淺談科學史資源的應用

惠浩

摘要科學史是科學的產生、形成、發展及其演變規律的反映，是人類認識自然和改造自然的歷史，同時也是一部凝聚著人類獨有的科學思想、科學方法和科學精神的演化歷史。小學科學是一門以培養學生科學素養為宗旨的基礎性課程，它關注保護和激發學生的探究興趣，重視科學思維方式和方法的訓練，注重科學精神和科學品質的培養，強調對科學本質的理解。如何選取合適的科學史素材，采用恰當的方法利用好科學史資源進行科學教學，確實值得我們思考。本文提出在科學教學中使用“附加式”“再現式”“融入式”等教學類型，合理組織科學史資源，有效激發學生的求知欲，啟迪學生的科學思維，培養科學方法，促進學生認識科學的本質，開啟學生的智慧。

關鍵詞 科學史 小學科學 教學方法

中圖分類號：G424文獻標識碼：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

科學史是科學的產生、形成、發展及其演變規律的反映，是人類認識自然和改造自然的歷史，同時也是一部凝聚著人類獨有的科學思想、科學方法和科學精神的演化歷史。小學科學是一門以培養學生科學素養為宗旨的基礎性課程，它關注保護和激發學生的探究興趣，重視科學思維方式和方法的訓練，注重科學精神和科學品質的培養，強調對科學本質的理解。把科學作為一種文化形態和文化力量來看待的觀念在今天已經深入人心。

由于教師缺少可供實用且易于投入的科學史現成素材，加上對于小學生的科學史教育到底應該到什么程度，進行科學史教育采取什么方法才是恰當的，在教師、教材、理論研究者中還沒有形成一致的認識。因此如何選取合適的科學史素材，采用恰當的方法利用好科學史資源進行科學教學，確實值得我們思考。本文提出在科學教學中使用“附加式”“再現式”“融入式”等教學類型，合理組織科學史資源，有效激發學生的求知欲，啟迪學生的科學思維，培養科學方法，促進學生認識科學的本質，開啟學生的智慧。

“情感激發”類科學史資源的附加式應用

對小學生而言，情感態度和價值觀的培養遠比給他們遠離生活的、純學術的知識更為重要。小學科學除了重視培養學生的科學學科知識、基本技能外，也特別重視培養學生科學學習的興趣和對科學的熱愛。科學史中關于科學的傳奇故事、科學發現的有趣情節、科學家的奇聞逸事等資源能夠有效地激發學生學習科學的情感，吸引學生興致盎然地投入學習中，在遇到學習障礙時煥發出積極主動的學習品質。

所謂附加式應用就是在科學教學過程中插入一些與教學內容有關的科學史資源。附加式應用的特點在于加入的科學史資源并不會影響教師的教學設計，只是在原來的教學流程加入一個科學史小料。如在學習小孔成像時，加入戰國時期的墨子從墻壁上的景物倒像發現了著名的“小孔成像”；在講到擺的等時性時，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性；在講科學精神時，列舉愛迪生為找到適合的燈絲“材料”，經歷一次又一次的實驗，最后失敗了上千次才成功的故事……古今中外，不同時空的科學家，他們的聰明、勤奮、執著、智慧都能起到教學以外的育人價值。將這些有趣的、有意義的、能反映科學精神的科學史資料通過各種形式呈現給學生，能夠有效地激活學生的情感體驗，促進學生在探究活動將這些積極的情感體驗轉化為積極主動的學習興趣和意愿，并成為克服學習阻力的動力，摩擦出更多創新思維的火花。

“方法養成”類科學史資源的再現式應用

科學真理的發現和科學概念的建立依賴于一定的研究方法，科學探究最終要落實在解決問題的方法上。小學科學課程除強調培養學生對科學的興趣外，也重視讓學生體驗科學活動的過程和方法，從而形成科學的認知方式，而這正是科學教育的關鍵——形成科學的思維方法。每一個科學事件和科學創舉的背后都承載著科學方法和思維方式的演進過程。如伽利略的新科學確立了近代科學的邏輯加實證原則；“日心說”的建立不是這個理論比“地心說”有更適切的普遍性，而是其簡潔美深深地打動了當時的科學家；而“萬有引力”的建立，觀念固然重要，卻也可以看成“流數”——微積分數學方法的勝利。

再現式應用就是在課堂上再現科學的過程，再現科學家面對問題的情境。即以某一歷史事件、某一特定環境或某一科學家的故事為生長點，創設一個情境，預設問題，簡單模擬歷史上某一科學概念或理論的研究過程，激發學生解釋其中的問題，調動他們的思維，讓學生在重走科學歷史的進程中學習知識和技能，體會科學家的思維方式、研究方法和思想方法。

執教“比薩斜塔實驗”這個內容時，不妨將學生帶入當時學術界跨越千年迷信“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，讓學生像伽利略一樣產生疑問。在學生展示他們的感性經驗論據的基礎上，出示伽利略的邏輯方法——在一個重的鐵球上綁一個輕的鐵球，那么鐵球是加速了還是減速了呢？從“速度”和“重量”兩個方面去思考，學生一下子就找到了“亞里士多德”理論的邏輯漏洞。教師可以通過“實證”證明亞里士多德的錯誤，帶著學生做一做兩個鐵球同時落地的模擬實驗，最后出示伽利略的“銅球沿斜面滾落實驗”，從這個實驗推導到自由落體運動的特性。這個過程中，隨著不同科學史資料的再現，學生慢慢了解“比薩斜塔實驗”這個歷史事件的真實狀況，體會到了伽利略的思維方式，理解了近代科學是怎么邏輯實證和定量描述取代憑感性知覺的“古代自然哲學”的。

“概念進程”類科學史資源的融入式應用

科學概念都有它形成的歷史，新的科學概念取代原有概念的過程遠遠不只是一個名詞取代另一個名詞的簡單過程，而是反映了整個學科體系根本性的變化。如質量概念是從重量概念跨越慣性質量、引力質量的歷史，才形成今天“物質數量”的內涵；密度概念是從“比重”的概念經現代物理發展而確定的，不管是在反映這個物理量的內涵，還是其使用的外延都比“比重”概念更科學。但是，在小學階段，科學教師直接用“密度”的概念進行教學，很可能并不順暢。教材呈現的科學概念往往是靜態的經過提煉的科學成果，略去了科學思想和理論的形成與產生的動態過程。如果機械地遵照現有科學概念進行教學，學生往往會認為教科書上的結論與生俱來就是正確的，是亙古不變的永恒真理，學生理解科學的本質就是一堆專用詞匯的堆積。

“歷史相似性原則”指出，個體的認知過程和科學史發展的歷史進程基本是一致的，歷史上科學家曾經歷的困難、建立的概念、認識的深度，在學生學習科學時同樣會遇到。如學生對密度概念的理解必然是從能直接感知的“重量”開始，然后經過“比重”——即同體積的重量，到單位物質所含物質的數量的本質認識。這樣，我們的科學概念教學就不但要以學科概念的邏輯性為準繩，更要關注學生的認識能力和概念發展現狀。從這個意義上講，史料中無從考證的能反映概念形成的歷史事件，課堂上也可以進行合情推理，從而服務于學生認知過程。

融入式應用，就是在課堂上重構人類認識的發生、發展過程，教學所設計的學習活動和過程看似沒有和“附加式”和“再現式”一樣直接使用科學史素材，卻有機地融入了歷史上人類認識和產生相關科學理論和概念的關鍵進程。如牛頓的經典力學理論是經過哥白尼、開普勒、伽利略等人的巨大努力之后才形成的。在學習“萬有引力”時就不應該只是介紹牛頓被蘋果砸到腦袋于是產生了萬有引力的概念，而是應該有機地選擇：哥白尼的“日心說”中如何解釋人在球面上隨地球轉動而不會掉下去的漏洞；開普勒在“第谷”詳盡地觀察數據基礎上建立的行星運動定律，特別是其中的平方反比關系的發現；伽利略的運動力學的建立。這些科學史料，才能夠讓學生深層次地理解“萬有引力”，感受這一理論的精妙，體會科學家工作的偉大。同時，學生也可以在有限的時空中簡約地重走科學史的經典之路，在過程中體驗科學理論的形成和演變過程是真理與謬誤相交織的過程。科學發展是一個繼承與創新的辯證過程，科學上的每一個新發現都是在重新評價原有理論，重新認識原來事實的基礎上獲得的。科學概念的發展史就是一系列科學思想和理論不斷深化更新的歷史。

科學史資源的融入式應用，科學史資源成為了推進教學的內在依托和厚實背景。這樣的應用需要教師站在科學史、科學哲學的高度，理清科學概念、理論的來龍去脈和科學思想的演化走向，把握所教內容的本質，設計情境，安排有結構的活動，引導學生經歷概念產生、發展的過程。在人類認知提升的關鍵節點、經典節點上給予學生充分的時間和空間，讓他們運用已有的知識、經驗、方法去思考去探索，從而生成深度的科學認識。