以科学史为载体建构探究性课堂
2016-10-21周湘
【摘 要】科学史是研究科学发展的历史。其中蕴含着组织、探究教学的优质资源和丰富的科学思想与方法。在小学科学教学中,适当、合理引入科学史,能够帮助学生理解科学内涵、树立科学精神。教师在实际教学中应有意识地以科学史为载体,引导学生像科学家一样,开展科学探究活动。
【关键词】科学史 摆的研究 探究 科学思维
科学史是研究科学发展的历史。其中蕴含着组织、探究教学的优质资源和丰富的科学思想与方法。在小学科学教学中,适当、合理引入科学史,能够帮助学生理解科学内涵、树立科学精神。《摆的研究》是教科版教材五年级下册《时间》单元第六课。本节课的内容是继前一节课“摆具有等时性”的学习后,学生接着研究“不同的摆自由摆动的快慢是否一样”“摆的快慢与什么有关”。笔者通过仔細研读教材后发现,这节课的教学内容既蕴含科学史的教育,又能充分体现学生自主探究的活动。因此,选择这节课为例,就如何合理利用科学史来建构科学探究课堂谈谈自己的看法。
一、创设情境引入新课,为质疑和探究做预热
上课伊始,展示微视频“伽利略单摆发现的故事”:1582年的一个礼拜天,18岁的伽利略走进比萨的一座圆顶天主教堂。礼拜开始不久,一位修理工人不经意触动了教堂中的大吊灯,使它来回摆动。摆动着的大吊灯引起了伽利略的注意,他聚精会神地观察,同时用脉搏来计时,数着吊灯的摆动次数。结果,他惊异地发现,吊灯来回摆动一次需要的时间与摆动幅度的大小无关。那么,摆的摆动周期到底是由什么决定的呢?他发疯似的跑回大学宿舍,找来了不同长度的绳子、铁链、铁球、木球,用沙漏记下摆动的时间,一次又一次重复实验。
提出问题:伽利略通过反复的实验,又会有什么新的发现?
……
在过去的教学中,经常有教师为如何引入新课而费尽心思,其实,科学史中就蕴含新课引入的良好素材。只是,教师常常忽略了科学史教育的功能,甚至教师本身缺乏科学史素养,因此,不懂得去发现和挖掘素材。科学史上的一个小故事往往就是探究的兴奋点,教师创设各种有效的教学情境,将科学史有机地渗透到新课引入的教学中,能激发学生的好奇心和探究欲望,为学生的质疑和探究起到很好的预热作用。
二、沿着科学家足迹,重演科学探究实验
(一)发现问题
出示摆的结构示意图(如图1),让学生了解摆的结构,引导学生观察,提出问题:摆的快慢可能与什么因素有关呢?
教师根据学生讨论,板书小结如下:
摆的快慢摆绳长度摆锤重量
(二)提出猜想
根据上述讨论结果,引导学生大胆猜想,摆绳长度和摆锺重量到底是如何影响摆的摆动快慢的?
小组讨论,提出本组的猜想。如:摆绳越长,摆的摆动越慢?摆锤越重,摆的摆动越快?等等。
(三)设计实验
为了证明小组的猜想,这个实验可以怎样来操作?
小组交流讨论实验方案,并回答问题:①实验中需要改变的是什么条件?哪些条件必须保持不变?②如何获得准确有效的实验数据?③如图2所示,你会选择哪几个装置来完成你的实验?
(四)进行实验
器材准备:铁球、胶球、木球各1个,摆绳1根,20秒沙漏1个,平板电脑2台。
为了提高学生实验的效率,尽量减少在实验操作中出现不必要的干扰,教师对实验材料进行了改进,带小钩的铁球、胶球、木球体积相同但重量不等,能方便挂取。摆绳上设置了三个节点,将摆绳均分成三等份,以便改变长度。
实验操作指南:
1.四人一小组,分工合作,轮流操作摆、沙漏计时器,用平板电脑录影、记录数据。
2.做改变摆锤轻重的实验时,摆绳不动,依次在摆绳的下端更换摆锤。
3.做改变摆绳长短的实验时,摆锤(铁球)不动,依次将摆绳的上端缩短挂在铁架台小钩上。
4.实验一次记录一次,重复三次,完成平板电脑中的实验记录单。
5.实验结果记录众数,无众数取平均数。例:13,13,14取众数13;12,13,14取平均数13。
实验记录单:
(五)得出结论
学生提交实验记录单,教师收集和统计数据,并通过平板电脑展示全班各小组实验记录结果的柱状图,引导学生通过分析图表中数据,如横向比较、纵向比较、同一类比较、不同类比较等,从数据中找规律、推导结论。
让学生沿着科学家的足迹,重演科学探究实验,其实就是一种模拟的科学研究。在教学过程中,教师可以依据科学史上的研究资料,结合学校现有的教学条件和学生当前的认知水平,让学生去模拟科学家科学探究的过程,去感知科学产生的真实背景和历史经过,去重演科学家的思维轨迹和研究的方法。把科学史与科学课堂教学有机结合,不仅有助于学生理解科学知识、掌握基本方法和技能,还增强了学生科学探究的自信心,培养了学生的科学思维。
三、关注实验异常数据,培养科学态度和精神
科学结论的得出,必须建立在数据分析的事实基础之上。然而,在收集与整理实验数据时,总会有个别小组的实验数据出现异常,这是不可避免的客观事实。例如,A组实验,不管是铁球、胶球还是木球,大部分小组摆的摆动次数都是18次,个别小组有19次或17次。可是,第10小组的数据却与众不同,其结果显示:木球20次,胶球18次,铁球19次。教师从平板电脑中调取第10小组实验数据,结果如下:
这种差异是怎么产生的呢?于是,教师让第10小组向全班展示实验操作录影。观察发现,原来,这个小组在用沙漏计时时,三位学生操作沙漏的方法及计数起點不尽相同。做胶球摆的实验时,先把沙漏倒立在桌面上再开始喊计数,做铁球摆的实验时,是先喊开始计数再把沙漏倒立在桌面,而做木球摆的实验时,也是先喊开始计数再把沙漏倒过来,但沙漏是拿在手中计时的。通过重新审视实验操作的过程,学生明白了因为计时方法不精准,结果导致数据发生偏差,因而影响到了实验结果。
接下来,学生还发现,摆绳长度测量不精确,实验时摆锤碰到铁架台等情况,都会导致实验数据发生误差,影响实验结果。
面对探究实验中出现的各种异常数据,作为教师,有的习惯视而不见,有的则担心影响结论的达成和课堂教学的完整性有意忽视。其实,这些所谓异常的数据,是非常好的课堂教学资源。为了要找出数据异常的原因,学生必须主动去反思探究的全过程,如实验变量是否控制到位、实验操作是否严谨、实验步骤是否合理等等。作为教师要引导学生学习科学家不懈探究的科学精神,从而深刻地认识到科学探究是具有缜密的思维和严谨的探究环节。
在科学课教学中,合理利用科学史教育来建构科学探究课堂,能够让科学史中所承载的知识、技能、情感、态度和价值观目标得以很好的实现。教师可以针对不同的教学内容,选择合适的、能充分展示科学探究的主题来进行科学史渗入教学,如把科学史作为探究的线索,贯穿在课堂教学的始终,也可以把科学史作为探究的一部分,用来解决某一教学重点、难点等。总之,将科学史有机地渗透到科学课教学中,合理利用科学史建构科学探究课堂,不仅能使学生掌握基本的科学知识,能理解科学家发现问题和解决问题的思路和方法,更重要的是在经历探究的过程中,学生树立了科学思想,领悟到了科学精神,提高了科学素养。
参考文献:
[1]徐敬标.小学科学教学渗透科学史教育的研究[J].教学与管理,2010(08).
[2]桑建辉.在科学教学中渗透科学史教育[J].现代教育科学,2012(1).
[3]周湘.让探究成为科学课堂教学的主旋律[J].教学月刊·小学版(综合),2014(7-8).
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