破解科学史教学困境的实践探索

科学史是小学科学的重要教学内容之一。科学史的学习不仅是了解已经发生的史实、熟知已被验证的概念和知识，更是指向学生对科学本质的理解与科学观念的内化。实际教学中，有的教师往往只通过阅读史实资料、观看纪录片等方式进行教学，导致学生难以将科学知识内化形成认知体系并迁移运用。在《地球》一课的教学中，教师通过回溯史实情境、融合挑战任务、优化思维历程，尝试破解科学史的教学困境，以学生为主体，丰富他们的感知体验，唤醒其心智，激发其好奇心，驱动其主动建构概念，最终形成科学观念。

一、回溯史实情境，创设沉浸式体验氛围

教师通过课前调查发现，大多数学生已具备关于“地球形状”的前概念，但当教师提出“如果你生活在古代，会如何回答地球是什么形状”这个问题时，举手的学生却寥寥无几。不难看出，由于科学史教学内容的特殊性，学生缺乏感知与体验，这就导致他们对概念的认知仅停留在了解、知道的层面，缺乏对概念背后所指向的科学本质的理解。因此，教师设计了前置任务——我与古人共观天，尝试通过再现史实情境，引导学生沉浸式体验，从而激发他们的思维。

教学片段

师：古代虽交通不便，难以走出脚下的一亩三分之地，但人们热爱观察天象。今天，我们学习古人，观察一天中太阳在天空中的运行轨迹，并在记录单上画一画。

（学生实地观察、记录并汇报。）

生：这是我家的位置，早晨太阳从玄武湖的方向升起来，越升越高，晚上便落在河西金鹰世界商场的后方。

生：这是我家的位置，早晨太阳从紫金山后升起，中午在我的头顶上方，晚上从电视塔的方向落下。

师：古代可没有今日的高楼大厦，我们如果将记录单上的这些建筑物去掉，重现古人看到的场景，太阳在天空中的运行轨迹是怎样的呢？大家画一画。

生：没有遮挡物，古人应该看得比我们更清楚，太阳的运行轨迹是一个弧形。

师：古人跟我们一样观察到太阳在天空中呈现弧形的运行轨迹。那么你对天地的形状有怎样的推测？

生：很明显，天不是平的，是有弧度的。

生：每个地方的人都观察到太阳在天空中的运行轨迹是弧形的，那么天的形状应该跟倒扣的碗类似，是一个立体的弧形。

师：没错，古人根据观察到的现象提出了“天圆地方”的观点，这也是他们对地球形状的最初认识。

生：我有一个问题，天与地在哪里接壤呢？在宇宙的尽头吗？

生：我也有问题，只凭太阳的运动轨迹来推断地球的形状，是不是太草率了？

具身认知理论指出，认知是身体在环境的主导下主动建构而成的，这里提到的“环境”即课堂“情境”。在科学史相关内容的教学中，教师可以通过两种方式来呈现史实情境，增强学生的具身体验：一是通过课堂情境再现的方式，即创设情境；二是在空间与时间允许的情况下，亲临现场观察。

本课中，教师采用第二种呈现方式，通过“我与古人共观天”的前置任务，将学生带入了真实的生活情境，丰富了他们的具身体验。不难看出，这样丰富了学生对于现象的直接经验与感受，而这些直接经验与感受促使他们全身心地投入新课学习，沉浸式地思考有关地球的形状以及人类如何认识地球形状的相关科学问题，激发了他们探究的内驱力。

二、融合挑战任务，基于经验建构科学概念

科学史的发展历程，其实就是人类观察现象、产生推论、寻找证据证明推论，再根据新的现象产生新推论的循环往复、向前发展的过程。那么，在科学史的教学过程中，教师引导学生像古人一样先根据现象产生推论、再寻找证据论证观点的过程，其实就是科学史学习与概念建构的思维历程。在课堂上，教师借助多个进阶式的挑战任务，为学生创设思维发展的空间，引导他们通过探究实验寻找证据，促发思维的深度参与，建构科学概念。

教学片段

任务1：观察现象，产生推论

师：古人对地球形状的认识，也随着观察到新的现象，产生了新的推论。你们也许在海边看见过这样的现象（出示帆船入港的视频），谁来描述一下？

生：在海边看远处的帆船，我们先看见船帆，再看见船身。

师：看到这个现象，你对地球的形状有新的推测吗？

生：我认为地球是圆的。

师：只可能是圆的吗？

生：也可能是有坡度的，就好比我们家的小狗从山坡下跑上来，我也是先看见它的头。

生：也可能是三角形的。

任务2：模拟实验，论证观点

师：看来根据观察到的现象，同学们能够作出多种推论。这些推论都正确吗？请大家尝试寻找证据来证明自己的推论。小组合作，用蓝色卡纸、玩具船分别模拟地球的形状与航行的帆船，通过模拟实验论证观点。

生：我们将卡纸折成三角形，在桌面这侧观察，也是先观察到船帆，再看见船身，说明地球也有可能是三角形的。

生：我们将卡纸折成多边形，也是先看见船帆，再看见船身。

生：我们将卡纸弯曲成半圆形，站在桌面这侧观察，同样是先看见船帆，再看见船身。

师：如果不将卡纸弯折，平铺在桌面上，还能观察到相同的现象吗？

生：如果将卡纸平铺，我们观察到船身和船帆是同时出现在视野中的。

师：综合同学们观察到的现象，能得出怎样的结论？

生：地球很可能是三角形、多边形、半圆形等形状，但肯定不是平的。

任务3：观察新证据，产生新推论

师：通过模拟实验，同学们提出了“地球不是平的”这一观点。地球到底是什么形状的？下面这个现象能够帮助你进一步推断吗？

（教师出示月相变化的图片以及麦哲伦环球航行的资料。学生依据新证据，再次提出观点。）

生：我知道月相中暗色的部分是地球的影子投射在了月球上。

生：从图上地球影子边缘的形状可以看出来，地球是一个跟月球形状差不多的球体。

生：我同意他的观点。因为我还见过月全食，就是地球的影子完全遮住月球，变成一个黑色的圆球。

师：根据你们刚才的推论，结合麦哲伦环球航行的路线，再次寻找相关证据。

生：麦哲伦的船队向着一个方向航行，最终回到了出发地，这就说明地球肯定不是平面的，而是立体的。再加上月相变化这一证据，这能说明地球是一个球体。

师：哪位同学尝试用一句完整的语言表达你们的观点和证据？

生：从月相变化的过程和麦哲伦的船队沿着一个方向航行最终回到出发地这两个新证据，我们认为地球是一个球体。

在科学史的教学过程中，学生的已有认知不断地被教师适时出示的新现象颠覆，他们不断地深入思考，进一步论证，这其实就是体验科学概念建构与理解科学本质的过程。

在这个过程中，教师先引导学生根据观察到的现象，设计模拟实验，通过实验的方式论证。随着身体与情感充分参与，学生的感知体验愈加丰富，抽象的前概念逐渐转化为具身体验，支持他们进一步寻找证据论证观点。在学生已有推论的基础上，教师接着提供进阶任务，引发他们的认知冲突，激发他们的深度思维。这样的教学策略使学生更好地将抽象概念与原有的认知体系相结合，有利于他们主动建构有关地球形状的科学概念。

三、优化思维历程，搭建科学观念的支架

科学知识的暂时性是科学本质的重要内容之一。其实，在完成挑战性任务的过程中，学生经历着发现新现象、推翻旧观点、建立新观点的思维历程。但学生缺乏提炼、概括进而内化科学本质特征的能力，这就需要教师通过言语表达等策略，帮助他们理解科学本质内容，促进他们科学素养的发展。

教学片段

师：通过学习，请同学们尝试回忆人类认识地球形状的历程。从“天圆地方”到“地球是一个球体”，经历了几次“发现新现象—推翻旧观点—建立新观点”的过程，写一写，画一画。

（学生写出人类认识地球形状的历程，如图1。）

生：人类对于地球形状的认识，起源于古人观察天空、陆地的形状，最初有了“天圆地方”的观点。后来，人们观察海边归航的船只时先看到船帆再看到船身，有了“地球表面不是平的”新推论，从而推翻了旧观点。接着，人们又根据月相变化的现象，搜集到新证据，进一步优化了有关地球形状的推论，并通过麦哲伦航行搜集到更多的证据，证明了“地球是一个球体。”

师：科学知识发展的过程给你怎样的启发？

生：原来科学知识不是一成不变的，是会随着新现象的发现而不断发展的。

生：我们不能固守成规，要敢于推翻现有的观点。

师：有关地球形状的认识历程，只是众多科学概念发展的缩影。像这样依据新证据，不断修正观点，使得科学概念不断发展的过程，体现了科学知识的暂时性，这也是科学本质的体现。

本课的最后，教师通过言语表达、示意图等外显思维的方式，引导学生优化思维历程，帮助他们厘清“发现新现象—推翻旧观点—建立新观点”的科学史发展进程，进一步加深对于“科学知识具有暂时性”的认知。虽然学生并未亲身经历科学发展、知识更迭的历程，但在课堂上，教师通过教学策略增加学生的具身体验，引导他们通过语言、示意图等方式厘清概念建构的过程，将抽象的科学概念内化为能够迁移应用的科学观念，同时加深其对于科学本质的认识。

科学史的学习加深了学生对科学知识本质、科学史发展历程的认知。这种学习方式符合学生的认知特点和思维方式，更是为科学史的教学提供了优化策略与路径。

（作者单位：江苏省南京市宇花小学）