科學(xué)史融入《用水計量時間》教學(xué)讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)家探索過程

〔摘 要〕 《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》發(fā)布后，對學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展愈加重視。創(chuàng)新思維是小學(xué)科學(xué)核心素養(yǎng)科學(xué)思維的關(guān)鍵要素；敢于大膽問題，追求創(chuàng)新也是核心素養(yǎng)態(tài)度與責(zé)任中的關(guān)鍵要素之一。本文從科學(xué)史融入小學(xué)科學(xué)課堂教學(xué)實(shí)踐角度出發(fā)，讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)家探索實(shí)踐的真實(shí)過程，對小學(xué)科學(xué)教育的創(chuàng)新思維、科學(xué)家精神培養(yǎng)進(jìn)行探究實(shí)踐。

〔關(guān)鍵詞〕 小學(xué)科學(xué)；科學(xué)史；核心素養(yǎng)；創(chuàng)新思維

〔中圖分類號〕 G424 〔文獻(xiàn)標(biāo)識碼〕 A 〔文章編號〕 1674-6317 （2025） 01 040-042

在目前的小學(xué)科學(xué)課堂上，部分教師先花5～10分鐘的時間明確探究內(nèi)容，而整節(jié)課剩余的時間學(xué)生都用來完成教師布置的模擬實(shí)驗、模型制作。學(xué)生機(jī)械地操作、模擬，不敢提問，沒有自主探究的實(shí)踐，沒有生成，存在為了探究而探究的現(xiàn)象。教師對課程沒有自己的設(shè)計，也沒有引導(dǎo)學(xué)生像科學(xué)家一樣思考問題，缺乏對學(xué)生的核心素養(yǎng)創(chuàng)新思維培養(yǎng)。鑒于此，教師需要更加重視課堂內(nèi)容的設(shè)計，利用多種教學(xué)資源去發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)。

一、加強(qiáng)對學(xué)生的科學(xué)家精神的培養(yǎng)

教育部等十八部門聯(lián)合印發(fā)的《關(guān)于加強(qiáng)新時代中小學(xué)科學(xué)教育工作的意見》，要求在教育“雙減”中做好科學(xué)教育加法，推進(jìn)基于探究實(shí)踐的科學(xué)教育，激發(fā)中小學(xué)生好奇心、想象力和探求欲，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)興趣，引導(dǎo)學(xué)生廣泛參與探究實(shí)踐，做到學(xué)思結(jié)合、寓教于樂，自覺獲取科學(xué)知識、培養(yǎng)科學(xué)精神、提升科學(xué)素質(zhì)、增強(qiáng)科技自信自立、厚植家國情懷，努力在學(xué)生心中種下科學(xué)的種子，引導(dǎo)學(xué)生編織當(dāng)科學(xué)家的夢想。

二、有效利用科學(xué)史發(fā)展學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)

小學(xué)科學(xué)課程的總目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，為學(xué)生的終身發(fā)展奠定基礎(chǔ)。科學(xué)史以史實(shí)為依托，對人類科學(xué)發(fā)展的進(jìn)程加以詮釋，是珍貴的歷史經(jīng)驗，也是寶貴的科學(xué)教育資源。目前這部分資源大多被放在單元的首頁作為問題的引出，或放在教材的拓展資料卡里，若教師不著重強(qiáng)調(diào)，學(xué)生可能不會注意，資料也就顯得無用。由此可見，將科學(xué)史融入小學(xué)科學(xué)教育的研究需要加強(qiáng)，同時要不斷完善科學(xué)史融入小學(xué)科學(xué)教學(xué)的教學(xué)模式。在教學(xué)中充分挖掘科學(xué)史實(shí)的教育價值，將相關(guān)的科學(xué)史滲透到小學(xué)科學(xué)課堂教學(xué)實(shí)踐中，使學(xué)科教學(xué)內(nèi)容進(jìn)一步完善，而體驗科學(xué)家的探究歷程，對于學(xué)生不迷信權(quán)威、敢于大膽提問、追求創(chuàng)新有極大的幫助，能使學(xué)生掌握科學(xué)的背景知識和基本原理，培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維和創(chuàng)新意識，還可以培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用科學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力。

三、融合科學(xué)史發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的教學(xué)實(shí)踐

本文以《用水計量時間》一課的教學(xué)為例，嘗試融合科學(xué)歷史背景，將古人的認(rèn)知進(jìn)步過程與學(xué)生的思維進(jìn)階過程相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，引導(dǎo)學(xué)生樹立民族自豪感。

（一）融合科學(xué)史支架的搭建

1.結(jié)合課標(biāo)及教材內(nèi)容，確定探究主線

立足課標(biāo)，抓準(zhǔn)課時定位。結(jié)合大單元探究內(nèi)容，確定本課聚焦點(diǎn)。在《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱“課標(biāo)”）中，本課的核心概念是技術(shù)、工程與社會。在課標(biāo)的學(xué)習(xí)內(nèi)容與要求中提到技術(shù)與工程創(chuàng)造了人造物，技術(shù)的核心是發(fā)明，工程的核心是建造。如何創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計用水計時的工具，再通過實(shí)驗探究發(fā)現(xiàn)影響水流速度的主要因素，理解改進(jìn)工具是本課的重難點(diǎn)，也是能否發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的關(guān)鍵。

內(nèi)容上，本課《用水計量時間》為本單元“計量時間”的第二課時，起著承前啟后的作用。承前，即在第一課《時間在流逝》的用太陽計時、燃香鐘計時基礎(chǔ)上提出“古人還曾用什么來計時”的問題來引出。啟后，即本課從古代水鐘引入，讓學(xué)生通過實(shí)驗認(rèn)識到水可以用來計量時間，理解水位高度和孔徑會影響水流的速度，進(jìn)而形成科學(xué)觀念，也為第三課時《我們的水鐘》做好鋪墊。

2.尋找科學(xué)史實(shí)，設(shè)計主線任務(wù)

在確定了探究主線后，教師可以開始搜尋與之相關(guān)的科學(xué)史實(shí)。如在史書上關(guān)于用水計時最早的記載是《周禮·夏官司馬》，其中有“挈壺氏”一職，后來唐司天臺屬官有挈壺正，是指掌管漏刻的官員。在這個歷史案例中，“挈壺氏”所使用的滴漏與本課的“用水計量時間”概念相契合，能激發(fā)學(xué)生對“用水計量時間”的探究欲望和對古代勞動人民智慧的敬佩。

用水計時相較于日晷更加精準(zhǔn)，而且漏壺不受白天或黑夜的影響，也不受晴天和陰天的限制，可以讓人隨時獲得較準(zhǔn)確的時刻。在戰(zhàn)時對時間有較高要求時，有“挈壺氏掌挈壺以令軍井”，說的是凡有軍事行動，“挈壺氏”懸掛漏壺計時以輪流更換擊柝巡夜的人。

在確定了選用的史實(shí)后，以該史實(shí)作為本課時的大背景設(shè)計主線任務(wù)：穿越到周朝，成為執(zhí)掌滴漏的官員“挈壺氏”。

3.結(jié)合科學(xué)歷史情境，搭建探究的支架

教師要選擇恰當(dāng)?shù)摹①N合史實(shí)的實(shí)驗器材，作為學(xué)生實(shí)驗探究的支架。教學(xué)中，在確定“穿越到周朝，成為執(zhí)掌滴漏的官員‘挈壺氏’”的主線任務(wù)后，教師要選擇滴漏器模擬古代漏壺，以此作為學(xué)生的實(shí)驗操作支架，幫助他們更好地融入情境。

同樣的思路也可以用在《運(yùn)動與摩擦力》中，如水運(yùn)、冰運(yùn)等減小摩擦力；《不簡單的杠桿》中，古人原始的井上汲水工具桔槔（一根豎立的架子上加上一根細(xì)長的杠桿，當(dāng)中是支點(diǎn)，末端懸掛一個重物，前端懸掛水桶。一起一落，汲水可以省力）；《做一個指南針》一課中制作的是古代水浮式指南針；等。教師均可以創(chuàng)設(shè)真實(shí)的古代生活情境，融合科學(xué)史搭建探究的支架，使學(xué)生將自身代入到情境中體驗古人的思考、用智慧進(jìn)行發(fā)明創(chuàng)造的過程，拓寬學(xué)生思維并發(fā)展其科學(xué)核心素養(yǎng)，同時培養(yǎng)科學(xué)精神，增強(qiáng)科技自信自立。著眼創(chuàng)新于小的發(fā)明創(chuàng)造中，意識到創(chuàng)新并不困難，在學(xué)生心中種下科學(xué)的種子，引導(dǎo)學(xué)生編織當(dāng)科學(xué)家的夢想。

（二）以科學(xué)史為支架的教學(xué)

在教學(xué)《用水計量時間》一課時，教師以“挈壺氏”滴漏計時的科學(xué)史為切入點(diǎn)，讓學(xué)生成為古代官員“挈壺氏”，學(xué)生迅速代入如何用水計量時間的真實(shí)歷史情境中，主動思考如何用水計量時間，激發(fā)學(xué)生的探究欲，促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行真實(shí)的探究。在本課最后，教師還可以提問：“如何用水進(jìn)行更精準(zhǔn)地計時？”在學(xué)生充分思考后，教師展示張衡的二級漏壺、晉代的三級漏壺、宋代的蓮花漏等，讓學(xué)生更深刻地了解人類計時儀器的發(fā)展史，感受人類不斷深入認(rèn)識時間的過程，也讓學(xué)生意識到發(fā)明創(chuàng)造并非一蹴而就，是點(diǎn)滴積累的過程，深化科學(xué)教育意義。

1.創(chuàng)設(shè)科學(xué)史情境，引出主線任務(wù)

利用真實(shí)的科學(xué)史情境，教師引出本課的主要探究任務(wù)——“挈壺氏”用水計時。在具體的教學(xué)過程中教師以“挈壺氏”晚上需要計時，你如何完成準(zhǔn)確的計時任務(wù)為引入，學(xué)生會提出不同的計時方法，引出本課的用水計時的探究任務(wù)。

2.設(shè)計任務(wù)驅(qū)動性問題鏈，搭建學(xué)生探究支架

教師通過合理的問題鏈設(shè)計，任務(wù)驅(qū)動引導(dǎo)學(xué)生主動思考、敢于表達(dá)。在課堂對話的過程中一步步引導(dǎo)學(xué)生提出合理猜想。在這個過程中，學(xué)生科學(xué)思維逐漸形成，科學(xué)觀念逐漸清晰，促進(jìn)歷史事實(shí)、科學(xué)概念與學(xué)生生活經(jīng)驗相融合，讓學(xué)生穿越時空與古人共同思考、摸索創(chuàng)新。

師：如果你是“挈壺氏”，你打算怎么用水計量時間？請你簡單說一說。

生1：拿出一個瓶子，里面加入水，看看水流完要多少時間。

生2：在瓶子上扎一個孔，讓水流下來。

師：是的，我們可以通過水從容器流出需要一定時間來計時（出示滴漏裝置），老師的這個實(shí)驗裝置能不能滿足你們剛才所說的要求？那么哪些因素會影響水流的速度呢？

生1：小孔的大小。

師：與水流速度有怎樣關(guān)系？

生2：容器的形狀（不一樣的容器）。

師：用這個容器來研究可以嗎（滴漏器）？

生3：水量的多少。

師：與水流速度有怎樣關(guān)系？

師：（出示針筒）在這個針筒里面，水量多就是水位高。

驅(qū)動性問題鏈?zhǔn)降恼n堂對話，體現(xiàn)了課堂的開放性與創(chuàng)新性，彰顯了學(xué)生主體地位。在一步步引導(dǎo)學(xué)生的過程中，學(xué)生根據(jù)已有的生活經(jīng)驗提出合理的猜想去解決歷史上的真實(shí)情境問題，本節(jié)課的核心探究活動也逐漸明確。

3.驅(qū)動自主設(shè)計探究方案，合理選取實(shí)驗器材

教師首先組織學(xué)生小組討論實(shí)驗探究的方案。基于猜想，教師組織學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗探究，本課的核心問題是水流速度是否均勻，與水位高低有什么關(guān)系。組織學(xué)生進(jìn)行探究方案的匯報交流，通過創(chuàng)設(shè)自由開放的學(xué)習(xí)氛圍，讓學(xué)生像科學(xué)家一樣進(jìn)行實(shí)驗設(shè)計和交流，全班相互補(bǔ)充并改進(jìn)。讓學(xué)生勇于表達(dá)，敢于探究。在基本方案確定后，教師明確本節(jié)課的實(shí)驗器材鐵架臺、滴漏器、帶刻度的接水杯（圖1）的選擇，并提醒小組分工明確（圖2），合作順暢。

4.巧設(shè)實(shí)驗記錄單，量化實(shí)驗結(jié)果

在本環(huán)節(jié)，教師可以通過呈現(xiàn)微課視頻輔助學(xué)生操作規(guī)范化，為學(xué)生提供操作支架。教師設(shè)計的實(shí)驗記錄單，在呈現(xiàn)出小組探究的結(jié)果后，可以直觀地看出水量改變后，滴水時間的變化（圖3）。在匯總展示班級各組的探究結(jié)果（圖4）后，引導(dǎo)學(xué)生思考“水位改變時水流的速度是均勻的嗎？”學(xué)生可以分析實(shí)驗數(shù)據(jù)得出“并不均勻”。教師繼續(xù)追問：“結(jié)合數(shù)據(jù)分析一下與什么有關(guān)呢？”學(xué)生會發(fā)現(xiàn)水位變化時，水流速度會發(fā)生改變。教師接著順勢追問：“怎樣才能讓水以均勻的速度往下流？”引導(dǎo)學(xué)生表達(dá)保持水位不變的觀點(diǎn)。再次利用設(shè)計的問題鏈追問：“如何改進(jìn)實(shí)驗儀器使水位不變？”為后面改進(jìn)水鐘的引出做好鋪墊。

5.回歸科學(xué)史情境，為后續(xù)探究設(shè)疑

在本課核心探究任務(wù)完成后，教師將學(xué)生拉回最初創(chuàng)設(shè)的科學(xué)史情境中，提問：“作為一名‘挈壺氏’，你還可以如何改進(jìn)漏壺？簡單的漏壺是否能精準(zhǔn)計時？你有什么辦法將其改進(jìn)成一個更加精準(zhǔn)的計時儀器？”在學(xué)生表達(dá)自己的觀點(diǎn)后，教師展示用水計時儀器從漏壺到多級漏壺再到古代水鐘的發(fā)展歷程（圖5），讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)發(fā)明不斷改進(jìn)的過程，學(xué)習(xí)古代勞動人民的智慧，播下不斷思考創(chuàng)新的種子，也為下一節(jié)課《我們的水鐘》的學(xué)習(xí)做好預(yù)設(shè)。

四、結(jié)語

科學(xué)史獨(dú)特的研究視角和豐富的內(nèi)涵是一種寶貴的教育資源，它具有多方面的研究價值。在課標(biāo)中多次提到運(yùn)用科學(xué)史、科技史進(jìn)行教學(xué)，教材中也包含了大量的科學(xué)史料，教師需要在教學(xué)中不斷開發(fā)運(yùn)用好這一寶貴的教學(xué)資源，從而真正發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)科學(xué)思維的進(jìn)階、發(fā)展和升華。

參考文獻(xiàn)

[1]教育部等十八部門.關(guān)于加強(qiáng)新時代中小學(xué)科學(xué)教育工作的意見[S].北京：教監(jiān)管〔2023〕2號，2023.