在科学教学中融入科学史教育

《义务教育科学课程标准（2022年版）》中指出，科学课程需要帮助学生从整体上认识自然世界，理解科学、技术、社会与环境的关系。在教学实施建议中多次提及要渗透科学史教育，科学史对科学教育的作用愈发得到重视。通过对科学史的研究，可以了解不同时期和不同文化背景下的科学活动和成就，探讨科学发展的规律和趋势，深入理解科学知识的本质和意义。下面以“电和磁”一课为例，从整合开发资源、设计问题情境、发展实证思维和推动认知进阶等方面，谈谈在小学科学教学中融入科学史教育的应用策略。

一、重组整合资源，尊重历史事实

小学科学教科书中编排了大量的科学史内容，内容呈现类型多样。科学史内容既可以作为教学的背景资料或导入情境，激发学生的兴趣和探究欲;又可以作为课堂教学的补充和延伸，扩展学生的知识面和眼界，将学习从课堂延伸至课下。因此，教师要细读挖掘教材，认真选择素材，根据学生的认知结构和认知特点，有目的、有选择地合理组织科学史教学内容，进行教学资源的整合与开发。同时，教师要尊重客观历史，不要自行设计科学史中未出现过的情节，要保持科学的严谨性，避免误导学生。

在传统教学中，把奥斯特发现电流的磁效应作为背景故事导入时，常常描述为“奥斯特无意中将载流导线平行放置于磁针上方发现了变化”。这样的“偶然叙事”，容易导致学生认为这个重要的发现只是源于“巧合”和“偶然”。同时，这个实验本身无任何操作难度，无论是教师演示还是学生在教师指导下重现，都只是在已知的结果上复现，这样容易导致学生对奥斯特的研究和科学发展的过程产生片面认识，认为奥斯特仅仅是“碰巧”发现了这一现象。而笔者在查阅多方文献资料后发现，奥斯特受到自然哲学统一观念的启发，前后历时十三年之久寻求电与磁之间的关系，做出的许多假设均以实验失败告终。奥斯特的探究历程并非现在看来的那么简单，相反，在奔向终点的途中充满了重重阻碍与曲折。因此，在融入科学史的教学过程中，教师要认真挖掘教材资源，重组整合资源，在充分尊重历史和事实的基础上开展教学。引导学生正确看待机遇与坚持在科学探究中的作用，深化对科学发现和对科学本质的理解和认识。

二、重现问题情境，激发共情体验

美国心理学家克莱门特·弗雷德·斯图尔特（Clémentine F. Stuart）在20世纪初提出“共情”（empathy）这一概念，共情是指人在认识他人的情感状态时能够产生与对方相似或相同的情感体验和体会的现象。共情体验使学生能够更深入地理解科学家在科学探究历程中所面临的挑战和困境，从而增加对其思考方式和创新精神的认同。如，通过故事化的教学手段来呈现科学史中的重要事件和科学家的经历，或者创设角色扮演的活动，让学生扮演历史中的科学家，亲身体验他们的思考过程和实验探究过程，进而培养探究实践能力和科学思维。

如，在教学“电与磁”一课时，采用“边讲故事边做探究”的方式，没有直接呈现“电和磁”的教学标题，而是从“划时代的发现”主题入手，以“这个划时代的发现是什么？”“为什么它被誉为划时代的发现？”两个问题为明暗交织的主线，采用探秘和活动相结合的形式，让学生沉浸地回到历史事件，重走科学家发现之路。

故事导入：1820年7月，一份来自丹麦的稿件送到了以保守著称的法国《化学和物理学年鉴》杂志的主编手中。在片刻的犹豫后，它最终决定打破以往的办刊惯例，立即刊印这篇“观点令人惊讶”的文章。

主编为此特意写下了一段话：“亲爱的读者，我们都知道本报从不支持那些自我宣称‘有惊奇发现’的文章。然而奥斯特先生的文章所提到的结果如此奇特，但却有详细的记录作为证明，让人不得不信服。”

或许，这位主编从未想过，这篇仅仅4页的新奇论文竟然会引发电磁学领域的变革。奥斯特的发现，被誉为“划时代的发现”。他到底发现了什么呢？为什么得到了如此高的称赞呢？

通过这则故事，学生对科学史学习产生浓厚的兴趣和好奇心，迫不及待地想动手探究。接着，教师提供给学生材料并进行简要的讲解，请学生自己动手操作看看能不能获得不一样的发现。结果，有的小组发现在通电导线靠近小磁针时，磁针轻微动了一下，有的小组并没有发现这个现象。教师请前者上台演示自己的操作方法，其他小组的同学恍然大悟后也纷纷尝试。学生初步认识到，奥斯特的发现并没有那么容易。

三、关注科学论证，发展实证思维

科学论证能力是一种综合思维能力，以科学知识为中介，以推理和批判性思维能力为核心。在论证交流过程中，能促进学生科学概念的理解和转变，以及对科学本质的了解，发展学生的科学推理能力等。因此在科学史教学过程中，教师不能仅停留在科学实验后的现象，更要引导学生关注现象背后产生的原因，及其可能产生的模式。让学生学会从事实证据出发，根据收集到的数据资料提出主张和进行推理。

重演奥斯特的实验，不只是让学生观察到指南针偏转的现象，还要在看到现象后及时追问：“如果你是奥斯特，你怎么看待这样的现象？”“为什么指南针会偏转？”学生充分交流讨论，通过分析与综合、比较与分类、联想与想象等多种方法，从“指南针的性质”出发，推导出要有磁性的物质才能使其发生偏转。又发现按住开关（通电时）指南针会产生偏转，而松开开关（断电时）指南针又会回到原位，因此推断需要有电才能使指南针偏转。通过“通电导线不接触就能使指南针偏转”，联想到磁铁也具有同样的性质，从而推理产生“通电导线能产生磁性”这一观点，将目光聚焦到“电和磁”的关系上。在这一过程中，教师精心设计搭建材料支架和问题支架，帮助学生一步步进行有根据、有逻辑的推测，培养学生的科学论证能力，发展学生的科学实证思维。

四、推动认知进阶，培养审辨精神

认知进阶是学生在学习过程中认知能力和水平不断提高和发展的过程，从最初的感知和观察，逐渐发展到抽象思维、概念形成和推理推断等更高级的认知能力，是一个渐进的、不断发展的过程。而审辨精神则是要在面对问题和信息时，能够独立思考、分析、评价和判断。在教学过程中，教师要精心设计学习支架，不能让学生仅停留在现象的表面，而是要像科学家一样深入思考其中的原因和联系，以及其他可能性，同时引导学生思考科学事件与历史背景之间的关系。这样才能有助于学生建立更完整的科学观和世界观。

在发现“电和磁的联系”后，教师提出进阶活动“增大磁性的方法”。通过搭建材料支架和方法支架，引导学生进行深入探究，并发现增大磁性的方法。在实验成功后，继续引导学生深入思考背后的原因和可能性：“为什么这些方法（增加电池，缠绕线圈）能让指南针偏转的角度增大？”学生在层层递进的探究研讨过程中实现核心概念的建构和认知的进阶，提升他们的思维能力。

而小学科学教学不仅仅是为了让学生获得科学概念和实验技能，更重要的是提升其科学素养。在完成任务后，教师给学生充分自主思考的时间，继续提出新的问题：“这个实验并不是很难，为什么当时一直没有人发现呢？”“为什么说这个发现是划时代的？”“电能产生磁，知道了这个有什么用？”每一个问题都是非常具有思辨价值的。此时，教师再出示搜集的史料和文献片段，让学生进行资料的研究和学习，在小组内充分交流讨论，形成并表达观点。

阅读资料（摘录其中的片段，为了方便学生阅读，笔者进行了部分词句的通俗改写）：

……根据奥斯特的传记作者克里斯滕的观点，奥斯特最初的实验“效果不是非常显眼”，所以才导致奥斯特又花了三个多月，对实验进行了反复改进才将发现公诸于世……

……奥斯特是著名的丹麦物理学家、化学家，他的贡献得到科学界的高度认可，为了纪念这位伟大的科学家，把他的名字“奥斯特”作为磁场强度的单位。1970年在丹麦曾发行的100面值的纸币上印有奥斯特的肖像……

……1820年，奥斯特公开宣布他的重大发现，结果一经发表，立刻引起欧洲轰动，许多科学家抛弃之前坚信的“电磁没有联系”的观点，纷纷探讨电磁的联系，许多重大研究成果相继产生，开启了电磁学的新时代。科学家法拉第赞扬他“打开了科学史一个黑暗领域的大门，使其充满光明”……

……奥斯特在科学思想的指导下，研究电和磁的关系历时十三年之久。那时，许许多多的人都在摆弄指南针和电流，说不定有人也曾注意到这样的现象，但却未仔细思考过其中的原理。虽然奥斯特的发现带有一定的偶然性，但也需要借助精密的逻辑推理、熟练的实验设计和操作能力才能得到正确的发现……

通过资料的学习和议题的讨论，学生对科学家的探究发现过程有了更理性、更客观的认识，辩证看待科学研究中“坚持”和“机遇”的作用。同时，学生以此为基点，对电磁学的发展史产生兴趣，认识到科学技术的发展对社会发展的意义和推动作用，有助于学生形成正确的科学史观，树立良好的科学态度和勇于探索的科学精神。

一节融入科学史教育的科学课，会让四十分钟都充满鲜活的“生命力”。基于融合科学史教育的思想进行“电与磁”一课的设计，相比于传统的教学课堂，将奥斯特的伟大发现全历程及其科学技术对社会的影响融入课堂教学中，更有效促进了学生科学概念的建构和实证思维的发展，树立正确的科学史观和科学本质观。同时需要指出，小学阶段学生的逻辑推理能力和概括思维能力尚在起步阶段，因此，在进行分析综合和推理的过程中，教师应给予适当的指导。同时，引导学生积极交流讨论、与他人分享自己的观点，培养学生的交流表达能力和态度责任。在科学教学实践中，教师要积极整合开发资源、精心设计教学流程和创建学习支架，重视学生思维的发展与态度责任的形成，实现科学教育与思政教育协同并进的教学效果。