科学史教学模式在小学科学教学中的设计

区倚彤

在《义务教育科学课程标准（2022年版）》中指出，注重培养学生良好的科学素养，通过科学教育使学生逐步领会科学的本质。在科学教学中运用科学史（HPS）具有悠久的历史，多数研究者都认为它对学生和科学教师有好处。如认为科学史融入教学中能提高学生对科学概？的了解、对探究过程的了解，以及对情境了解。孟克（Monk）和奥斯本（Osborne）认为科学史可以成为帮助学生学习科学本质有用的手段之一，并以建构主义、儿童学习心理学以及科学认识论作为理论基础，提出了包含六个阶段的融入科学史的教学模式。它主要包含了演示现象、启发学生、历史研究、设计实验、呈现科学观点和实验验证、回顾与评价六个阶段。

本研究以科教版（2017年）小学科学五年级上册《机械摆钟》为例，基于孟克（Monk）和奥斯本（Osborne）提出的科学史教学模式，设计将本模式运用到本课的教学中。

一、演示实验

这个阶段教师要通过一些现象来引起学生对于问题的兴趣，并且产生一个问题。在本节课的教学中，教师通过播放一个伽利略观察教堂里吊灯的视频，和学生一起用铁球和细线制作一个简单的摆，认识摆的结构包括摆锤和摆绳，并让摆摆动起来。

通过利用视频导入，激发学生学习的兴趣，促使学生积极主动学习； 同时引导学生通过视频观察到现象来进行演示实验，帮助学生学习摆的结构，并为后面实验探究摆的摆动规律做好铺垫。

二、启发学生

教师通过让摆动起来的现象，让学生思考摆的摆动有什么规律呢？它为什么能够计时？以小组讨论的方式来发表自己的看法。在这个阶段教师对学生的观点不给予批判，鼓励学生表达不同的观点，同时还可以让学生解释自己的想法。这样设计，可鼓励学生通过讨论发表自己的观点，了解学生的前概念。

三、历史研究，学习科学史

教师通过讲故事的方式向学生展示伽利略的故事。

例如，1583年的一天，18岁的伽利略在教堂里面做礼拜。一阵风吹来，天花板上的吊灯开始地晃动起来，发出轻轻的响声。这本是一件非同寻常的事，而伽利略却细心地观察起来了。隐约中他感觉到吊灯的摆动有些规律，于是回家之后，他开始研究起来。他用棉线和石头做出摆模拟吊灯的摆动，根据“脉搏跳动的次数是稳定的”来计时，经过反复多次的验证，终于发现了吊灯摆动时的秘密。这样设计，可引导学生像科学家一样，善于观察、观察思考。

四、设计实验

在这个阶段，学生通过认识了历史的假设，以小组讨论的方式去确定自己之前提出的假设，并以设计实验的方式去证明自己的假设。需要注意的是，这个阶段教师应该根据学生设计的方案，给予实验操作的温馨提示，以避免实验出现较大的误差。这样设计，可让学生通过实验像科学家一样去探究。

五、呈现科学观点与实验验证

在这个阶段中，学生以小组汇报的形式呈现数据，教师与学生对数据分别进行横向分析，得出与伽利略相同的结论，即同一个摆，在相同时间内摆动的次数相同，即等时性。但在数据分析时，部分小组可能会出现误差，即并不是三次实验的数据均相等。由此，教师可以进一步讲解：当年的伽利略没有根据摆的等时性发明机械摆钟，而是等到100年以后，荷兰的另一位科学家——惠更斯才根据摆的等时性发明了机械摆钟，它的出现大大提高了计时的准确性。在此基础上，让学生通过认识摆钟及钟摆的运动规律，再次得出摆的摆动具有等时性的结论。

六、回顾与评价

机械摆钟的发明离不来两位伟大的科学家——伽利略和惠更斯。伽利略通过观察教堂的吊灯，回家后用绳子和铁球实验发现了摆的等时性，而惠更斯根據这个规律发明了机械摆钟，大大提高了计时的精确度。希望在日后的学习和生活中，同学们也能像科学家们一样，留心观察生活，探索更多的科学奥秘。这样设计，让学生通过科学史的学习，认识到留心观察生活的重要性。

【注：本文系广州市南沙区教育科学规划（2022年度）课题“科学史教学模式在小学科学课程中的设计和应用”（课题编号：NSJYKY2021 108）研究成果】

责任编辑  黄博彦