科学史有效融入小学科学教学的策略研究

《义务教育科学课程标准（2022年版）》指出，小学科学课程最关键的目标在于提升学生的综合核心素养。核心素养是一个比较抽象的概念，并不局限于某一学科的知识。科学史是包括了自然科学和社会科学在内的关于其历史发展的相关研究，科学教师在日常教学中融入科学史，不仅能补充完善科学教材的内容，还能强化学生的科学认知，启发学生的科学思维，培养学生的人文素养，能够有效培养学生的综合核心素养。如何有效利用科学史进行科学教学，促进学生核心素养发展，是教师的重要任务之一。一、科学史的重要作用新课标在教学建议中指出，充分考虑学生的认知水平，针对拟定的教学目标和教学内容，按照学习进阶设计促进学生自主、探究、思维、合作的教学活动，渗透科学史教育，重视幼小衔接。可见，科学史在培养学生的核心素养方面具有重要意义。科学观念、科学思维、探究实践、态度责任四者相互依存，共同体现了科学课程的育人价值。科学史是小学科学教材内容的重要组成部分，是学生拓展阅读的重要环节。学生经历“提出问题—作出假设—设计实验—搜集证据—得出结论—验证假设”的科学探究过程，其实也是在体验科学家的真理探索过程。同时，学生也能在科学史的教学环节中感悟到科学家精神，培养好奇心和探究热情，学会大胆质疑、追求创新、尊重他人、合作分享……所以，教师不仅要在正式的课堂上进行科学教学，在对学生的日常管理当中，也可以结合科学层面的相关知识，让学生能够从多角度去了解和学习科学史，激发学生对科学的兴趣和自主学习的驱动力，提升他们的综合素质。二、科学史在小学科学教学中的融入策略（一）还原科学史，形成科学观念科学观念是在理解科学概念、规律、原理的基础上形成的对客观事物的总体认识，包含一些非常具体的观念，以及对于自然科学的认知和自然现象中所隐含的规律，这些内容可以帮助学生解决现实生活中的问题，而研究科学发展的过程，也可以帮助学生找到科学研究的相关规律。科学的发展过程充满了科学观念。在教学中，教师通过还原科学史，可以再现科学家探索真理的过程。教师通过深度还原科学概念的建构和科学原理的发现过程，学生能逐步掌握基本的科学知识，形成初步的科学观念。例如，在教学苏教版科学五年级上册第四课“七色光”时，在学生对彩虹的形成原因进行猜测后，笔者先向学生介绍了早期一些科学家制造彩虹的方法，既然有了猜测，那就需要搜集证据来验证。科学家选择模拟方法制造彩虹来验证自己的猜想。比如，西奥多里克用阳光照射在水里的玻璃壳的方法成功制造了彩虹。后来，笛卡儿、马尔西等科学家受到他的启发，用阳光照射三棱镜的方法也成功制造出了彩虹。笔者引导学生参考这些科学家的方法，用镜子、水、三棱镜设计实验来制造彩虹，验证自己的猜想。再次引领学生阅读课本上的科学史材料，同时提醒学生不仅要阅读文字，还要结合插图了解牛顿针对要研究的问题选择了什么样的环境，又是怎样设计实验使实验现象得以显现的，学习牛顿的科学思想。与此同时，笔者在课件上提出几个问题帮助学生思考。问题1：是什么让牛顿对这个现象感到好奇的？问题2：实验采用了怎样的方法？实验结果如何？问题3：实验环境与我们的有什么不同？为什么他要这么设置？教材上的阅读材料还提到了牛顿利用第二个三棱镜使第一个三棱镜产生的七色光再混合成白光的现象，笔者展示后续实验图片帮助学生理解，并且相机提出进阶性问题：“第二个三棱镜应该放在哪里？”科学结论的得出要基于实验分析，要有证据支持。这时，再让学生还原牛顿的做法将七色光混合成白光。最后，笔者补充牛顿关于光的色散理论。这样一来，学生就能在还原科学史的过程中，逐步构建关于光的色散的科学观念——白光是由各种彩色光组成的，有效突破本课的教学重难点。（二）分析科学史，培养科学思维所谓科学思维，就是用科学的视角去看待客观事物，透过事物的本质，发现事物内部的规律，以及它与其他物质之间的联系。科学思维主要包括创新思维、推理论证思维以及模型建构思维等。科学思维是新课标提出的核心素养之一，学生在大量阅读科学史、分析科学史的过程中能够逐步培养形象思维、抽象思维、直觉思维、创造思维等，也能够习得比较、分类、类比、推理、发散、辩证等思维方法。例如，在教学苏教版科学六年级上册第七课“寻找遗传与变异的秘密”一课时，笔者根据教材提供的科学阅读“孟德尔的研究与发现”提出问题：为什么上一节课大家调查发现后代长得像父母但又稍有不同？为什么豌豆子一代同开红花而子二代既开红花又开白花？学生在分析孟德尔的实验过程中发展了分析、推理、重组等科学思维。学生通过阅读科学史、分析交流，发现亲代含有控制显性的遗传因子和控制隐性的遗传因子。教学时，教师可以采用逆向推理的方法利用孟德尔的实验结果解释豌豆遗传和变异的现象，进而使学生借助实验结果加深对孟德尔的解释的理解。本节课的教材上还提供了“后续的研究与发现”科学史阅读资料，教师也可以用视频资料展示孟德尔对豌豆花色的研究，使科学史的渗透更加形象生动。在科学史阅读环节，教师还可以引领学生跟随科学家的研究思路去思考、分析。虽然本课也提到了遗传学的专有名词，但是学生只需要适当了解，拓宽知识面即可。科学教材为很多重要的实验研究和发现提供了科学史资料，充分展现了科学家的研究过程。科学教师要着重利用科学史来潜移默化地培养学生的科学思维。（三）依托科学史，进行探究实践探究实践能力主要是指在了解和探索自然、获得科学知识、解决科学问题以及技术与工程实践的过程中，形成的科学探究能力、技术与工程实践能力和自主学习能力。新课标倡导要以探究实践为主要方式开展教学活动，设计并实施能促进学生深度学习的思维型探究和实践活动。教师在科学探究实践活动中适时引入科学史素材，可以帮助学生体会科学本质，自主开展探究实践，有效避免程序化实验。同样，教师也可以依托科学史，以科学史建构模型，组织学生开展探究实践活动、项目研究等。例如，在苏教版科学三年级下册第十三课“纸”的教学中，有一个“介绍纸的发明史”的教学环节。一般教师会选择播放纸的发明史的视频给学生观看或者提供相关素材让学生阅读。此时，如果在探究活动中融入纸的发明史，让学生感受到我国古代人民在科学研究发明中所遇到的艰难困苦以及他们表现出的创造力和不畏艰险的顽强精神，会极大地激发学生对纸的制造的科学探究兴趣。教师可以先通过图文资料展示最早的记录材料“树皮”“石头”“骨头”“丝绸”“皮革”，接着组织学生小组探讨用这些材料记录文字的优缺点，启发学生的思维，从而使其深刻感悟到承载文字的材料应该具备的特点。然后，顺势引出我国古代的四大发明之一“造纸术”，并利用科学教材上的相关图文资料让学生了解蔡伦的造纸术，讨论其与之前的那些材料对比又有什么优缺点，加深学生对“纸”这一物质的科学理解。这一过程有利于促进学生对科学、技术与社会关系的理解，进而感受到科学技术发明在人类文明史发展中的重要作用。同时，也能培养学生的民族自豪感和爱国精神。然后，在此基础上让学生分析纸张应具备的各种特点，学生很容易就能想到纸的吸水性、结实程度和防水性。再让学生自主设计实验去研究不同纸的性质，学生就会带着兴趣、自主地想办法设计实验开展探究实践活动。学生提出假设、制订论证计划、收集相关证据、处理信息、论证、得出结论，最后在全班学生的见证下进行表达，这一系列的过程是一个初步的科学探究过程，如此一来，在科学史的背景下，学生尝试去论证他们感到疑惑的事物，从而使其探究科学的信心得以增长。在这样的前提下，教师可以组织一些科学探究活动，让学生在探究的过程中感悟科学的魅力。（四）利用科学史，树立态度责任态度责任是在经过具体的事件之后形成的一种对待事物的观念，也就是说，在认识科学、探究科学的本质和规律的过程中逐渐地形成认真对待事物的科学态度和责任，这种态度责任是可以在小学科学日常的教学当中逐渐培养和形成的。每一个科学家的认知过程，其实都可以和科学史的认知过程重合，也就是说，科学家在论证科学时所遇到的困难、所建立的概念，学生在学习和认知科学的过程中也同样会遇到。学生往往会发现，自己对于生活中一些现象的好奇和疑问，科学家早就提出了并且进行了科学的研究。所以，在涉及科学史教学时，往往教师抛出一个问题，学生就会产生强烈的好奇心和探究热情。教师可以引导学生像科学家一样基于证据和逻辑发表自己的见解。如果出现意见相左、相持不下的情况，教师要鼓励学生大胆质疑、发散思维，不迷信权威。并且要善于倾听别人的想法，尊重他人，合作分享。例如，在教学“小孔成像”时，笔者会向学生讲述2000多年前墨子发现“小孔成像”的故事，但是不会直接告诉他们墨子看到的是一个人的倒像。笔者先让学生猜测，然后给学生提供“小孔成像”的材料，让他们自主利用实验材料模拟墨子当时的场景设计“小孔成像”的实验。最后，学生会在自己的实验中发现“小孔成像”的神奇现象，并且利用已有的光学知识解释墨子看到的现象。这样就可以利用科学史，帮助学生树立基本的科学态度。近现代科技的发展非常迅猛，因此教师很有必要向学生介绍一些近现代科学史，帮助他们树立正确的价值观和社会责任感。例如，在教学苏教版科学四年级下册第六课“月球”时，除了书本上的内容外，笔者还会介绍人类的探月史，拓宽学生的视野。近年来，我国航空航天事业高速发展，2022年6月5日，神舟十四号载人飞船发射成功，航天员还在中国空间站中进行太空授课。这些科学史的补充，极大地培养了学生的爱国之情和民族自豪感，让他们感受到自己未来的社会责任和使命，激发其学科学、用科学、爱科学的热情。三、总结与反思科学史是人类不断探索求知的历史，其本身蕴含着丰富的知识、经验。新课标指出，教师在教学中可以引入科学史素