以科學史促思維發展的教學實踐探索

林嵐

（福州市臺江區教師進修學校，福建 福州 350004）

19 世紀，西方國家率先將科學史引入教育范疇，國外學者通過大量研究，證實科學史教育對于促進兒童理解科學本質、提升科學素養具有重要的價值與作用。［1］近年來，我國也對科學史的教育作用給予了高度重視，現行教材已將科學史學習融入生命科學、物質科學、地球和宇宙科學、技術與工程四大領域，占有一定比重。思維是小學科學教學過程中核心的認知活動，思維的發展已成為現階段小學科學評價教育教學實效、評估兒童素養提升的重要指標，也是人類終身發展、社會發展需要的重要能力。作為小學科學課程的重要組成，科學史和思維獲得發展關鍵在于“共生”，即建立科學史與思維之間緊密的互利關系，以科學史為認知載體，以思維能力發展為目標，在學史過程中構建知識體系、訓練思維能力，在思維碰撞中透過表象發現科學史本質，形成正向的科學史觀。

一、豐富問題情境，在觀察比較中激活思維

問題情境（context of problems）是數學學習論的基本概念之一。文中指的是個體對客觀方面的問題作出主動反應，覺察到一定的目的而又不知道如何達到這一目的時所形成的一種心理困境，是已有知識不能解決所面臨的新問題時出現的一種心理狀態。［2］

以蘇教版小學科學低年級教材《小小科學家》為例，教材編寫者安排了三個教學內容：1.認識袁隆平為代表的三位科學家；2.模仿伽利略“滾小球”實驗；3.讀圖，知道科學家是發現大自然奧秘的人。為激活兒童思維、引發兒童思考，在教學過程中，教師設置了“仔細看一看這三張圖片，你認識這些科學家嗎？說一說，他們在做什么？”“我們一起看一看伽利略滾小球的科學歷史故事，你們想不想動手試一試呢？”“看一看這些圖片，里面畫了什么？你知道科學家是怎樣解釋這些自然現象的嗎？”等問題，與兒童展開課堂交流與對話。仔細觀察這些問題，從數量上看，教師確實踐行了課程標準提出的“科學課要促進兒童科學思維發展”要求，以問題為引導，力求幫助兒童建構“科學家是推動社會進步、促進人類發展的人群”這一科學史觀。但是當觀察問題的視角從數量轉向質量時，卻發現：1.問題無法觸及兒童的深層次思考，形成心理困境。兒童僅通過“看圖說話”即可輕松作答，學習停留于淺層次的知識認知；2.問題零散，兒童產生的碎片化認知難以建構聯結，不利于科學史觀的建立與形成。顯然，在科學史教學過程中，并非設置了問題的情境就是問題情境，關鍵在于這些問題是否能夠激活兒童的思維之弦，點燃兒童的思維火花，為兒童主動學習科學史提供動力。

同樣以《小小科學家》為例，教師對教學內容及教學問題進行了再改進、再設計，以認識科學家的研究工作為問題主線。1.觀察袁隆平等兒童較為熟悉的科學家工作圖片，圍繞“圖片中的科學家是從事哪個方面研究？”“他們是怎樣開展研究工作的？”“用一句話向爸爸媽媽介紹科學家的研究工作，你會怎么說？”三個問題了解兒童前概念；2.組織觀看科學家工作視頻，了解更多科學家研究工作的細節，通過再次交流“現在你對于科學家的研究工作增加了哪些新認識？”提升兒童對科研工作內涵的認知；3.動手實踐——滾小球，體驗伽利略的研究過程，第三次交流“你對科學研究工作又增加了哪些新認識？”讓兒童意識到科學研究工作并不神秘，就是從身邊的小發現、小問題開始；4.回顧總結，建立“科學家研究工作”概念圖。整個教學過程，教師以進階式學習資料為推手，以核心問題為抓手，以問題解決為重心，創設豐富的問題情境，激勵兒童通過圖片、視頻提取有效信息，在學習進程中不斷對比與反思，進而豐富對科學家工作的認知，建構科學發展史模型。與此同時，兒童的科學思維不斷獲得刺激與激活，認知發展也從一開始只能對科學家個體工作的粗略表述，發展為能對科學家群體工作的細致描述、共性描述；從對科研工作研究對象的單一關注，轉向對科研工作的時長、工作環境、問題解決等眾多內涵的關注。兒童自身科學史體系在這樣的問題情境中獲得完善與重構，思維能力得到極大的發展。

二、融入共情體驗，在推理實證中擴展思維

共情（empathy），也稱為神入、同理心，由人本主義創始人羅杰斯提出，指的是體驗別人內心世界的能力。科學史教育融入共情體驗，就是在教學過程中，教師賦予兒童歷史人物角色，引導兒童沉浸于歷史情境，以歷史主人公的視角思考問題、展開探究、收集證據、推理論證，進而對科學史背景、科學史發展歷程進行深入思考，拓展科學思維的廣度與深度。

以蘇教版小學科學中年級教材《地球》為例，教材設計安排了四個環節：一是介紹中國古代的“天圓地方說”，二是海邊人們從帆船回港的現象，推測“地球不是平的”，三是麥哲倫船隊環球航行提出“地球可能是球形”，四是宇宙飛船在太空拍攝地球照片，證實“地球是球形”。教材設計者力求以此引導兒童感知“人類對于地球形狀認知發展的歷程”。在實際教學過程中，大部分教師習慣采用“講故事”的教學方法，將這一科學認知發展的歷程告知兒童。單一地聽授式學習，被動地接受式教育，兒童對于科學史的認知僅停留于淺層次的“記憶”水平，學習的效能較低，科學史教育應有的價值和作用無法真正得以體現。

而融入共情體驗的科學史教育，強調的是“真情境”與“真體驗”。所謂真情境，即以兒童原認知為基石，尋找回歸歷史情境的觸發點，為共情體驗創設“真實”的學習情境。科學技術的迅猛發展，人類乘坐載人航天器飛向宇宙，地球的形狀一覽無遺——這些都是兒童在學習《地球》之前的已有經驗，教學設計以此為起點提出“缺乏交通工具的年代，人類出行只靠雙腳，活動范圍小，此時人類眼中的地球是什么形狀的？”“隨著水上交通工具的出現，海邊的人們發現帆船回港時，總是先看見船帆，后看見船身。這對你認識地球的形狀又有什么啟發？”等一系列問題，以交通工具的演變觸發兒童思考，引導兒童置身于歷史社會的情境中，引發產生情感共鳴,觸動共情感知。

所謂真體驗，指是在情境中以歷史背景下的主人公視角，直面真實的問題、動手做真實的實驗，從而建構真實的認知。《地球》一課中，為幫助兒童體驗“海邊人們根據帆船回港情況，提出地球不是平的”這一段科學認知歷程，教師設計制作了“帆船回港”動畫，帶領兒童以海邊人的視角觀看帆船回港的情景，通過實物模擬、再現情景的方式，引導兒童主動嘗試使用各種方法、從各種角度還原、模擬情景，發現只有將模擬“海面”的卡紙彎曲擺放，帆船回港時才能呈現“先看到船帆，后看到船身”的情形。再現情景的共情體驗活動中，兒童的學習興趣得以激活，內驅力促使著學習主動性不斷增強，專注力和學習的效果也得到極大提升。“真體驗”必然激活“真思考”，由模擬情景中“彎曲”的海面推想地球的形狀——不是平的，真實的學習體驗，給予兒童廣闊的平臺與空間，兒童分析、綜合、推理等思維能力得到不同程度的提升與發展。

三、挖掘認知沖突，在質疑思辨中延伸思維

“思辨”一詞源于《中庸》——博學之，審問之，慎思之，明辨之，篤行之。思辨能力是指對事物的思考與辨別能力，是通過敏銳的觀察和深刻的洞見，直擊事物本質的能力。它既是兒童思維能力的核心，又是兒童創新能力的基礎。為培養訓練兒童的這種能力，在小學科學史教育過程中，教師應該注重認知沖突設計，努力打破兒童已有認知與新認知間的平衡，給予兒童充分質疑的時間與空間，鼓勵兒童挑戰自我、突破自我，在質疑思辨中引發新思考，提升綜合思維能力。

以蘇教版小學科學高年級教材《七色光》為例，彩虹是兒童生活中常見的一種自然現象，對于彩虹呈現出的七種色彩兒童也非常熟悉。如何將教材中“牛頓發現白光不是單色光”的科學史與兒童熟悉的自然現象之間建立起聯系與聯結，是科學史與思維共生發展的課堂教學設計中必須關注的重點。基于學生的學情，教師分別在三個教學環節圍繞兒童認知的缺失點尋求突破，通過精心設問、巧妙設疑，引發兒童強烈的認知沖突。

環節一：教師出示“雨后陽光下出現的七色彩虹”組圖，讓兒童說一說對太陽光的認識，接著再出示“平面鏡放射下呈現的白色光斑”圖片，提出疑問“太陽光在雨后的空中是七色的，在鏡子的反射下是白色的。你們想過嗎？太陽光究竟是什么顏色的？”兒童對于“光”固有的經驗與認知，因教師的提問而瞬間動搖不定，同時在兒童心中埋下了一顆探究的種子，為兒童后續的學習提供了強大動力。

環節二：兒童體驗牛頓“光的色散”實驗后，達成共識——通過實驗，可以證實陽光是由紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫七種顏色組成。此時教師二次設疑：“牛頓的發現和大家一樣，而英國皇家科學院的院士們卻提出質疑，說七色光是由于白光和三棱鏡互相作用而產生的，并不是因為白光本身是七色的。請問如果你是牛頓，你會怎么辦？”教師的再次質疑、層層追問，觸發起兒童強烈的問題解決動機，不得不對學習內容進行更加深度的思考。

環節三：兒童提出將“紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫七種顏色”合成，如果能呈現白色，就能進一步證實“白光是由七色光組成的”。此時，教師提出“只提供給每個小組‘紅、綠、藍’三種顏色的光，利用它們可以模擬完成牛頓七色光的合成實驗嗎？”兒童在將信將疑中展開實踐體驗，驚奇地發現“紅+綠=橙”“綠+藍=靛”“紅+藍=紫”“紅+藍+綠=白”，原來三種色光不同的搭配組合，就能呈現出七種色光的效果。

在一系列的學習活動中，兒童反復經歷著從認知平衡，到平衡打破，再到認知重構的過程，科學思維的深度也得到一次又一次的延伸。與此同時，伴隨著思維的成長，兒童更透徹地了解科學家堅韌不拔的科學精神，理解了科學家在追求真理過程中的艱辛與不易，科學史的教育價值也得到了彰顯。

四、結語

科學史是科學產生、形成和發展及其演變的規律的反映，是人類認識自然和改造自然的歷史，是人類思想寶庫中一筆十分寶貴而豐富的精神財富，也是科學教育的重要資源。［3］雖然在當今世界教育改革實踐范疇內，科學史教育的價值與作用已經越來越受到人們的關注。本文倡導的科學史與思維共生發展的教育實踐，以小學低、中、高三個學段的實踐研究案例為支持，力求為中國基礎教育階段實現科學史教育與學科教育的深度融合、共同發展，提供具有借鑒價值和實踐意義的教學策略，以期發揮科學史的教育功效，助力科學課程教育目標達成，提升兒童科學核心素養。