惠浩

摘要科學(xué)史是科學(xué)的產(chǎn)生、形成、發(fā)展及其演變規(guī)律的反映，是人類認(rèn)識自然和改造自然的歷史，同時(shí)也是一部凝聚著人類獨(dú)有的科學(xué)思想、科學(xué)方法和科學(xué)精神的演化歷史。小學(xué)科學(xué)是一門以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)為宗旨的基礎(chǔ)性課程，它關(guān)注保護(hù)和激發(fā)學(xué)生的探究興趣，重視科學(xué)思維方式和方法的訓(xùn)練，注重科學(xué)精神和科學(xué)品質(zhì)的培養(yǎng)，強(qiáng)調(diào)對科學(xué)本質(zhì)的理解。如何選取合適的科學(xué)史素材，采用恰當(dāng)?shù)姆椒ɡ煤每茖W(xué)史資源進(jìn)行科學(xué)教學(xué)，確實(shí)值得我們思考。本文提出在科學(xué)教學(xué)中使用“附加式”“再現(xiàn)式”“融入式”等教學(xué)類型，合理組織科學(xué)史資源，有效激發(fā)學(xué)生的求知欲，啟迪學(xué)生的科學(xué)思維，培養(yǎng)科學(xué)方法，促進(jìn)學(xué)生認(rèn)識科學(xué)的本質(zhì)，開啟學(xué)生的智慧。

關(guān)鍵詞 科學(xué)史 小學(xué)科學(xué) 教學(xué)方法

中圖分類號：G424文獻(xiàn)標(biāo)識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.30.016

On the Application of Science History Resources

HUI Hao

（Primary School Attached to Wuxi Normal School， Wuxi， Jiangsu 214001）

Abstract： The history of science is the reflection of the emergence， formation， development and evolution of science. It is not only the history of human understanding and transformation of nature， but also the evolution his？ tory of human unique scientific thought， scientific method and scientific spirit. Primary school science is a basic course aiming at cultivating students’ scientific literacy. It pays attention to protecting and stimulating students’ in？ terest in exploration， paying attention to the training of scientific thinking methods and methods， paying attention to the cultivation of scientific spirit and scientific quality， and emphasizing the understanding of the essence of science. It is really worth thinking about how to select appropriate materials for the history of science and how to make good use of the resources of the history of science for science teaching. This paper proposes to use "addi？ tional"， "reproduction" and "integration" teaching types in science teaching， reasonably organize science history re？ sources， effectively stimulate students’ thirst for knowledge， inspire students’ scientific thinking， cultivate scientific methods， and promote students to understand the essence of science and open students’ wisdom.

Keywords： science history； primary science； teaching methods

科學(xué)史是科學(xué)的產(chǎn)生、形成、發(fā)展及其演變規(guī)律的反映，是人類認(rèn)識自然和改造自然的歷史，同時(shí)也是一部凝聚著人類獨(dú)有的科學(xué)思想、科學(xué)方法和科學(xué)精神的演化歷史。小學(xué)科學(xué)是一門以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)為宗旨的基礎(chǔ)性課程，它關(guān)注保護(hù)和激發(fā)學(xué)生的探究興趣，重視科學(xué)思維方式和方法的訓(xùn)練，注重科學(xué)精神和科學(xué)品質(zhì)的培養(yǎng)，強(qiáng)調(diào)對科學(xué)本質(zhì)的理解。把科學(xué)作為一種文化形態(tài)和文化力量來看待的觀念在今天已經(jīng)深入人心。

由于教師缺少可供實(shí)用且易于投入的科學(xué)史現(xiàn)成素材，加上對于小學(xué)生的科學(xué)史教育到底應(yīng)該到什么程度，進(jìn)行科學(xué)史教育采取什么方法才是恰當(dāng)?shù)?，在教師、教材、理論研究者中還沒有形成一致的認(rèn)識。因此如何選取合適的科學(xué)史素材，采用恰當(dāng)?shù)姆椒ɡ煤每茖W(xué)史資源進(jìn)行科學(xué)教學(xué)，確實(shí)值得我們思考。本文提出在科學(xué)教學(xué)中使用“附加式”“再現(xiàn)式”“融入式”等教學(xué)類型，合理組織科學(xué)史資源，有效激發(fā)學(xué)生的求知欲，啟迪學(xué)生的科學(xué)思維，培養(yǎng)科學(xué)方法，促進(jìn)學(xué)生認(rèn)識科學(xué)的本質(zhì)，開啟學(xué)生的智慧。

“情感激發(fā)”類科學(xué)史資源的附加式應(yīng)用

對小學(xué)生而言，情感態(tài)度和價(jià)值觀的培養(yǎng)遠(yuǎn)比給他們遠(yuǎn)離生活的、純學(xué)術(shù)的知識更為重要。小學(xué)科學(xué)除了重視培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)學(xué)科知識、基本技能外，也特別重視培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)學(xué)習(xí)的興趣和對科學(xué)的熱愛。科學(xué)史中關(guān)于科學(xué)的傳奇故事、科學(xué)發(fā)現(xiàn)的有趣情節(jié)、科學(xué)家的奇聞逸事等資源能夠有效地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的情感，吸引學(xué)生興致盎然地投入學(xué)習(xí)中，在遇到學(xué)習(xí)障礙時(shí)煥發(fā)出積極主動(dòng)的學(xué)習(xí)品質(zhì)。

所謂附加式應(yīng)用就是在科學(xué)教學(xué)過程中插入一些與教學(xué)內(nèi)容有關(guān)的科學(xué)史資源。附加式應(yīng)用的特點(diǎn)在于加入的科學(xué)史資源并不會影響教師的教學(xué)設(shè)計(jì)，只是在原來的教學(xué)流程加入一個(gè)科學(xué)史小料。如在學(xué)習(xí)小孔成像時(shí)，加入戰(zhàn)國時(shí)期的墨子從墻壁上的景物倒像發(fā)現(xiàn)了著名的“小孔成像”；在講到擺的等時(shí)性時(shí)，加入伽利略通過教堂的吊燈利用脈搏研究擺并確定了擺的等時(shí)性；在講科學(xué)精神時(shí)，列舉愛迪生為找到適合的燈絲“材料”，經(jīng)歷一次又一次的實(shí)驗(yàn)，最后失敗了上千次才成功的故事……古今中外，不同時(shí)空的科學(xué)家，他們的聰明、勤奮、執(zhí)著、智慧都能起到教學(xué)以外的育人價(jià)值。將這些有趣的、有意義的、能反映科學(xué)精神的科學(xué)史資料通過各種形式呈現(xiàn)給學(xué)生，能夠有效地激活學(xué)生的情感體驗(yàn)，促進(jìn)學(xué)生在探究活動(dòng)將這些積極的情感體驗(yàn)轉(zhuǎn)化為積極主動(dòng)的學(xué)習(xí)興趣和意愿，并成為克服學(xué)習(xí)阻力的動(dòng)力，摩擦出更多創(chuàng)新思維的火花。

“方法養(yǎng)成”類科學(xué)史資源的再現(xiàn)式應(yīng)用

科學(xué)真理的發(fā)現(xiàn)和科學(xué)概念的建立依賴于一定的研究方法，科學(xué)探究最終要落實(shí)在解決問題的方法上。小學(xué)科學(xué)課程除強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生對科學(xué)的興趣外，也重視讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)活動(dòng)的過程和方法，從而形成科學(xué)的認(rèn)知方式，而這正是科學(xué)教育的關(guān)鍵——形成科學(xué)的思維方法。每一個(gè)科學(xué)事件和科學(xué)創(chuàng)舉的背后都承載著科學(xué)方法和思維方式的演進(jìn)過程。如伽利略的新科學(xué)確立了近代科學(xué)的邏輯加實(shí)證原則；“日心說”的建立不是這個(gè)理論比“地心說”有更適切的普遍性，而是其簡潔美深深地打動(dòng)了當(dāng)時(shí)的科學(xué)家；而“萬有引力”的建立，觀念固然重要，卻也可以看成“流數(shù)”——微積分?jǐn)?shù)學(xué)方法的勝利。

再現(xiàn)式應(yīng)用就是在課堂上再現(xiàn)科學(xué)的過程，再現(xiàn)科學(xué)家面對問題的情境。即以某一歷史事件、某一特定環(huán)境或某一科學(xué)家的故事為生長點(diǎn)，創(chuàng)設(shè)一個(gè)情境，預(yù)設(shè)問題，簡單模擬歷史上某一科學(xué)概念或理論的研究過程，激發(fā)學(xué)生解釋其中的問題，調(diào)動(dòng)他們的思維，讓學(xué)生在重走科學(xué)歷史的進(jìn)程中學(xué)習(xí)知識和技能，體會科學(xué)家的思維方式、研究方法和思想方法。

執(zhí)教“比薩斜塔實(shí)驗(yàn)”這個(gè)內(nèi)容時(shí)，不妨將學(xué)生帶入當(dāng)時(shí)學(xué)術(shù)界跨越千年迷信“亞里士多德”，信奉“物體下落速度和重量成比例”的理論的情境，讓學(xué)生像伽利略一樣產(chǎn)生疑問。在學(xué)生展示他們的感性經(jīng)驗(yàn)論據(jù)的基礎(chǔ)上，出示伽利略的邏輯方法——在一個(gè)重的鐵球上綁一個(gè)輕的鐵球，那么鐵球是加速了還是減速了呢？從“速度”和“重量”兩個(gè)方面去思考，學(xué)生一下子就找到了“亞里士多德”理論的邏輯漏洞。教師可以通過“實(shí)證”證明亞里士多德的錯(cuò)誤，帶著學(xué)生做一做兩個(gè)鐵球同時(shí)落地的模擬實(shí)驗(yàn)，最后出示伽利略的“銅球沿斜面滾落實(shí)驗(yàn)”，從這個(gè)實(shí)驗(yàn)推導(dǎo)到自由落體運(yùn)動(dòng)的特性。這個(gè)過程中，隨著不同科學(xué)史資料的再現(xiàn)，學(xué)生慢慢了解“比薩斜塔實(shí)驗(yàn)”這個(gè)歷史事件的真實(shí)狀況，體會到了伽利略的思維方式，理解了近代科學(xué)是怎么邏輯實(shí)證和定量描述取代憑感性知覺的“古代自然哲學(xué)”的。

“概念進(jìn)程”類科學(xué)史資源的融入式應(yīng)用

科學(xué)概念都有它形成的歷史，新的科學(xué)概念取代原有概念的過程遠(yuǎn)遠(yuǎn)不只是一個(gè)名詞取代另一個(gè)名詞的簡單過程，而是反映了整個(gè)學(xué)科體系根本性的變化。如質(zhì)量概念是從重量概念跨越慣性質(zhì)量、引力質(zhì)量的歷史，才形成今天“物質(zhì)數(shù)量”的內(nèi)涵；密度概念是從“比重”的概念經(jīng)現(xiàn)代物理發(fā)展而確定的，不管是在反映這個(gè)物理量的內(nèi)涵，還是其使用的外延都比“比重”概念更科學(xué)。但是，在小學(xué)階段，科學(xué)教師直接用“密度”的概念進(jìn)行教學(xué)，很可能并不順暢。教材呈現(xiàn)的科學(xué)概念往往是靜態(tài)的經(jīng)過提煉的科學(xué)成果，略去了科學(xué)思想和理論的形成與產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)過程。如果機(jī)械地遵照現(xiàn)有科學(xué)概念進(jìn)行教學(xué)，學(xué)生往往會認(rèn)為教科書上的結(jié)論與生俱來就是正確的，是亙古不變的永恒真理，學(xué)生理解科學(xué)的本質(zhì)就是一堆專用詞匯的堆積。

“歷史相似性原則”指出，個(gè)體的認(rèn)知過程和科學(xué)史發(fā)展的歷史進(jìn)程基本是一致的，歷史上科學(xué)家曾經(jīng)歷的困難、建立的概念、認(rèn)識的深度，在學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)時(shí)同樣會遇到。如學(xué)生對密度概念的理解必然是從能直接感知的“重量”開始，然后經(jīng)過“比重”——即同體積的重量，到單位物質(zhì)所含物質(zhì)的數(shù)量的本質(zhì)認(rèn)識。這樣，我們的科學(xué)概念教學(xué)就不但要以學(xué)科概念的邏輯性為準(zhǔn)繩，更要關(guān)注學(xué)生的認(rèn)識能力和概念發(fā)展現(xiàn)狀。從這個(gè)意義上講，史料中無從考證的能反映概念形成的歷史事件，課堂上也可以進(jìn)行合情推理，從而服務(wù)于學(xué)生認(rèn)知過程。

融入式應(yīng)用，就是在課堂上重構(gòu)人類認(rèn)識的發(fā)生、發(fā)展過程，教學(xué)所設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)活動(dòng)和過程看似沒有和“附加式”和“再現(xiàn)式”一樣直接使用科學(xué)史素材，卻有機(jī)地融入了歷史上人類認(rèn)識和產(chǎn)生相關(guān)科學(xué)理論和概念的關(guān)鍵進(jìn)程。如牛頓的經(jīng)典力學(xué)理論是經(jīng)過哥白尼、開普勒、伽利略等人的巨大努力之后才形成的。在學(xué)習(xí)“萬有引力”時(shí)就不應(yīng)該只是介紹牛頓被蘋果砸到腦袋于是產(chǎn)生了萬有引力的概念，而是應(yīng)該有機(jī)地選擇：哥白尼的“日心說”中如何解釋人在球面上隨地球轉(zhuǎn)動(dòng)而不會掉下去的漏洞；開普勒在“第谷”詳盡地觀察數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上建立的行星運(yùn)動(dòng)定律，特別是其中的平方反比關(guān)系的發(fā)現(xiàn)；伽利略的運(yùn)動(dòng)力學(xué)的建立。這些科學(xué)史料，才能夠讓學(xué)生深層次地理解“萬有引力”，感受這一理論的精妙，體會科學(xué)家工作的偉大。同時(shí)，學(xué)生也可以在有限的時(shí)空中簡約地重走科學(xué)史的經(jīng)典之路，在過程中體驗(yàn)科學(xué)理論的形成和演變過程是真理與謬誤相交織的過程。科學(xué)發(fā)展是一個(gè)繼承與創(chuàng)新的辯證過程，科學(xué)上的每一個(gè)新發(fā)現(xiàn)都是在重新評價(jià)原有理論，重新認(rèn)識原來事實(shí)的基礎(chǔ)上獲得的。科學(xué)概念的發(fā)展史就是一系列科學(xué)思想和理論不斷深化更新的歷史。

科學(xué)史資源的融入式應(yīng)用，科學(xué)史資源成為了推進(jìn)教學(xué)的內(nèi)在依托和厚實(shí)背景。這樣的應(yīng)用需要教師站在科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)的高度，理清科學(xué)概念、理論的來龍去脈和科學(xué)思想的演化走向，把握所教內(nèi)容的本質(zhì)，設(shè)計(jì)情境，安排有結(jié)構(gòu)的活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷概念產(chǎn)生、發(fā)展的過程。在人類認(rèn)知提升的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)、經(jīng)典節(jié)點(diǎn)上給予學(xué)生充分的時(shí)間和空間，讓他們運(yùn)用已有的知識、經(jīng)驗(yàn)、方法去思考去探索，從而生成深度的科學(xué)認(rèn)識。