科學史在初中科學教學中的教育價值和教學應用

摘 要: 科學史是研究科學發生發展的歷史，它以其獨特的研究視角成為科學教育的一種非常寶貴的教育資源。其教育價值已逐漸受到各國科學教育界的普遍重視，并成為國際科學教育改革的一種重要的發展趨勢。本文就挖掘科學史潛在的教育價值，以及科學史在教學實踐中具體應用進行闡述。

關鍵詞: 科學史 初中科學教學 教育價值 教學應用

一、科學史在初中科學教學中所起的作用和必要性

科學史是研究科學發生發展的歷史，它以其獨特的研究視角成為科學教育的一種非常寶貴的教育資源。其教育價值已逐漸受到各國科學教育界的普遍重視，并成為國際科學教育改革的一種重要的發展趨勢。

《科學(7—9年級)課程標準》指出:“科學課程以提高每個學生的科學素養為總目標。”此目標體現在科學課程內容的五大領域中，分別為:“科學探究(過程、方法與能力)，生命科學，物質科學，地球、宇宙和空間科學，科學、技術與社會的關系。”在現有的課程教材和實際的教學過程中，第二、第三、第四領域是顯性和到位的，也引起師生們足夠的重視，而第一、第五領域明顯是以綜合為特色和要求的，其內容均滲透于其他三個領域中。

在“全面提高每一個學生的科學素養”作為科學課程的基本理念的指導下，《標準》明確突出了科學史在科學課程中的地位和作用。然而，許多教師對科學史的教育價值的認識還是存在著諸多的偏差和不足，而且在具體的實施過程中，也存在著許多誤區。如對科學史的教育僅簡單地理解為對科學史事實的記誦教育，而沒有將科學史所蘊涵的理性精神與求真意識、批判精神與創新意識滲透其中;沒有通過科學史的再現讓學生逐漸領悟科學的本質、科學內含的人性、科學的方法與科學的精神等。而這些方法與精神和科學知識一樣是構成學生科學素養不可或缺的重要組成部分。因此，我們在教學過程中引入科學史，應打破歷史事實的硬殼，充分展現科學史內在的價值。

二、重視新課程標準理念，充分利用科學史教育價值

1.以史激趣，引發學生持久的學習興趣。

學習興趣是學生獲取知識的內在動力，是學習過程順利而有效進行的心理條件。只有當學生對學習對象有了濃厚的興趣，才能表現出學習的自覺性、主動性，才能以頑強毅力去克服學習中遇到的困難。

學習卵生動物時，介紹愛迪生坐雞窩“孵蛋”的故事;在學習光學初步知識時，介紹少年時代的愛因斯坦陷入“追光”問題的深思，等等。這樣寓史于教、史教相融的教學形式，不僅可以增加課堂的趣味性，而且可以讓學生認識到科學家幼年時的“幼稚”，不再認為科學是從一些天才的頭腦里蹦出來的，從而拉近學生與科學家的距離，激發學生探究客觀世界的濃厚興趣。在教學實踐中長期堅持將科學史滲透到課堂中，對促進學生產生穩定而持久的學習興趣有著積極的推動作用。

2.以史為證，感悟知識曲折的形成過程。

當然，在科學教學中滲透科學史，不是為了給科學知識裹上一層“糖衣”，增加學習科學的趣味性，而應該讓學生感悟科學發展的曲折歷程。

在學生學習原子結構模型時，可結合課本材料，突出介紹道爾頓的“實心球模型”→湯姆森的“西瓜模型”→盧瑟福發現原子核→波爾提出“行星軌道模型”→現代的“電子云模型”→夸克的發現近兩百年的科學研究歷程，使學生領會到科學發現有時是幾代科學家鍥而不舍、接力棒式長期研究的結果。同時讓學生體會到科學是特定時代或特定條件下科學研究活動的產物，處在不斷變化發展和成熟的過程中，科學理論具有相對性，也讓學生領悟到科學家們對真理的追求與執著，領悟到科學探究的艱辛與曲折。

3.以史立范，培養學生基本的科學方法。

在學生學習《神奇的激素》這一節內容時，讓學生體驗達爾文、溫特等科學家對植物向光性現象建立的合理假說，對實驗的精妙設計，對實驗結果的科學解釋，之后再讓學生運用科學家的研究方法，自己重復達爾文實驗。這樣將科學方法與科學史緊密地融合在一起，使學生既了解科學家是怎么做的，又學會自己應該如何去做，使科學方法的教育更具有操作性，讓學生在“像科學家那樣進行探究”的過程中，更能體會到成功的自豪感，從而提升他們自覺掌握科學方法的積極性。

4.以史提能，提高學生的探究能力。

科學史也是科學方法的歷史，科學史一再證明，科學家之所以能取得成功，往往與他們運用了正確的研究方法有關。許多科學家都摸索出一套適合自己的思維方式。如伽利略開創性地運用定量描述與實驗研究相結合的方法;電磁感應定律的發現者法拉第認為表達物理思想的最好方式是構造相應的物理圖像;而建立經典電磁學理論的麥克斯韋則認為數學公式才能最深刻地表達事物的本質;愛因斯坦善于通過直覺思維洞察事物的本質，并用探索性演繹方法構造理論體系，等等。教師在教學中應充分把科學巨匠們獨到的科學思想和研究方法滲透到知識傳授中，從而培養學生思維的靈活性和變通性。

5.以史作鑒，培養學生博大的人文精神。

人文精神是人類在對自身的認識、自身的發展和自身的完善過程中形成的，并規范和約束著人類自身的各種活動，表現為人生觀和價值觀。人文精神的核心是“愛”，熱愛科學，熱愛科學事業，熱愛祖國，熱愛人類社會。單純通過科學理論知識的學習，學生并不能知道創造這些科學理論的科學家的人格魅力，而科學史正是超越了科學理論知識的這一局限，展示了科學家們的人文形象，使學生能夠從科學前輩那里汲取精神營養，領悟人文精神的內涵。

科學發展的歷史并非一帆風順，科學史上的巨匠們也并非個個光明磊落。當科學成果落在心術不正的科學家手中時，社會、對于整個人類來說，就是一場災難。

三、初中《科學》教學中科學史的教育價值與教學應用的思考

科學史是研究科學發生發展的歷史，它以其獨特的研究視角成為科學教育的一種非常寶貴的教育資源。其教育價值已逐漸受到各國科學教育界的普遍重視，并成為國際科學教育改革的一種重要的發展趨勢。

1.充分挖掘教材所蘊涵的科學史素材，全面提高學生的科學素養。

我國上世紀70年末至80年代初出版的科學教科書，基本上沒有科學史的內容。90年代出版的教科書已開始選取一些科學家的事跡作為學生的閱讀材料。而《標準》除了進一步突出科學史在科學課程中的地位和作用外，還對科學史進入科學課程的方式作了相應的變化。但對科學史的內容只給出了初步的建議，而沒有作出具體的規定。而現行教材中，有關科學史的具體內容也不多。這就給教師留有選材和具體處理的充分余地，同時也要求教師在教學中能深入分析，充分挖掘教材中有關的教學因素，并進行適當的補充和擴展。科學史對提高學生的科學素養的作用主要體現在以下幾個方面。

(1)重現科學發展的歷史，有助于學生對科學知識的理解。

科學史重現科學產生發展的歷史，其中必然涉及基本概念、基本理論等科學知識。但科學史的優勢并不在于介紹這些知識，而在于提供科學知識的產生背景，這對于理解和掌握科學知識是十分重要的。如在講光合作用的概念時，可適當向學生介紹比利時科學家海爾蒙特的小柳樹實驗和英國科學家普里斯特利的小白鼠實驗，幫助學生理解光合作用的原料中有水，產物中有氧氣這一結論。

(2)利用科學家的生平事跡，對學生進行科學精神的教育和熏陶。

科學的發展史也是眾多科學家不計個人名利，為科學事業貢獻畢生精力的奮斗史。“榜樣的力量是無窮的”，科學家在追求科學真理的過程中所表現出來的強烈的求知欲和好奇心，尊重事實、嚴謹求實的科學作風，堅持不懈、鍥而不舍的科學態度，不畏強權、堅持真理的獻身精神，以及善于聽取不同意見、與人合作交流的精神，等等，都強烈地感染著學生，激勵著他們努力學習。這些精神也正是科學素養的重要組成部分。教師應廣泛收集，因勢利導，在潛移默化中給學生以啟迪。如達爾文對大自然的熱愛和百折不撓、勇往直前的性格;摩爾根由不相信孟德爾學說到改弦易轍，創立基因論所表現出來的求實、公正的科學態度;沃森和克里克密切合作發現DNA雙螺旋結構的協作精神;居里夫人在極其艱苦的條件下仍鍥而不舍，最終發現了放射性元素鐳……這些科學家的生平事跡都是培養學生科學精神的極好素材。

2.科學史的引入應與科學探究式教學相結合。

在教學中引入科學史和探究式教學的目的是相同的，都是讓學生在獲得知識的過程中得到科學思維方法的訓練和科學精神的養成，即希望學生也能像科學家搞研究那樣，在教師的引導下進行獨立的探究，而不是由教師安排好一切，讓學生順著預定的途徑“走”下去，更不是由教師直接告知結論。特別是科學史中一些的經典實驗，充分閃耀著科學家的智慧，凝聚著正確的思維方法和獨到的研究方法，教師可以引導學生從模仿開始，逐步發展到獨立的探究和創新。

如“光合作用的發現史”、“生長素的發現史”中，有許多科學家進行的一系列設計巧妙的實驗，是引導學生進行探究的極好素材。在教學中，教師應設置情景，先引導學生自己進行探究，然后與科學家所采用的實驗方法進行比較，總結成敗得失，從而提高學生提出問題、建立假設、設計實驗、收集證據和合作交流等探究能力。實踐證明這種方法是有效的。

總之，科學史的教學不應是對科學歷史的簡單回憶，而是重在展現科學歷史事實的內在價值。《標準》強調:“在義務教育階段的科學課程中引入科學史，主要是作為學生學習科學的一種途徑和手段，科學史不應作為新的知識點來考核，其教學效果應當通過學生對相關科學知識的理解、對科學過程與方法的理解，以及學生科學態度、情感與價值觀的培養來體現。”只有把握住這點，科學史進入科學課堂才是可能的，也才是有效的。

四、科學史在《科學》中的教育價值

1.能促進學生對科學知識的理解。

在科學學科教學中，我們大多只是把概念、定理、規律的結論告示學生，教學中為提高所謂的“課堂教學效率”，很少介紹這些概念與理論的發展，只是讓學生知道如何“靈活”地應用這些知識去解決紙面上的學科問題，學生學的知識相對來說是靜止的、孤立的，可以說對知識理解是膚淺的。

2.使科學教學更具有人文精神因素。

被譽為“科學史之父”的喬治·薩頓博士，將科學史視為溝通自然科學與人文學術的最好橋梁。因為科學史關注的焦點就是科學家，在進行某個科學史實教育時，不但牽涉到當時的科學探究，而且必定牽涉到科學家的思想、性格、情趣、生活，必定牽涉到當時的經濟、政治、社會環境與學術環境，這就很好地在科學與人文之間架起了溝通的橋梁，使學生在了解科學的發展過程中，認識到科學也是具有思想的、文化的、倫理的，從而更深刻地認識科學的本質。

3.使學生對科學方法有更豐富、更完整的認識，并能使學生對科學方法論有一定的理解。科學的核心是探究，但現在一提到科學探究教學，很多科學學科教師總是認為，就是要多多應用實驗或類似科學問題的實際進行教學。但這只是科學過程中的事實證明而己，沒有包括科學發現過程哲學思想因素、社會的因素、文化的因素、物質條件的因素、科學倫理的因素，即沒有了解科學的真正探究本質，這種科學探究以單純的實證累積的方式介紹科學知識，會導致學生對科學有簡單化的甚至是錯誤的印象。從科學的發展史來進行教學能使學生從多方面來綜合認識科學發現的一般方法。

4.可以激發學生的學習動機，激發學生探究科學的興趣，使學生具有創新的意識。科學史實充滿著科學發現的傳奇、科學發現的曲折情節等，如牛頓的蘋果、瓦特的水壺蓋、法拉第的艱辛、雷利的精細、居里夫人的永不放棄等，這些能使學生對科學產生一種熱情，而不是解題的枯燥感。

5.使學生得到情感、意志、價值觀上的教育。科學史實較真實地展現了科學發現途徑中的科學艱辛，科學家們對科學發明的價值態度，科學家們對榮譽地位的認識，等等，這些無不是對學生情感的一次次洗禮。

科學史作為一門科學，它具有的價值遠遠不止上述所列，在教育上的價值也遠不止上述所舉，我們在實際教學要能認識到科學史在科學教育中具有這些功能，而不要簡單地把它作為一種只具德育教育功能，抑或只作閱讀材料，甚至是忽略它的存在意義。如何實現上述科學史在教育中的價值，正是我們一線的中學科學教師所應該思考的。

五、實行科學史在初中《科學》中的教學應用

1.有機結合，大膽創新——教材資源本身的整合。

阿基米德對浮力原理的發現，本身是“智慧火花”的閃現。在一堂課中，哪怕經教師的再三啟發，要讓學生在短短的幾十分鐘內也同樣碰撞出這種“火花”，是很難做到的。在教學過程中我把材料進行整合成“戲說阿基米德”，將實驗的物塊比作阿基米德，將溢水杯比作澡盆，模擬阿基米德的洗澡過程。用話外音讓阿基米德反復地問學生:“我浸入水的過程中，水越溢越多，我也越來越感到輕飄飄了，這是為什么?”由此來創設科學巨匠探究問題的情景，呈現給學生，讓學生體會浮力與物體排開的水的關系。

2.突破時空，拓展視野——教材資源與網絡資源的整合。

利用現代網絡資源，讓班級中的每位學生參與制作“我的生日與科學史”專題學習欄，讓科學家“闖入”學生的生日，讓科學事件“走進”學生的生日。雖然，這些科學家學生并不一定熟悉，這些科學事件中所涉及的科學知識和科技成果學生并不一定了解，但通過這一專欄的制作過程，學生在以后學習到相關的知識時，肯定會表現出濃厚的興趣和更多的情意投入，同時，在生活中肯定會更多地關注科學人物、科技成果和科學事件。組織有興趣的學生成立學習小組，利用現代網絡技術，關注“科學史上的今天”，當“今天”的內容與近期學習或已學知識相關時，以課堂簡述或專題學習欄的形式，展示給其他學生。這不僅能使小組中的學生開闊視野，而且能讓全體學生更多地了解科學史。

3.觸類旁通，相輔相成——教材資源與其他學科的整合。

科學知識是人類文化的一個重要組成部分，科學與其他學科的整合是培養學生科學精神與人文精神相統一的一條途徑。既具有科學性又具有人文性的科學史在這一整合過程中扮演著不可或缺的角色。

在社會與歷史的課程中，有很多材料都涉及中國的科學史。古代的“四大發明”讓學生感到驕傲，近代的科技落后讓學生感到恥辱。了解這些歷史，不僅對學生進行了一次憂國憂民的愛國主義教育，而且讓學生產生了這樣的疑問:“古代中國科技的輝煌，為什么傳承到近代就變成了落后了呢?”通過社會與歷史學科提供的資料與《科學》提供的相關資料的整合，學生組成學習小組，查找中國科學發展史的有關資料，形成專題研究，在追溯與思考中增加了憂患意識，增強了把握科技未來的決心。

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