以科学史为载体建构探究性课堂

【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）.

（深圳市罗湖区教育科学研究中心 518001）