基于“三線融合”的科學史“浸潤式”教學實踐*
——以“大氣的壓強”課堂教學為例

祝 錢

(浙江大學教育學院 浙江 杭州 310058)

陳安妮

(杭州市丁荷中學 浙江 杭州 310021)

科學史是科學家在對自然客體認識和改造的過程中所形成的對自然本質認識的智慧沉淀.在初中物理課堂中通過科學史的教學可以教會學生全面認識科學發展的過程；可以教育學生樹立正確的物質觀和方法論；可以激發和喚起學生的歷史使命感和獻身科學的責任感[1].那么如何在初中物理課堂中有效組織和開展科學史教學呢？本文將從科學史教學模式和價值簡述、“三線融合”教學模式介紹、傳統“大氣壓”教學述評、“三線融合”教學的課堂實踐及對科學史教學的幾點認識等幾個方面展開論述.

1 關于科學史教學模式和價值的簡述

1.1 科學史教學的3種模式

目前科學史在初中物理課堂教學中的應用，由淺入深主要呈現出3種不同層次的表現形式.

(1)附加點綴式.此模式僅僅起了在傳統物理課堂知識教學的基礎上向外拓展知識的作用，科學史的教學僅僅作為課后閱讀材料出現.科學史是孤立的、靜止的，是完全游離于學科教學之外的存在.

(2)部分整合式.此模式是教師選擇部分和教學內容高度相關，且易于學生理解、接受的物理學史實材料，穿插入課堂教學的部分片段之中，讓學生在科學史的教育中實現對于知識的掌握和部分物理能力素養的提高.這種模式使得科學史與課堂教學表出現一定的融合性與整體性，但還是缺乏對于物理知識形成的全局性、連續性、浸潤式的教學設計.

(3)全程浸潤式.此模式是重整知識脈絡，將教學知識與人類對于該系列知識的認知歷史高度融合，讓學生跟著歷史上的科學家一起進行探索和思考[2]，顯然該模式表現出了與學生的知識認知、思維形成、素養提升、情感培養全過程高度的融合與統一，因此教師應該在物理教學中力求采用全程浸潤式的科學史教學模式來展開教學.

1.2 科學史教學的3層價值取向

如何在物理課堂上成功開展“全程浸潤式”科學史教學呢？筆者認為首先要理清科學史的內在價值.以科學史的價值取向為實踐基礎，以此來開展對科學史教學的整體架構設計.正如文獻[2]綜合前人的研究成果所提煉出的結論所述，科學史的內在價值主要包括認知價值、方法論價值和精神價值.

認知價值主要是指科學家在自然科學研究的過程中所發現和創立的知識體系，對于學生而言主要是在其學習過程中對于該體系的同化和遷移的過程.由于科學史包含了前人科學家探究未知世界的思維路徑，所以科學史的方法論價值主要體現在科學家在追求科學知識的過程中所表現出來的科學思維和探究方法，正是這些最樸素的科學思維和探究方法在教學過程中給予了學生最直接和生動的啟迪.科學精神包含多個方面，但是其中對于未知世界的好奇心、求知欲以及科學探索中嚴謹、一絲不茍的科學態度及觀念應該是科學精神的主要方面.科學史上的科學家作為每個時代科學精神的具體代表，他們探索科學未知的事跡便是學生很好的學習素材.因此通過科學史的教育，不但可以凸顯科學家的榜樣力量，也有助于學生形成科學觀念、淬煉科學精神、涵養人文素養.

2 “三線融合”的科學史“浸潤式”教學模式概述

以科學史的認知、方法論及精神功能為教育教學的價值原點，在具體的課堂教學中引申出3條教學主脈絡.分別是以認知的有效實現為主線的知識線，以方法論的有效達成為目的的探究線，以人文科學精神有效養成為價值歸宿的歷史線.整個教學過程打破固有教學組織序列，重整知識結構與體系，以期符合學生的心理發展與認知規律.其中的歷史線以若干的科學史片段為素材，創設與學生現有的認知水平高度融合的問題情境，將知識線和探究線教學融于真實的科學史背景之中，教師有效引導學生展開對科學史背景下相關問題的討論，并組織學生像歷史上的科學家一樣思考問題，進而在全程浸潤式的學習之中實現“知識技能成線、能力方法成面、素養觀念成體”的教學目標.總之三線之中，歷史線是開展另外兩線教學的基礎和載體，知識線和探究線是歷史線基礎之上的更高階表達，三者之間相互聯系，彼此融合，以最終實現課堂教學能從情感上拉近學生和科學研究之間的距離，以充分激發起學生的學習興趣和求知欲望；能從知識上讓學生體會到知識建構的全過程，以有效實現學生對知識的內化和生成；能從思維上讓學生經歷科學家的思考過程，以使其在認知矛盾和沖突中提升自身思維水平，從而促進“深度學習”真正發生.具體教學模式見圖1.

圖1 “三線融合”教學模式

3 對浙教版中“大氣壓”一節傳統教學模式的述評

關于“大氣壓”的教學內容在浙教版中是位于八年級上第二單元第3節，整堂課的教學線索主要按以下邏輯展開：

(1)形成概念階段.生活在海洋底部的魚受到水的壓強，那么我們生活在大氣的底層是否也會受到大氣壓強的作用呢？

(2)感受概念階段.通過生活中的“覆杯實驗”“牛奶盒吸到最后變癟”“瓶中取袋”小實驗感受大氣壓的存在.

(3)明晰概念階段.讓學生利用大氣壓知識解釋生活中“吸盤吸附于墻上和吸牛奶”的現象.

(4)深化概念階段.引進科學史“馬德堡半球實驗”，讓學生體會大氣壓的存在且大氣壓很大.

(5)量化概念階段.通過科學史“托里拆利實驗”讓學生知道大氣壓大小，最后簡單介紹測量大氣壓的儀器——水銀氣壓計和空盒氣壓計[3].

以上便是“大氣的壓強”教學第一課時的主要內容，僅從知識建構的邏輯線索來看，教材的處理還是遵循了學生對于知識的一般認知規律，但是教材對于科學史的處理、學生思維能力的發展和人文科學精神的培養卻存在不足之處，主要體現在以下幾個方面.

首先，從教學的層次性來看，整個教學過程呈現單一化趨勢，教師對于課堂教學的處理還僅停留在知識教學的層面，關于大氣壓知識的建構還主要停留在讓學生直觀體驗與簡單信息提取、比較和歸納的基礎之上，這樣的教學方式本質上還是從知識到知識的傳統教學.而為了實現學生思維方法與能力素養的提升，必定要讓學生經歷知識的自主建構過程，而實現這個過程最主要的載體便是科學探究.當然，所謂的科學探究并非是狹隘的、機械的、存于淺表思維的探究，而是廣義的、發散的、體現深度思維的探究，其形式也是豐富多樣的，可以是實驗，亦或是高品質的設問皆可成為探究的素材.

其次，在傳統的“大氣壓”教學過程中，雖然也引進了相關科學史——“馬德堡半球實驗和托里拆利實驗”的學習，但科學史沒有和課堂教學深度融合，科學史的教學還停留在“附加點綴”的低階層面，具體來看主要表現出以下2點不足：(1)從認知的發展線索來看，科學史沒有成為教學主線貫穿課堂的始末，進而引領課堂向前深入推進，它們彼此之間是孤立的、靜止的.(2)從功能價值層面來看，科學史更多的承載了知識訊息，充其量只發揮了知識載體的功能，但其對于學生思維和精神層面的引領作用是缺乏的.

綜上所析，在“大氣壓”一節的教學過程中，教師要以科學史作為課堂教學內容的主脈絡，以歷史線、探究線、知識線三線融合并進作為教學有序推進的主軸線，重整教材的知識體系，將科學探究、知識教學與科學史高度融合，最終力求實現科學史認知價值、方法論價值、精神價值與學生能力素養的有機統一.

4 “三線融合”的科學史“浸潤式”課堂教學過程

下面以一堂“大氣的壓強”教學研討展示課為例，來談一談“三線融合”視角下的科學史“浸潤式”課堂教學實踐全過程.具體如表1所示.

表1 “三線融合”視角下的科學史“浸潤式”課堂教學實踐過程表

續表1

5 對“三線融合”的科學史“浸潤式”教學的3點認識

5.1 教師要鉆研教材 敢于挖掘和重構教材

教材的編排是基于學生普遍學情而制定的一套標準，但是學生是不斷變化的，因此有時教師要根據學生的具體心理認知特點，在完成教材基本教學要求的前提下，深度挖掘教材背后的內容.如本節課中適合學生學習的科學史內容，教師就可以充分挖掘利用，必要時可以進行大膽改進、有效整合組織相關材料內容，努力為學生的思維培養和提升創造有利條件.當然有時在內容深度挖掘的基礎上，還需對科學史材料采用新的教學模式和程序，如：在進行“牛頓第三定律”教學時，可以首先明確學生前概念(直覺)中正確和錯誤的認知，然后通過“搭橋”設計，尋找合理路徑以促進學生利用既有正確認知來修正錯誤認知,以此來制造思維沖突，激發學生求知欲和好奇心，最終促進學生思維發展和精神成長[5].

5.2 教師要利用好科學史實現學生的“深度學習”

正如前文所述科學史是初中科學教學中一筆寶貴的財富，科學史的合理創設是情境教學理論的有效實踐，一個好的情境可以更好地激發學生的學習興趣、求知欲望以及更加投入的學習.但不是所有的科學史都適合于初中教學的.筆者認為科學史的教學必須滿足以下幾個條件.首先，科學史必須包含積極正面的人文精神，對學生有正向的教育作用，讓學生以“參與者”的身份經歷科學探究，感悟科學家百折不屈的意志品質，學生通過科學史的學習能樹立正確的人生觀、世界觀和價值觀[5].其次，科學史必須和當前教材中的知識緊密結合，使得學生能深切感受到他的學習是和歷史上科學家的思考相吻合的，這也能提高學生學習的歷史使命感和榮譽感.再者，科學史的學習中不僅有知識的教授更要有思維和方法的教育，學生通過科學史的學習，能學習到前人科學家的思維方式和科學方法，在自主學習中提高自己的思維水平.最后，科學史的教學要有一定的課堂教學組織模式，教師切莫把科學史當故事單純的講給學生聽，這樣的教學又落入“灌輸”教學的老路.筆者認為科學史的教學還得以“生本”為原則，以“自主探究”為手段，通過教師設問、學生自行閱讀、分組討論、上臺展示、教師引導修正等環節來開展教學，以最終實現學生在自主學習下的“深度學習”.

5.3 教師要注重學生思維的培養

教育是什么？教育本質上來說就是教師教給學生的一切都被學生遺忘的時候，那在學生腦子里最后剩下的東西，即思維和方法.因此，教師在關注科學教學中落實雙基和知識的同時，更要注重學生思維和方法的培養.我們教學內容的改進不是“瞎改、胡改”，而是基于學生思維和方法提升上的改進.就如本節教學中通過深度挖掘科學史，引入系列史實材料作為思維橋梁，將原本傳統的知識講解性的教學自然地過渡到學生自主參與下的思維和方法的教學，同時學生也在不知不覺的學習中實現了基本知識的落實、思維方法的深化及“深度學習”的發生.