浅谈科学史资源的应用

惠浩

摘要科学史是科学的产生、形成、发展及其演变规律的反映，是人类认识自然和改造自然的历史，同时也是一部凝聚着人类独有的科学思想、科学方法和科学精神的演化历史。小学科学是一门以培养学生科学素养为宗旨的基础性课程，它关注保护和激发学生的探究兴趣，重视科学思维方式和方法的训练，注重科学精神和科学品质的培养，强调对科学本质的理解。如何选取合适的科学史素材，采用恰当的方法利用好科学史资源进行科学教学，确实值得我们思考。本文提出在科学教学中使用“附加式”“再现式”“融入式”等教学类型，合理组织科学史资源，有效激发学生的求知欲，启迪学生的科学思维，培养科学方法，促进学生认识科学的本质，开启学生的智慧。

关键词 科学史 小学科学 教学方法

中图分类号：G424文献标识码：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.30.016

On the Application of Science History Resources

HUI Hao

（Primary School Attached to Wuxi Normal School， Wuxi， Jiangsu 214001）

Abstract： The history of science is the reflection of the emergence， formation， development and evolution of science. It is not only the history of human understanding and transformation of nature， but also the evolution his？ tory of human unique scientific thought， scientific method and scientific spirit. Primary school science is a basic course aiming at cultivating students’ scientific literacy. It pays attention to protecting and stimulating students’ in？ terest in exploration， paying attention to the training of scientific thinking methods and methods， paying attention to the cultivation of scientific spirit and scientific quality， and emphasizing the understanding of the essence of science. It is really worth thinking about how to select appropriate materials for the history of science and how to make good use of the resources of the history of science for science teaching. This paper proposes to use "addi？ tional"， "reproduction" and "integration" teaching types in science teaching， reasonably organize science history re？ sources， effectively stimulate students’ thirst for knowledge， inspire students’ scientific thinking， cultivate scientific methods， and promote students to understand the essence of science and open students’ wisdom.

Keywords： science history； primary science； teaching methods

科学史是科学的产生、形成、发展及其演变规律的反映，是人类认识自然和改造自然的历史，同时也是一部凝聚着人类独有的科学思想、科学方法和科学精神的演化历史。小学科学是一门以培养学生科学素养为宗旨的基础性课程，它关注保护和激发学生的探究兴趣，重视科学思维方式和方法的训练，注重科学精神和科学品质的培养，强调对科学本质的理解。把科学作为一种文化形态和文化力量来看待的观念在今天已经深入人心。

由于教師缺少可供实用且易于投入的科学史现成素材，加上对于小学生的科学史教育到底应该到什么程度，进行科学史教育采取什么方法才是恰当的，在教师、教材、理论研究者中还没有形成一致的认识。因此如何选取合适的科学史素材，采用恰当的方法利用好科学史资源进行科学教学，确实值得我们思考。本文提出在科学教学中使用“附加式”“再现式”“融入式”等教学类型，合理组织科学史资源，有效激发学生的求知欲，启迪学生的科学思维，培养科学方法，促进学生认识科学的本质，开启学生的智慧。

“情感激发”类科学史资源的附加式应用

对小学生而言，情感态度和价值观的培养远比给他们远离生活的、纯学术的知识更为重要。小学科学除了重视培养学生的科学学科知识、基本技能外，也特别重视培养学生科学学习的兴趣和对科学的热爱。科学史中关于科学的传奇故事、科学发现的有趣情节、科学家的奇闻逸事等资源能够有效地激发学生学习科学的情感，吸引学生兴致盎然地投入学习中，在遇到学习障碍时焕发出积极主动的学习品质。

所谓附加式应用就是在科学教学过程中插入一些与教学内容有关的科学史资源。附加式应用的特点在于加入的科学史资源并不会影响教师的教学设计，只是在原来的教学流程加入一个科学史小料。如在学习小孔成像时，加入战国时期的墨子从墙壁上的景物倒像发现了著名的“小孔成像”；在讲到摆的等时性时，加入伽利略通过教堂的吊灯利用脉搏研究摆并确定了摆的等时性；在讲科学精神时，列举爱迪生为找到适合的灯丝“材料”，经历一次又一次的实验，最后失败了上千次才成功的故事……古今中外，不同时空的科学家，他们的聪明、勤奋、执着、智慧都能起到教学以外的育人价值。将这些有趣的、有意义的、能反映科学精神的科学史资料通过各种形式呈现给学生，能够有效地激活学生的情感体验，促进学生在探究活动将这些积极的情感体验转化为积极主动的学习兴趣和意愿，并成为克服学习阻力的动力，摩擦出更多创新思维的火花。

“方法养成”类科学史资源的再现式应用

科学真理的发现和科学概念的建立依赖于一定的研究方法，科学探究最终要落實在解决问题的方法上。小学科学课程除强调培养学生对科学的兴趣外，也重视让学生体验科学活动的过程和方法，从而形成科学的认知方式，而这正是科学教育的关键——形成科学的思维方法。每一个科学事件和科学创举的背后都承载着科学方法和思维方式的演进过程。如伽利略的新科学确立了近代科学的逻辑加实证原则；“日心说”的建立不是这个理论比“地心说”有更适切的普遍性，而是其简洁美深深地打动了当时的科学家；而“万有引力”的建立，观念固然重要，却也可以看成“流数”——微积分数学方法的胜利。

再现式应用就是在课堂上再现科学的过程，再现科学家面对问题的情境。即以某一历史事件、某一特定环境或某一科学家的故事为生长点，创设一个情境，预设问题，简单模拟历史上某一科学概念或理论的研究过程，激发学生解释其中的问题，调动他们的思维，让学生在重走科学历史的进程中学习知识和技能，体会科学家的思维方式、研究方法和思想方法。

执教“比萨斜塔实验”这个内容时，不妨将学生带入当时学术界跨越千年迷信“亚里士多德”，信奉“物体下落速度和重量成比例”的理论的情境，让学生像伽利略一样产生疑问。在学生展示他们的感性经验论据的基础上，出示伽利略的逻辑方法——在一个重的铁球上绑一个轻的铁球，那么铁球是加速了还是减速了呢？从“速度”和“重量”两个方面去思考，学生一下子就找到了“亚里士多德”理论的逻辑漏洞。教师可以通过“实证”证明亚里士多德的错误，带着学生做一做两个铁球同时落地的模拟实验，最后出示伽利略的“铜球沿斜面滚落实验”，从这个实验推导到自由落体运动的特性。这个过程中，随着不同科学史资料的再现，学生慢慢了解“比萨斜塔实验”这个历史事件的真实状况，体会到了伽利略的思维方式，理解了近代科学是怎么逻辑实证和定量描述取代凭感性知觉的“古代自然哲学”的。

“概念进程”类科学史资源的融入式应用

科学概念都有它形成的历史，新的科学概念取代原有概念的过程远远不只是一个名词取代另一个名词的简单过程，而是反映了整个学科体系根本性的变化。如质量概念是从重量概念跨越惯性质量、引力质量的历史，才形成今天“物质数量”的内涵；密度概念是从“比重”的概念经现代物理发展而确定的，不管是在反映这个物理量的内涵，还是其使用的外延都比“比重”概念更科学。但是，在小学阶段，科学教师直接用“密度”的概念进行教学，很可能并不顺畅。教材呈现的科学概念往往是静态的经过提炼的科学成果，略去了科学思想和理论的形成与产生的动态过程。如果机械地遵照现有科学概念进行教学，学生往往会认为教科书上的结论与生俱来就是正确的，是亘古不变的永恒真理，学生理解科学的本质就是一堆专用词汇的堆积。

“历史相似性原则”指出，个体的认知过程和科学史发展的历史进程基本是一致的，历史上科学家曾经历的困难、建立的概念、认识的深度，在学生学习科学时同样会遇到。如学生对密度概念的理解必然是从能直接感知的“重量”开始，然后经过“比重”——即同体积的重量，到单位物质所含物质的数量的本质认识。这样，我们的科学概念教学就不但要以学科概念的逻辑性为准绳，更要关注学生的认识能力和概念发展现状。从这个意义上讲，史料中无从考证的能反映概念形成的历史事件，课堂上也可以进行合情推理，从而服务于学生认知过程。

融入式应用，就是在课堂上重构人类认识的发生、发展过程，教学所设计的学习活动和过程看似没有和“附加式”和“再现式”一样直接使用科学史素材，却有机地融入了历史上人类认识和产生相关科学理论和概念的关键进程。如牛顿的经典力学理论是经过哥白尼、开普勒、伽利略等人的巨大努力之后才形成的。在学习“万有引力”时就不应该只是介绍牛顿被苹果砸到脑袋于是产生了万有引力的概念，而是应该有机地选择：哥白尼的“日心说”中如何解释人在球面上随地球转动而不会掉下去的漏洞；开普勒在“第谷”详尽地观察数据基础上建立的行星运动定律，特别是其中的平方反比关系的发现；伽利略的运动力学的建立。这些科学史料，才能够让学生深层次地理解“万有引力”，感受这一理论的精妙，体会科学家工作的伟大。同时，学生也可以在有限的时空中简约地重走科学史的经典之路，在过程中体验科学理论的形成和演变过程是真理与谬误相交织的过程。科学发展是一个继承与创新的辩证过程，科学上的每一个新发现都是在重新评价原有理论，重新认识原来事实的基础上获得的。科学概念的发展史就是一系列科学思想和理论不断深化更新的历史。

科学史资源的融入式应用，科学史资源成为了推进教学的内在依托和厚实背景。这样的应用需要教师站在科学史、科学哲学的高度，理清科学概念、理论的来龙去脉和科学思想的演化走向，把握所教内容的本质，设计情境，安排有结构的活动，引导学生经历概念产生、发展的过程。在人类认知提升的关键节点、经典节点上给予学生充分的时间和空间，让他们运用已有的知识、经验、方法去思考去探索，从而生成深度的科学认识。