能掌握教材所呈现的科学原理、步骤和结论，但是忽略了科学研究中对实验方案、实验数据和实验结论的真实性、严谨性的要求。例如教学八年级上册“构成物质的微粒”时，课程思路往往为分子—原子—原子核（卢瑟福的α粒子散射实验）—质子和中子。这一教学思路虽然思维逻辑性强，但是学生不能亲历科学的探索历程，无法对知识产生强烈共鸣，课堂教学效果往往欠佳。若以粒子发现史为线索教授物质的微粒构成，既生动又体现科学的严谨性和真实性。

在教学中，以德谟克利克的原子论提出原子的最早由来，以道尔顿的原子学说初步揭示化学反应的本质，针对不能用原子学说解释某些体积变化的化学反应（如H2+Cl2=2HCl），引出阿伏伽德罗分子学说中的分子概念。这个过程使科学思想的产生以及科学认识形成的曲折变得生动可感，加深了学生对原子、分子名词的理解，帮助学生厘清原子、分子二者在化学变化中的联系与区别，并使“原子是否可再分”成为学生后续关注的重点。教师适时地演示通电的阴极射线管实验，将学生的思维带入汤姆森的电子发现时代。通过阐述射线偏移原理，让学生感性认识到在磁场的作用下发生位置偏移的阴极射线本质上是由一种带负电的粒子（电子）组成的，开启原子可分的历史进程。科学的发展与认识需要一代又一代人探索，卢瑟福为验证导师汤姆森的原子枣糕模型，提出α粒子的散射实验。通过持续实验观察与研究，卢瑟福与其助手捕捉到了荧光屏电子出现概率却无法证明枣糕模型假设成立，反而根据大量的实验数据提出原子有核模型，推翻了导师的枣糕模型。

由此可见，基于科学史教育的科学教学引领学生生动地领略了科学宏观的发展史实，让学生掌握科学知识和技能的同时，向学生清晰地再现了科学家在继承和批判中推动了科学进步，体现出批判创新的思维，培养学生的分析与创新能力。

（三）自豪于科学史实，培养学生的人文素养

科学史是人类文明进步的历史，它促使学生认识过去，自豪于科学家所取得的成就，又心怀责任，对未来科学发展充满信心。例如在九年级下册“物理学与能源技术”教学中，教师引导学生了解中华人民共和国成立初期，我国一大批科学家（如钱学森、邓稼先等）艰苦奋斗，投身中国科研事业。生动的科学史实一方面增强了学生对祖国的认同感，鼓励学生树立为祖国的蓬勃发展而奋斗的人生理想。另一方面又可以让学生意识到人类探索自然的艰辛，启发学生追求科学的真善美。例如人类对地球形状的探索、二十四节气的规律总结、日月东升西落的规律发现等，都是一代又一代人通过艰辛探索形成的对世界的正确认识。因此，在科学教学中融入科学史，对学生人文素养的培养有着深远的影响，有助于激发学生对科学的兴趣，树立刻苦学习、报效祖国、造福人类的志向。

三、科学史融入科学教学的探索实践

（一）创设情境，引入新课

创设情境的目的是激发学生的学习兴趣与动机，在教学中融入科学史有助于提高学生的学习积极性和主动性。例如在八年级下册“凸透镜成像”教学中，以一个历史性问题“凸透镜第一次应用于什么领域？”作为课堂引入，通过多媒体介绍伽利略研制的望远镜与观察天空史，充分激发学生对透镜原理的兴趣。教师再适时地提问：伽利略使用的透镜和放大镜有何异同？激起学生探究欲望。通过后续实验，学生知道焦距的概念，进而发现焦距、物距与像距对凸透镜成像的影响，成像规律也伴随着实验的进行一一揭开。学生亲历史实，在课堂上经历了一次深刻的凸透镜成像规律探索之旅。

引入新课，需找准与课堂知识相关的科学史作为切入点，让学生成为问题的发现者和活动的探索者。同时，善用科学史可让学生由静态地接受知识转变为动态地获取知识，有助于潜移默化地培养学生观察、分析问题的能力。科学教材中还有许多科学史料可进一步挖掘，如利用海尔蒙特做柳树实验，引出光合作用的原料——二氧化碳；利用阿基米德检验王冠是否掺有白银，发现F浮=G排液，引出阿基米德原理的教学；等等。

（二）梳理主线，拓展知识

科学知识系统的形成体现了人类探索自然本质的连续性。通过在教学中融入科学史，可让学生知道每项科学成就背后的人物与事实，能在事物发展规律的基础上梳理知识、概括知识、拓展知识，把握历史的主线，掌握每一次科学理论发现背后的研究方法和技能。例如在八年级下册“电和磁”的复习教学中，可以电、磁、电磁之间关系的发现时间为主线，对电和磁的重难点进行梳理与拓展，如图1所示。

通过厘清历史脉络，着眼于科学史上的关键发现，学生生动地经历了完整的电和磁研究史，从中了解丰富的科学知识原理和科学方法，对习得的知识与方法产生更深刻的印象。

（三）启发思维，开展探究

科学史不仅仅是探索自然本质的发展史，更是人类思维飞跃的记录史。每项科学发现背后都有着严谨的科学探究过程，因此教师每一次的科学知识讲授，都应该让学生的思维得到提升。在植物向光性实验教学中，借助铜钱草的向光生长现象可以让学生以角色代入的形式重演达尔文的思考历程。如关于达尔文如何设计实验，学生可以根据已有认知，充分调动思维和主动展开想象去设计探究实验。在得到胚芽鞘发生向光弯曲是因为某种影响的结论后，可以继续引导学生思考某种影响的本质是什么，从而引出探究这种影响的本质的温特实验。在证明这种影响本质上是一种生长素后，启发学生继续思考生长素是什么化学物质，从而自然地引出荷兰科学家郭葛从植物中分离鉴定出这种化学物质为吲哚乙酸的事实。

可见，科学史与科学课堂的有机融合，重现了生长素的前世今生，师生通过共同讨论几位科学家设计的实验，加深了对科学探究步骤的认识，培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，促进学生科学思维的发展。

（四）总结知识，精讲习题

有效的课堂教学不仅涉及知识传授，而且包含对所学知识的巩固。习题对知识巩固的作用不言而喻，是科学有效教学的重要组成部分。在“双减”政策背景下，教师应让学生摆脱题海战术，灵活运用知识和方法解决作业问题，从而减轻学生做题负担，实现高效解题。在习题课中运用科学史，可以帮助学生厘清作业中的重难点和易混淆点。以下列习题中的第（3）问为例：

该题借助運动与力的情境考查学生对伽利略理想实验的掌握。紧扣科学史，快速回顾运动与力实验的设计和结论，可清晰知道该实验只能得出物体运动距离远近与阻力有关，尚未继续进行推理、完善得出牛顿第一定律，所以只涉及力能改变物体运动知识点，答案为B。可见，科学史与习题课的融合就是知识探索的重演，虽然考查的内容复杂，但是学生明白知识的来龙去脉，题型便变得清晰。在以经典实验为原型进行迁移应用的习题中，科学史学习作用显著。

在与学生交流中发现，大多数学生对于将科学史融入科学教学具有较高的学习热情，认为这个教学模式对知识的理解迁移有很大帮助。但需要注意的是，融入科学史的科学教学并不是适用于所有教学内容，教师在教学中需具体情况具体分析。

【参考文献】

［1］李建珊，贾向桐．当代科学教育中的科学史向度［J］．广西民族大学学报（自然科学版），2009，15（2）：15．

［2］张晶．科学史教育的历史考察：将科学史引入科学教育的历程［J］．自然辩证法通讯，2009，31（1）：62-65．

俞艳 / 浙江宁波前湾新区科学初级中学，二级教师，从事中学科学教学；何力理 / 浙江宁波前湾新区科学初级中学，一级教师，从事中学科学教学（宁波 315336）