如何以科學史為背景設計科學教學課

摘要：科學史教學設計，在一堂課的框架流程上來說，一般遵循一定的設計模式，本論文介紹兩種模式——融入模式和沉浸模式，并根據沉浸模式，設計了一堂初中《科學》有關電流磁效應的科學教學課，以此作為本論文設計的實踐與嘗試。

關鍵詞：科學史 科學教學 沉浸模式

一、緒論

1.科學史概念的界定

什么是科學史？北京大學教授吳國盛認為，科學史（History of Science）這個詞跟歷史（History）一樣有兩個層次的意思，第一層次指的是對過去實際發生的事情的述說，第二層次則是指對這種述說背后起支配作用的觀念進行反思和解釋[1]。也就是說，科學史既要對科學發展的歷程進行合理的梳理，還要對科學活動本身，比如假設、實驗、反思等作更深入的探討。所以，本研究對科學史的界定，立足于第一層次，即科學發展的簡單歷程，但更為關鍵的是第二層次，即對科學歷程背后的，特別是對思想觀念的重視。這樣一來，對于科學，就包含著人文理解與人文關懷。

2.為什么要選擇以科學史為背景設計教學課

在當代世界范圍內的科學教育改革中，科學史教育正慢慢從科學教育的邊緣進入科學教育的中心，特別是以美國為首的西方發達國家，重視科學史教育，已經成為科學教育改革的一大趨勢[2]。為什么科學史教育在科學教育中受到如此重視？我嘗試從3個方面進行概括。

（1）科學教育的根本目的并不僅僅是科學知識的傳授，還涉及讓學生知道科學的本質（中學科學教育主要在于能區分什么是科學，什么是偽科學，什么是迷信），而科學的本質，如果脫離了科學精神、科學思維和科學素養，就會造成以偏概全的錯誤，起碼是單薄、不全面的，但如若把其中的任何一個單列出來進行說教，毫無意義也毫無效果。那通過什么途徑達到呢？只有通過對科學本身的探究、發展及其進步等一系列過程中，即在科學發展歷史的熏陶下，才能潛移默化地讓學生自己，依靠自身的體驗和領悟而獲得。這種方法，其實與情境教學法是相輔相成的。

（2）科學史教學，是符合學生心理發展規律的。美國心理學家、教育家斯坦利·霍爾提出一個理論——復演論，認為個體心理的發展反映了人類發展的歷史。整個科學史，也即人類探索客觀世界的歷史，這其中充滿了人類對客觀世界的一系列看法和觀念的轉變。而這種轉變，能夠合理地在單個人的心理成長過程中復演，這就是科學史教學合理性的理論基礎。

（3）科學史科的創始人，喬治·薩頓說得好：科學史是自然科學與人文學科之間的橋梁，它能幫助學生獲得自然科學的整體形象、人性的形象，從而全面理解科學、理解科學與人文的關系[3]。對于當今中國教育問題，我們不得不面對的現實便是文理分科，甚至達到過猶不及的地步，而科學史教學，恰能把文理的距離拉近，雖不能完全解決這個困境，但也能適當舒緩這方面的壓力。另外，科學史研究分為內史和外史，所謂內史即科學本身的發展歷史，而外史即人類文化社會對科學發生影響的歷史，通過內史與外史的相互影響，科學史教學就能把文理有效地結合起來，能讓學生對人類發展有個全面而清晰的認識。

二、教學設計思路

從追溯科學史的框架來說，可以依循兩條線索，一條是宏觀、整體的科學史，另一條是微觀、局部的科學史。必須指出，這兩條線索并不是相互獨立的，而是互相依存的。通俗來講，就是你中有我，我中有你。以科學史為背景設計教學課，其設計思路，就是從科學史的這兩條線索中，得以啟發和進一步展開。

1.宏觀、整體的科學史

所謂宏觀、整體的科學史，即科學本身依照其自身所有的內在規律，在歷史上的起源、發展和進步的歷史。

宏觀、整體的科學史如何在教學中應用呢？誠如宏觀、整體的科學史不代表某一個人的作用一樣，它也并不能在某一堂教學課中有所體現，而應該是從一系列教學課集中反映出來的。換句話說，它是作為一個系列和整體，在各章節與章節之間，或者在一個章節里的各小節之間，演繹、復演科學史上的一系列發展和進步。當然，這當中也不乏一些不正確的東西，以及從不正確走上正確的過程。

2.微觀、局部的科學史

微觀、局部的科學史的關注點從宏觀、整體的科學歷史挪開，而轉向對于具體某個人的歷史，也即轉向具體的某個科學家在某一時期、某一領域里，為科學進步作出突破性貢獻的一段歷史。它的價值在于具體的某一成就是如何形成的，以及這種形成過程是否可以在具體某一堂教學課堂里面體現出來。

首先提及到人。科學家不乏一些在某一領域出眾的人，或許是在道德上，或許是在智力上，或許是在行為習慣上，或許是在思維方式上，不管怎么樣，這些異于常人的品質，或多或少都能在其科學成就上起到推波助瀾的作用。而在做教學設計的時候，不可忽視這些品質，理應選擇性地拿來，通過對某一科學家生平歷史的描述，讓學生潛移默化地受到這種特殊品質的熏陶。而科學家的生平歷史，屬于微觀、局部科學史的一種。

另外一種有別于人，而著重于事，就是對科學過程的重視。每個科學家對科學的研究探索，都會遵循一些必要的科學步驟，這些步驟已經滲透進科學家的思維習慣里面了。而微觀、局部的科學史，就是對這些科學步驟進行融會貫通。科學步驟，也就是科學家做研究的歷史，一般包含以下一些元素：①面臨的困境，②提出假設的過程，③設計實驗的過程，④實驗，⑤評論和評估，⑥展望和預言。

三、設計流程模式

一堂教學課的設計主要還是聚焦在教學內容和教學活動設計上，繼而，教師所要做的，就是如何在設計過程中對解構過的微觀、局部的科學史進行合適的重新組織了。通常，有兩種重新組織模式是值得借鑒的。

1.融入模式

1997年，英國倫敦大學皇家學院的科學教育學者孟克（M.Monk）和奧斯本（J.Osborne）聯袂在《科學教育》雜志上發表了《把科學史和科學哲學融入課程中：一個教育學的發展模式》一文，提出了把科學史和科學哲學融入科學教程與教學中的新模式。這個模式的教學共分為6個階段[4]——第1階段，演示現象；第2階段，引出學生的觀念；第3階段，學習歷史；第4階段，設計實驗；第5階段，呈現科學觀念和實驗檢驗；第6階段，總結與評價。

2.沉浸模式

孟克與奧斯本融入模式的立足點植根于教材，緊緊圍繞教材展開；而沉浸模式的立足點脫離教材，植根于范圍面更廣的資料，是典型的重資料而輕教材模式。融入模式與歷史事件之間有一個漸漸融入的過程存在，過渡在于當今現象與歷史問題的契合；而沉浸模式從一開始就已經沉浸在歷史之中，當今現象轉變為歷史的一部分，直接對歷史困境展開思索。它也分為6個階段：

第1階段，進入歷史。

第2階段，分析問題，引出觀念，進行假設。

第3階段，設計實驗。可以與融入模式一樣，以討論小組為單位，讓每組學生選擇其中一種觀點，設計實驗判斷其是否正確與有效。這一階段，也為了著重激發學生的想象力和創造力。

第4階段，進行實驗，并對各自的實驗結果進行總結分析。

第5階段，回到歷史，進行評價。

第6階段，展望和預言。

四、課件設計案例

以現用《科學》（牛津上海版）7年級第1學期第9章“電力與電信”中的“電流的磁效應”這一節為例，以奧斯特發現電流磁效應的歷史情境為背景，按照沉浸模式為框架設計教學課。

上課伊始，教師就將整個班級都帶入歷史情境里。奧斯特發現電流磁效應的時代背景是19世紀的歐洲，是在一個狂風暴雨、電閃雷鳴的午后，奧斯特在屋里突然發現指南針的指針轉動異常。通過這個情境，讓學生設身處地思考奧斯特面臨的問題，這個階段就是“進入歷史”階段。

繼而全班復習指南針轉動的工作原理，以及分析思考奧斯特面臨的情境問題，也就是打雷時指南針胡亂轉動的原因，并讓學生獨立作出猜想與假設，并對猜想與假設能夠作出解釋。同學們可能會認為，能夠使小磁針轉動，那磁針周圍可能存在磁場，而磁場如何而來，同學們很容易就會想到來自于閃電，而閃電生成磁場，是否又可以大膽地猜想電流具有磁效應。這個階段，就是“分析問題，引出觀念，進行假設”階段。

接下來，就是“設計實驗”階段。同學們可以根據自己所作的假設證明假設的正確性或者不正確性，不同的假設可以按照小組的形式進行實驗驗證。比如在這堂課里，同學們根據電流具有磁效應的假設，聯系前面幾堂課的電學知識，設計用一個通電導線和小磁針相互靠近，觀察磁針反應情況的實驗驗證。并判斷，如果小磁針轉動，并不指向南北了，我們就確信電流具有磁效應；如果小磁針不轉動（多次實驗的情況下），那么我們的假設就不成立，應該重新回到開始的問題，換一種思路進行設計。

設計完實驗，同學們就可以著手進行實驗了。進行實驗的過程也是關鍵的一環，不僅對學生操作技能的提高非常重要，同時，規范、謹慎、仔細的實驗過程能夠減少實驗誤差，避免與預想的實驗結果相左。這是“進行實驗”的階段。

實驗完成，總結實驗結果，并對假設進行判斷。在這堂課里，不出意外的話，都能得到預期結果，那就是電流具有磁效應。得到結果之后，我們重新回到歷史中，看看科學家奧斯特是如何處理他當時的困境的，他的處理辦法是否與我們的類似，并最終看到，歷史上奧斯特的想法與做法，竟然與在座的同學們的辦法驚人地相似！這讓學生身臨其境，有種親身經歷了歷史一般的感覺，這會在潛移默化中，讓學生對科學的情感、態度、價值觀產生微妙的變化！然后，教師簡單介紹這個實驗在歷史上的地位和價值，對后人所作的貢獻，以及在他身后的科學家對此的評價，以此讓學生了解這個實驗，了解這個科學發現的歷史意義及其重要性。這就是“回到歷史，進行評價”階段。

最后的“展望和預言”階段非常關鍵。在這一階段，讓學生身處那個年代里，站在歷史的高度，根據這堂課揭示的科學發現，大膽猜想和預言在接下來的科學探索中會有哪些科學驚喜出現。在電流的磁效應這堂課里，學生根據電流具有磁效應，可能就會猜想，通過電流的磁效應創造出用電流制作的帶有磁性的磁鐵，也即電磁鐵的發明。另外，電流具有磁效應，也即電生磁的過程，根據逆向思維，是否能夠聯想到磁生電的出現，磁生電也就是發電機的工作原理。這就使“電流具有磁效應”這一課并非處于孤立的狀態下，發現它與現代生活緊密相連，同時能夠讓學生們間接地認識到，電流具有磁效應這一實驗的重要性。

五、教學反思與總結

以科學史為背景進行教學，誠然有許多優勢，但同樣存在著諸多的不足。其中最大的問題在于往往過于強調科學歷史的探究過程，導致脫離教材課本太遠。在設計之時，總有這樣的困惑，當課本教材要求的重點與科學史意義上的重點產生一定距離感時，在有限的課堂時間里，到底該如何處理與取舍？這種取與舍，最后對于教學效果和教學目的的影響有多少？換句話說，課本教材到底應扮演一種什么樣的角色，它會不會對科學史教學造成束縛和限制？這是一。其二，科學史教學是否會使科學史知識喧賓奪主，成為學生興趣的對象，而對科學知識本身卻變得置若罔聞，如何把科學史與科學合理地安排是一個關鍵的步驟，處理得不好，會導致南轅北轍的結果。其三，科學史教學有時強調歷史上從錯誤的觀念轉變為正確觀念的過程，在這一進程中，是否蘊含的信息過于繁雜與豐富，既有歷史作為背景體驗，又需要對問題進行分析和思考，而后又要了解實驗成果背后的意義，這么多的內容，學生需要一定的知識儲備，在多大程度上，學生具備了處理這些信息的能力？其四，在沉浸模式中，需要使學生沉浸到歷史情境中，并站在當時歷史的格局之下思考問題，那這種沉浸狀態如何能夠更有效地實施？

這些問題都將會做進一步的研究與解答，相信將來有更多人會重視科學史教學，也會有更多人嘗試進行科學史教學，那時勢必暴露出更多的問題。而科學史教學的研究，就是對這些挖掘出來的問題進行更深入、更細致的探討與解答。我們不要忘了，這些不懈的努力，不僅是為了讓科學史教學日臻完善，更為重要的是為了幫助更多的學生揭開科學的神秘面紗。

參考文獻

[1]吳國盛.反思科學.新世紀出版社，2004，108[2]袁維新.科學史教育的教學價值與教學模式.教育科學研究，2004（7）

[3]喬治·薩頓著.劉兵，陳恒六，仲維光編譯.科學的歷史研究.上海交通大學出版社，2007

[4]丁邦平.科學元勘與科學教學改革的兩種模式.全球教育展望，2001（11）：49-54

作者簡介

張清，上海市康城學校，教師，電子信箱：zhanglane@163.com。

點評

科學史的教學是科學教育的一個重要內容，有利于學生了解科學技術發展的過程和客觀規律，培養學生的科學精神和科學素養。由于學生的科學學習過程與人類認識自然界和物質世界的發展史有許多相似之處，在科學教育中融入和借鑒科學史的內容將更符合兒童科學概念發展的規律，也可以使學生少走彎路。本文介紹了利用科學史開展科學教學的主要理論和課程設計模式與方法，并以電流的磁效應為例，分析了課程設計的主要過程，給出了具體的教學實例，以便于其他科學內容教學設計時參考。

如果作者能夠在論文中進一步探索科學史的內容如何與科學教學內容有機結合，避免喧賓奪主，將能解除更多教學內容設計者和教師處理這個問題時的困惑。

——周建中（中國青少年科技輔導員協會培訓工作委員會副主任委員，中國科協“做中學”科學教育改革實驗項目教學中心（東南大學）副主任）