以科学史促思维发展的教学实践探索

林岚

（福州市台江区教师进修学校，福建 福州 350004）

19 世纪，西方国家率先将科学史引入教育范畴，国外学者通过大量研究，证实科学史教育对于促进儿童理解科学本质、提升科学素养具有重要的价值与作用。［1］近年来，我国也对科学史的教育作用给予了高度重视，现行教材已将科学史学习融入生命科学、物质科学、地球和宇宙科学、技术与工程四大领域，占有一定比重。思维是小学科学教学过程中核心的认知活动，思维的发展已成为现阶段小学科学评价教育教学实效、评估儿童素养提升的重要指标，也是人类终身发展、社会发展需要的重要能力。作为小学科学课程的重要组成，科学史和思维获得发展关键在于“共生”，即建立科学史与思维之间紧密的互利关系，以科学史为认知载体，以思维能力发展为目标，在学史过程中构建知识体系、训练思维能力，在思维碰撞中透过表象发现科学史本质，形成正向的科学史观。

一、丰富问题情境，在观察比较中激活思维

问题情境（context of problems）是数学学习论的基本概念之一。文中指的是个体对客观方面的问题作出主动反应，觉察到一定的目的而又不知道如何达到这一目的时所形成的一种心理困境，是已有知识不能解决所面临的新问题时出现的一种心理状态。［2］

以苏教版小学科学低年级教材《小小科学家》为例，教材编写者安排了三个教学内容：1.认识袁隆平为代表的三位科学家；2.模仿伽利略“滚小球”实验；3.读图，知道科学家是发现大自然奥秘的人。为激活儿童思维、引发儿童思考，在教学过程中，教师设置了“仔细看一看这三张图片，你认识这些科学家吗？说一说，他们在做什么？”“我们一起看一看伽利略滚小球的科学历史故事，你们想不想动手试一试呢？”“看一看这些图片，里面画了什么？你知道科学家是怎样解释这些自然现象的吗？”等问题，与儿童展开课堂交流与对话。仔细观察这些问题，从数量上看，教师确实践行了课程标准提出的“科学课要促进儿童科学思维发展”要求，以问题为引导，力求帮助儿童建构“科学家是推动社会进步、促进人类发展的人群”这一科学史观。但是当观察问题的视角从数量转向质量时，却发现：1.问题无法触及儿童的深层次思考，形成心理困境。儿童仅通过“看图说话”即可轻松作答，学习停留于浅层次的知识认知；2.问题零散，儿童产生的碎片化认知难以建构联结，不利于科学史观的建立与形成。显然，在科学史教学过程中，并非设置了问题的情境就是问题情境，关键在于这些问题是否能够激活儿童的思维之弦，点燃儿童的思维火花，为儿童主动学习科学史提供动力。

同样以《小小科学家》为例，教师对教学内容及教学问题进行了再改进、再设计，以认识科学家的研究工作为问题主线。1.观察袁隆平等儿童较为熟悉的科学家工作图片，围绕“图片中的科学家是从事哪个方面研究？”“他们是怎样开展研究工作的？”“用一句话向爸爸妈妈介绍科学家的研究工作，你会怎么说？”三个问题了解儿童前概念；2.组织观看科学家工作视频，了解更多科学家研究工作的细节，通过再次交流“现在你对于科学家的研究工作增加了哪些新认识？”提升儿童对科研工作内涵的认知；3.动手实践——滚小球，体验伽利略的研究过程，第三次交流“你对科学研究工作又增加了哪些新认识？”让儿童意识到科学研究工作并不神秘，就是从身边的小发现、小问题开始；4.回顾总结，建立“科学家研究工作”概念图。整个教学过程，教师以进阶式学习资料为推手，以核心问题为抓手，以问题解决为重心，创设丰富的问题情境，激励儿童通过图片、视频提取有效信息，在学习进程中不断对比与反思，进而丰富对科学家工作的认知，建构科学发展史模型。与此同时，儿童的科学思维不断获得刺激与激活，认知发展也从一开始只能对科学家个体工作的粗略表述，发展为能对科学家群体工作的细致描述、共性描述；从对科研工作研究对象的单一关注，转向对科研工作的时长、工作环境、问题解决等众多内涵的关注。儿童自身科学史体系在这样的问题情境中获得完善与重构，思维能力得到极大的发展。

二、融入共情体验，在推理实证中扩展思维

共情（empathy），也称为神入、同理心，由人本主义创始人罗杰斯提出，指的是体验别人内心世界的能力。科学史教育融入共情体验，就是在教学过程中，教师赋予儿童历史人物角色，引导儿童沉浸于历史情境，以历史主人公的视角思考问题、展开探究、收集证据、推理论证，进而对科学史背景、科学史发展历程进行深入思考，拓展科学思维的广度与深度。

以苏教版小学科学中年级教材《地球》为例，教材设计安排了四个环节：一是介绍中国古代的“天圆地方说”，二是海边人们从帆船回港的现象，推测“地球不是平的”，三是麦哲伦船队环球航行提出“地球可能是球形”，四是宇宙飞船在太空拍摄地球照片，证实“地球是球形”。教材设计者力求以此引导儿童感知“人类对于地球形状认知发展的历程”。在实际教学过程中，大部分教师习惯采用“讲故事”的教学方法，将这一科学认知发展的历程告知儿童。单一地听授式学习，被动地接受式教育，儿童对于科学史的认知仅停留于浅层次的“记忆”水平，学习的效能较低，科学史教育应有的价值和作用无法真正得以体现。

而融入共情体验的科学史教育，强调的是“真情境”与“真体验”。所谓真情境，即以儿童原认知为基石，寻找回归历史情境的触发点，为共情体验创设“真实”的学习情境。科学技术的迅猛发展，人类乘坐载人航天器飞向宇宙，地球的形状一览无遗——这些都是儿童在学习《地球》之前的已有经验，教学设计以此为起点提出“缺乏交通工具的年代，人类出行只靠双脚，活动范围小，此时人类眼中的地球是什么形状的？”“随着水上交通工具的出现，海边的人们发现帆船回港时，总是先看见船帆，后看见船身。这对你认识地球的形状又有什么启发？”等一系列问题，以交通工具的演变触发儿童思考，引导儿童置身于历史社会的情境中，引发产生情感共鸣,触动共情感知。

所谓真体验，指是在情境中以历史背景下的主人公视角，直面真实的问题、动手做真实的实验，从而建构真实的认知。《地球》一课中，为帮助儿童体验“海边人们根据帆船回港情况，提出地球不是平的”这一段科学认知历程，教师设计制作了“帆船回港”动画，带领儿童以海边人的视角观看帆船回港的情景，通过实物模拟、再现情景的方式，引导儿童主动尝试使用各种方法、从各种角度还原、模拟情景，发现只有将模拟“海面”的卡纸弯曲摆放，帆船回港时才能呈现“先看到船帆，后看到船身”的情形。再现情景的共情体验活动中，儿童的学习兴趣得以激活，内驱力促使着学习主动性不断增强，专注力和学习的效果也得到极大提升。“真体验”必然激活“真思考”，由模拟情景中“弯曲”的海面推想地球的形状——不是平的，真实的学习体验，给予儿童广阔的平台与空间，儿童分析、综合、推理等思维能力得到不同程度的提升与发展。

三、挖掘认知冲突，在质疑思辨中延伸思维

“思辨”一词源于《中庸》——博学之，审问之，慎思之，明辨之，笃行之。思辨能力是指对事物的思考与辨别能力，是通过敏锐的观察和深刻的洞见，直击事物本质的能力。它既是儿童思维能力的核心，又是儿童创新能力的基础。为培养训练儿童的这种能力，在小学科学史教育过程中，教师应该注重认知冲突设计，努力打破儿童已有认知与新认知间的平衡，给予儿童充分质疑的时间与空间，鼓励儿童挑战自我、突破自我，在质疑思辨中引发新思考，提升综合思维能力。

以苏教版小学科学高年级教材《七色光》为例，彩虹是儿童生活中常见的一种自然现象，对于彩虹呈现出的七种色彩儿童也非常熟悉。如何将教材中“牛顿发现白光不是单色光”的科学史与儿童熟悉的自然现象之间建立起联系与联结，是科学史与思维共生发展的课堂教学设计中必须关注的重点。基于学生的学情，教师分别在三个教学环节围绕儿童认知的缺失点寻求突破，通过精心设问、巧妙设疑，引发儿童强烈的认知冲突。

环节一：教师出示“雨后阳光下出现的七色彩虹”组图，让儿童说一说对太阳光的认识，接着再出示“平面镜放射下呈现的白色光斑”图片，提出疑问“太阳光在雨后的空中是七色的，在镜子的反射下是白色的。你们想过吗？太阳光究竟是什么颜色的？”儿童对于“光”固有的经验与认知，因教师的提问而瞬间动摇不定，同时在儿童心中埋下了一颗探究的种子，为儿童后续的学习提供了强大动力。

环节二：儿童体验牛顿“光的色散”实验后，达成共识——通过实验，可以证实阳光是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色组成。此时教师二次设疑：“牛顿的发现和大家一样，而英国皇家科学院的院士们却提出质疑，说七色光是由于白光和三棱镜互相作用而产生的，并不是因为白光本身是七色的。请问如果你是牛顿，你会怎么办？”教师的再次质疑、层层追问，触发起儿童强烈的问题解决动机，不得不对学习内容进行更加深度的思考。

环节三：儿童提出将“红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色”合成，如果能呈现白色，就能进一步证实“白光是由七色光组成的”。此时，教师提出“只提供给每个小组‘红、绿、蓝’三种颜色的光，利用它们可以模拟完成牛顿七色光的合成实验吗？”儿童在将信将疑中展开实践体验，惊奇地发现“红+绿=橙”“绿+蓝=靛”“红+蓝=紫”“红+蓝+绿=白”，原来三种色光不同的搭配组合，就能呈现出七种色光的效果。

在一系列的学习活动中，儿童反复经历着从认知平衡，到平衡打破，再到认知重构的过程，科学思维的深度也得到一次又一次的延伸。与此同时，伴随着思维的成长，儿童更透彻地了解科学家坚韧不拔的科学精神，理解了科学家在追求真理过程中的艰辛与不易，科学史的教育价值也得到了彰显。

四、结语

科学史是科学产生、形成和发展及其演变的规律的反映，是人类认识自然和改造自然的历史，是人类思想宝库中一笔十分宝贵而丰富的精神财富，也是科学教育的重要资源。［3］虽然在当今世界教育改革实践范畴内，科学史教育的价值与作用已经越来越受到人们的关注。本文倡导的科学史与思维共生发展的教育实践，以小学低、中、高三个学段的实践研究案例为支持，力求为中国基础教育阶段实现科学史教育与学科教育的深度融合、共同发展，提供具有借鉴价值和实践意义的教学策略，以期发挥科学史的教育功效，助力科学课程教育目标达成，提升儿童科学核心素养。