聚焦思维历程 渗透科学史教育

为在探究实践中促发学生思维真正发生，教师可以在教学中引导他们有意识地通过模型建构、推理论证、创新思维来获取科学知识、建构科学概念、做出决策判断、解决实际问题，使他们形成科学观念，培养其态度责任。教师要抓准学习内容的特点，因地制宜地渗透科学史教育，帮助学生在运用科学思维认识、分析、解决问题的过程中，以动态、历史的视角看待科学知识，理解科学本质。

《昼夜交替》是聚焦思维历程、渗透科学史教育的典型学习内容，是“地球的运动”单元（苏教版五年级）的起始课。昼夜交替是常见的自然现象，与学生的日常生活密切相关，探索其成因又是天文学研究的开端，反映了人类探索地球与宇宙科学领域的部分历程。从知识角度看，五年级学生基本上已经知晓昼夜交替的成因是地球自转，但不甚理解；从探究角度看，他们已经能够运用分析、比较、推理、概括等方法得出科学探究的结论，判断结论与假设是否一致等；从态度角度看，他们有着对事物的结构、功能、变化及相互关系进行科学探究的兴趣等。此外，他们的科学观正在逐步形成，需要在科学史背景下开展有效的探究实践得以加强。

一、引入话题，聚焦经验

引导学生开展科学探究实践，起点应当是学生的经验。学生关于生活现象与事实的回顾与表达，有利于他们在课的起始阶段萌生探究热情，他们通过分析与综合、比较与分类、归纳与演绎等思维方法对这些现象与事实进行加工，是他们自主建构科学概念的重要起点。

教学片段

师：昼夜交替有哪些有规律的现象呢？

生：白天太阳从东方升起，傍晚太阳从西方落下。

生：昼夜交替的时间是清晨和傍晚。

师：昼夜交替时，能看到怎样的景象？

生：清晨时，天慢慢变亮，天边出现淡淡一抹红色，然后越来越亮，太阳就从天边升起了。

生：傍晚时，正好相反，随着太阳渐渐落山，天边呈现一片红色，天色也慢慢暗下去了，最后天就黑了。

师：描述得真细致，还有其他有规律的现象吗？

生：发生1次昼夜交替需要1天的时间，也就是24小时。

生：日出和日落时，物体的影子最长，中午时物体的影子最短。

师：那么，关于昼夜交替现象，你能提出什么问题吗？

生：我想知道，昼夜交替是怎样形成的？

教师从学生熟悉的昼夜交替景象出发，充分唤醒他们对昼夜交替现象认识的已有经验，并将话题聚焦在“昼夜交替有哪些有规律的现象”，促使他们回顾、思考、讨论，将这些有规律的现象提取出来，成为他们后续研究的重要事实依据。同时，这有助于学生建立“现象与事实”的研究意识，促进他们自主确定探究问题。

二、对话古人，建模解释

古人是怎么想的？他们怎么会有这样的想法？这些科学发展中外显的朴素问题，也是学生容易接纳的探讨方式。这样，教师可以引导学生立足“古人视角”（与古代智者平等对话），运用科学思维探究昼夜交替的成因，在他们建构模型和推理论证的过程中渗透科学史教育。

教学片段

师：古往今来，人们对于这个问题一直非常感兴趣。你千万不要认为这是一个小问题，一个很容易回答的问题。

（播放视频：介绍四大文明古国有代表性的解释。）

师：不同地方的人对昼夜交替形成有着不同的解释。这些看似不同的解释，有什么相同的地方吗？

生：他们都认为，太阳绕着大地转动。

师：你很善于发现。你们觉得他们的解释合理吗？

生：不合理，因为太阳不是绕着大地转动的。

生：我觉得有一定合理性，当时的古人只能观察到这些现象，才做出了这样的解释。

师：这样，我们按照古人的解释来演示一遍，看看这些现象能不能出现。我为大家准备了一些材料，请你们一边演示，一边对照着说明：这些现象有没有出现？

（学生活动：建构实物模型，验证古人的解释。）

教师从古人对昼夜交替成因的解释出发，选取了四大文明古国有代表性的解释呈现在学生面前，引导他们比较、分析、概括古人解释的共同点——太阳绕着大地转动。学生通过建构模型验证古人的解释，理解古人解释的某些合理性，认识到现象与事实的相关性。

建构实物模型验证古人的解释，是本节课的第一个学习任务。教师引导学生开展生动有趣的建模活动，能够让每一名学生充分参与、思考与表达。

三、方法迁移，二次建模

模型建构是重要的科学思维方式，聚焦思维历程的科学学习强调学生运用模型建构认识客观事物的本质属性、内在规律及相互关系。本课学习中，教师引导学生亲历两次模型建构的过程，学习研究方法的迁移。第一次建模，学生用实物模型验证古人的解释，从而理解他们基于“现象与事实”解释的合理性。第二次建模，学生在面对新观点、新证据的情况下应用迁移，凸显推理论证的过程，形成对昼夜交替成因的解释。

教学片段

师：通过刚才的演示，我们知道了，古人基于所能观察到的现象，提出了“太阳绕着大地转动”的观点，解释了昼夜交替成因，这样看来，是有道理的。可是，随着科学的进步，人们渐渐观察到更多的自然现象，用“太阳绕着地球转动”的观点，已经没有办法解释了。直到500多年前，哥白尼提出了新的观点：太阳是不动的，而是地球绕着太阳转动，同时地球自己也在转动。有了这样的观点，该怎样解释昼夜交替的成因呢？

生：我觉得，昼夜交替是因为地球自转。

生：我认为，是因为地球绕着太阳转动。

师：为了更好地说明你的解释，你们能不能用这些材料模拟出这些现象？先将你们的方法画下来。

（学生活动：设计实验方案。）

师：哪个小组来汇报你们的方法？

生：我们小组认为，这个球用来模拟地球，这个灯用来模拟太阳。灯不动，球自转，同时围绕灯公转。

生：球上小人所在的位置如果有光就是白天，如果没光就是黑夜。

师：太阳照到的部分是白天，没有照到的部分是黑夜，那么白天和黑夜交替的地方在哪里呢？

生：在明亮和黑暗的交界处。

师：其他小组有不同的想法吗？

生：我们小组认为，昼夜交替和公转是没有关系的，所以我们没有画公转。

生：我对前面提到的小人站的位置的观点是认同的，我们小组也认为被太阳照到的位置是白天，没有照到的位置是黑夜。

科学史中出现了新的观点——地球绕着太阳转动并且自转，使得学生原有的解释不再成立，这促发了他们进一步探究，开启了本节课的第二个学习任务——建构实物模型进行解释。在这个学习任务的驱动下，学生迁移上一个学习任务学到的研究方法和经验进行模拟实验设计，讨论实验方案，用实物模型进行解释，形成科学结论。学生亲历这样的科学探究过程，同时也是对具体的昼夜交替成因科学研究历史的复现，这让他们意识到科学理论的形成是动态的、相对的、暂时的，从而更好地认识科学本质。

四、回顾历程，拓展应用

这里的回顾历程，是学生学习研究的过程，也是人类探索昼夜交替成因的过程，更是他们思维发展的过程。教师引导学生有效回顾，反思总结，可以帮助他们理解、掌握一定的学习研究方法，从而形成科学观念。拓展应用则可以进一步巩固学生自主建构的科学概念，并将课堂学习拓展到生活中。

教学片段

师：同学们，今天这节课我们从身边的现象出发，利用所能获取的证据建构模型来模拟地球、太阳运转的情况，解释清楚了昼夜交替形成的原因。你还有哪些感想吗？

生：我觉得，对于科学的认识，需要不断搜集身边的证据来加以说明。

生：我发现，每当我们有了新的证据时，对科学的认识就会进一步向前推进。就好像昼夜交替形成原因，一开始古人的解释其实也没有问题，因为他们只能获得那些证据。

生：所以，我觉得，人类对科学的认识是不断向前发展的。今天是对的，也许明天就会被推翻，出现更新的观点。

师：大家说得非常好。你能不能用今天所学习的知识解释下面这个现象呢？

（播放视频：中国西部的喀什与东部抚远的时差现象。）

关于“中国西部的喀什与东部抚远的时差现象”的讨论，将课内学习引向课外思考，将科学探究回归到学生的现实生活，引导他们对已建构概念的巩固和应用。从态度责任角度看，学生感受到了祖国的地大物博。

教师引导学生回顾了整节课完成的两次学习任务，实际上是复演了人类对昼夜交替现象成因解释的更迭历程，这帮助他们认识到科学的进步是一个不断寻证、证伪的过程，对他们正确认识科学本质起到了积极的促进作用。

（作者单位：南京晓庄学院第一实验小学）

参考文献

[1]胡卫平，刘守印.义务教育科学课程标准（2022年版）解读[M].北京：高等教育出版社，2022.