以科學史為載體建構探究性課堂

【摘 要】科學史是研究科學發展的歷史。其中蘊含著組織、探究教學的優質資源和豐富的科學思想與方法。在小學科學教學中，適當、合理引入科學史，能夠幫助學生理解科學內涵、樹立科學精神。教師在實際教學中應有意識地以科學史為載體，引導學生像科學家一樣，開展科學探究活動。

【關鍵詞】科學史 擺的研究 探究 科學思維

科學史是研究科學發展的歷史。其中蘊含著組織、探究教學的優質資源和豐富的科學思想與方法。在小學科學教學中，適當、合理引入科學史，能夠幫助學生理解科學內涵、樹立科學精神。《擺的研究》是教科版教材五年級下冊《時間》單元第六課。本節課的內容是繼前一節課“擺具有等時性”的學習后，學生接著研究“不同的擺自由擺動的快慢是否一樣”“擺的快慢與什么有關”。筆者通過仔細研讀教材后發現，這節課的教學內容既蘊含科學史的教育，又能充分體現學生自主探究的活動。因此，選擇這節課為例，就如何合理利用科學史來建構科學探究課堂談談自己的看法。

一、創設情境引入新課，為質疑和探究做預熱

上課伊始，展示微視頻“伽利略單擺發現的故事”：1582年的一個禮拜天，18歲的伽利略走進比薩的一座圓頂天主教堂。禮拜開始不久，一位修理工人不經意觸動了教堂中的大吊燈，使它來回擺動。擺動著的大吊燈引起了伽利略的注意，他聚精會神地觀察，同時用脈搏來計時，數著吊燈的擺動次數。結果，他驚異地發現，吊燈來回擺動一次需要的時間與擺動幅度的大小無關。那么，擺的擺動周期到底是由什么決定的呢？他發瘋似的跑回大學宿舍，找來了不同長度的繩子、鐵鏈、鐵球、木球，用沙漏記下擺動的時間，一次又一次重復實驗。

提出問題：伽利略通過反復的實驗，又會有什么新的發現？

……

在過去的教學中，經常有教師為如何引入新課而費盡心思，其實，科學史中就蘊含新課引入的良好素材。只是，教師常常忽略了科學史教育的功能，甚至教師本身缺乏科學史素養，因此，不懂得去發現和挖掘素材。科學史上的一個小故事往往就是探究的興奮點，教師創設各種有效的教學情境，將科學史有機地滲透到新課引入的教學中，能激發學生的好奇心和探究欲望，為學生的質疑和探究起到很好的預熱作用。

二、沿著科學家足跡，重演科學探究實驗

（一）發現問題

出示擺的結構示意圖（如圖1），讓學生了解擺的結構，引導學生觀察，提出問題：擺的快慢可能與什么因素有關呢？

教師根據學生討論，板書小結如下：

擺的快慢擺繩長度擺錘重量

（二）提出猜想

根據上述討論結果，引導學生大膽猜想，擺繩長度和擺鍾重量到底是如何影響擺的擺動快慢的？

小組討論，提出本組的猜想。如：擺繩越長，擺的擺動越慢？擺錘越重，擺的擺動越快？等等。

（三）設計實驗

為了證明小組的猜想，這個實驗可以怎樣來操作？

小組交流討論實驗方案，并回答問題：①實驗中需要改變的是什么條件？哪些條件必須保持不變？②如何獲得準確有效的實驗數據？③如圖2所示，你會選擇哪幾個裝置來完成你的實驗？

（四）進行實驗

器材準備：鐵球、膠球、木球各1個，擺繩1根，20秒沙漏1個，平板電腦2臺。

為了提高學生實驗的效率，盡量減少在實驗操作中出現不必要的干擾，教師對實驗材料進行了改進，帶小鉤的鐵球、膠球、木球體積相同但重量不等，能方便掛取。擺繩上設置了三個節點，將擺繩均分成三等份，以便改變長度。

實驗操作指南：

1.四人一小組，分工合作，輪流操作擺、沙漏計時器，用平板電腦錄影、記錄數據。

2.做改變擺錘輕重的實驗時，擺繩不動，依次在擺繩的下端更換擺錘。

3.做改變擺繩長短的實驗時，擺錘（鐵球）不動，依次將擺繩的上端縮短掛在鐵架臺小鉤上。

4.實驗一次記錄一次，重復三次，完成平板電腦中的實驗記錄單。

5.實驗結果記錄眾數，無眾數取平均數。例：13，13，14取眾數13；12，13，14取平均數13。

實驗記錄單：

（五）得出結論

學生提交實驗記錄單，教師收集和統計數據，并通過平板電腦展示全班各小組實驗記錄結果的柱狀圖，引導學生通過分析圖表中數據，如橫向比較、縱向比較、同一類比較、不同類比較等，從數據中找規律、推導結論。

讓學生沿著科學家的足跡，重演科學探究實驗，其實就是一種模擬的科學研究。在教學過程中，教師可以依據科學史上的研究資料，結合學校現有的教學條件和學生當前的認知水平，讓學生去模擬科學家科學探究的過程，去感知科學產生的真實背景和歷史經過，去重演科學家的思維軌跡和研究的方法。把科學史與科學課堂教學有機結合，不僅有助于學生理解科學知識、掌握基本方法和技能，還增強了學生科學探究的自信心，培養了學生的科學思維。

三、關注實驗異常數據，培養科學態度和精神

科學結論的得出，必須建立在數據分析的事實基礎之上。然而，在收集與整理實驗數據時，總會有個別小組的實驗數據出現異常，這是不可避免的客觀事實。例如，A組實驗，不管是鐵球、膠球還是木球，大部分小組擺的擺動次數都是18次，個別小組有19次或17次。可是，第10小組的數據卻與眾不同，其結果顯示：木球20次，膠球18次，鐵球19次。教師從平板電腦中調取第10小組實驗數據，結果如下：

這種差異是怎么產生的呢？于是，教師讓第10小組向全班展示實驗操作錄影。觀察發現，原來，這個小組在用沙漏計時時，三位學生操作沙漏的方法及計數起點不盡相同。做膠球擺的實驗時，先把沙漏倒立在桌面上再開始喊計數，做鐵球擺的實驗時，是先喊開始計數再把沙漏倒立在桌面，而做木球擺的實驗時，也是先喊開始計數再把沙漏倒過來，但沙漏是拿在手中計時的。通過重新審視實驗操作的過程，學生明白了因為計時方法不精準，結果導致數據發生偏差，因而影響到了實驗結果。

接下來，學生還發現，擺繩長度測量不精確，實驗時擺錘碰到鐵架臺等情況，都會導致實驗數據發生誤差，影響實驗結果。

面對探究實驗中出現的各種異常數據，作為教師，有的習慣視而不見，有的則擔心影響結論的達成和課堂教學的完整性有意忽視。其實，這些所謂異常的數據，是非常好的課堂教學資源。為了要找出數據異常的原因，學生必須主動去反思探究的全過程，如實驗變量是否控制到位、實驗操作是否嚴謹、實驗步驟是否合理等等。作為教師要引導學生學習科學家不懈探究的科學精神，從而深刻地認識到科學探究是具有縝密的思維和嚴謹的探究環節。

在科學課教學中，合理利用科學史教育來建構科學探究課堂，能夠讓科學史中所承載的知識、技能、情感、態度和價值觀目標得以很好的實現。教師可以針對不同的教學內容，選擇合適的、能充分展示科學探究的主題來進行科學史滲入教學，如把科學史作為探究的線索，貫穿在課堂教學的始終，也可以把科學史作為探究的一部分，用來解決某一教學重點、難點等。總之，將科學史有機地滲透到科學課教學中，合理利用科學史建構科學探究課堂，不僅能使學生掌握基本的科學知識，能理解科學家發現問題和解決問題的思路和方法，更重要的是在經歷探究的過程中，學生樹立了科學思想，領悟到了科學精神，提高了科學素養。

參考文獻：

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（深圳市羅湖區教育科學研究中心 518001）