巧用科學史料 提升綜合素養

胡曉燕

【內容摘要】把科學史的知識融于《科學》教學，對提高學生的科學素養具有重要價值。文章結合初中科學教學實踐，闡述了如何巧用科學史料，提升學生科學素養的問題。

【關鍵詞】科學素養 科學史料 策略方法

科學史集中反映了人類探索和認識客觀世界的歷程，蘊含著非常豐富的“立德樹人”的教育因素。近年來，中考試題也不斷引入科學史，這既是試題命制的創新，也是科學教學的一種倡導，給科學教學帶來許多有益的啟示。

一、加強科學史教育，提高學生人文素養

人們已經清楚地認識到科學技術的發展離不開人文精神的引導與限制，只有綜合運用科學和人文社會科學知識才能解決。于是，科學與人文素養的培養，也就很緊迫地提到了我們教育者的面前。提高學生綜合科學素養離不開必要的科學史，這些需要學生掌握的科學史往往是現代公民的常識。盡管科學考查的重點不在科學史，我們的教學也沒必要讓學生記憶科學史，但這些基本的科學史常識應當成為學生的常識，端正學生求真務實的治學態度，愛科學、用科學以及勇于為科學獻身的精神品格。

例如（衢州卷2題）：提出“日心說”的科學家是（ ）

A.托勒密 B.哥白尼

C.牛頓 D.哈勃

因此，教師首先要有科學史觀和科學史的教學認識，有必要滲透科學史，對學生進行必要的通識性教學。何況掌握必要的基本的科學史也是課程標準及考綱的要求之一。

可見，科學前輩們如果沒有求實務真的科學態度，許多重大發現不知要被推遲多久，科學技術的發展肯定沒有今天這樣日新月異。讓學生了解科學史，可以培養學生熱愛科學、獻身科學的精神，具有非常重要的教育意義。因此，有意識地在教學中滲透科學史教育，從而達到科學與人文素養的共同提高。

二、巧用科學史料，提升學生科學素養

1.巧用科學史料有效創設情境

中考科學試題一般有與被考查的知識或能力有著一定聯系的具有一定意義的情境。科學史作為科學知識的發現、發展的見證，呈現出原汁原味的曲折又完整的探究歷程，因而作為試題情境具有獨特的優勢。

例如金華中考題：達爾文在研究光照對植物胚芽生長的影響時，就已經發現胚芽在受到單側光照射時，會彎向光源生長。在此之后，眾多科學家深入研究后發現，原來能夠影響植物彎向光源生長的物質其實就是（ ）

A.維生素 B.DNA

C.酶 D.生長素

該題以達爾文研究光照對胚芽影響的科學史作為試題情境，考查植物生長素的知識，學生在完成應試的過程中了解生長素發現的史實，獲得一些探究方法，使生長素知識考查不單調，富有科學探究背景，題型新穎。

可見，科學史可以作為試題的情境呈現，顯然，也應該能以教學情境呈現。科學知識的發現和發展過程都有自己的歷史事實，在教學中，有選擇性地呈現這些史料，可以幫助師生共同分析科學史中所蘊含著的探究過程、方法，從而提高獲取和處理信息的能力，從而有效地幫助學生消除由此帶來的試題陌生度，充分發揮出平時學習積累起來的分析能力來處理試題情境。例如教師借助以燃燒理論建立的科學史為背景，比較詳細地描述了燃素說主要觀點、拉瓦錫實驗過程與結論，將學生置于比較陌生的探究情境中，要求學生運用氧化汞分解的知識點和質量守恒定律，能夠運用理論解釋實驗事實，能力要求較高。

如果學生在大量的陌生的科學史料面前慌了陣腳，信息處理與應用能力不夠，知識遷移能力薄弱，就會影響學生思維，容易出錯甚至無從下手，需要我們教師平時加強科學史教育，注重探究學習的指導和訓練。

2.巧用科學史料培養學生科學探究能力

多數科學史料往往作為課堂教學的引課，發揮著激發學生學習興趣的作用。然而，科學史即科學探究史、科學探究方法史，其中蘊含著豐富的科學探究歷程，不少具有完整的可供學生借鑒的探究歷程。如“牛痘”發現，在教學時，我們充分挖掘科學史的探究教學功能，使之成為教學的常態，讓學生在教師有選擇的信息提示下重溫科學家當初科學探究歷程。例如教學浙教版科學（九下）的《遺傳和進化》第一課時內容，教師可以組織學生調查自己家族中“單眼皮和雙眼皮、有無耳垂、虹膜的顏色、拇指的彎曲”等形狀，然后在課堂上互相交流和評價，體驗遺傳和變異的普遍存在。接著，引導探索產生遺傳的原因，用生物發育起點進行推測可能是精子和卵細胞中攜帶著，然后出示17世紀先成論者畫出人的精子圖，驅動學生用實驗事實將以驗證，接著展示1667年荷蘭科學家——虎克在顯微鏡下所見精子的結構，進而否定這一假說。讓學生根據細胞的結構猜測起遺傳作用的可能是哪一部分？并讓他們設計實驗證明。再引導學生回憶“克隆羊——多利”的實驗，教師適時引入赫脫維奇研究海膽的生殖實驗，并介紹費萊明發現核分裂中染色體的變化，進而提出染色體的主要化學成分是DNA和蛋白質。從而引導猜想：哪種成分起到遺傳的作用？接著讓學生設計實驗。再展示1952年美國遺傳學家阿爾弗雷德·赫爾希和瑪莎·蔡斯通過噬菌體病毒證實，傳遞遺傳信息的是DNA而不是蛋白質。于是引導學生探究DNA的結構，展示詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克提出的DNA雙螺旋結構模型假說，讓學生思考：如何才能證實這個結構模型假說？最后展示勞倫斯·利弗莫爾和勞倫斯·伯克利用掃描隧道電子顯微鏡首次捕捉到DNA雙螺旋結構的照片。這樣的教學安排非常自然地隱含著由于顯微鏡技術和實驗技術、方法的進步，擴大了人類的認識范圍，提升了認識微觀世界的能力，從而有效激活了教材里呆板的知識陳述，激發學生探索的興趣，促使學生認同科學的進化特征，順其自然地認識到科學的本質。實踐表明，這種滲透科學發現史的教學能有效促進學生科學探究能力的提高。

3.巧用科學史料認識科學本質

科學史教育有助于學生深刻理解科學知識的本質：世界是能被認知的但無法被完全認知的，科學知識在本質上是不斷地發展和變化的，新的觀察和新的發現也不斷地挑戰傳統的理論，于是，科學知識就是在不斷否定中才得以逐步完善，例如“日心說”取代了“地心說”，“八大行星”取代了“九大行星”。科學史教育也有助于學生深入理解科學探究的本質：堅實的證據是科學探究的基礎，猜想假設是有效促進科學探究的關鍵，例如，大陸漂移說的提出就需要奇特的想象力，而原子結構需要探索和實證。

教師在浙教版科學（八下）教材中關于“原子結構模型的建立”教學中，可以采用這樣的方式組織教學：假如我們不斷地分割一塊糖，會得到怎樣的微粒呢？有效激發學生開展討論與猜想，回憶所學的科學知識進而提出依據。然后將問題的焦點集中在“原子是什么樣的”，繼續驅動學生深入思考，并大膽地展開想象，描摹出自己心目中的原子模型，說出自己這樣描繪的依據。順勢展示英國科學家道爾頓在1803年提出“原子是微小的不可分割的實心球體”的原子結構模型。在充分討論、分析的基礎上，教師引導學生從科學發展史上去尋找證據。趁機提供1897年英國科學家湯姆生利用了真空技術發現了“電子”（如圖），引發學生思考：“現在的你又認為原子是什么樣的？”讓他們修正原有的模型。

接著展示湯姆生的“西瓜模型”。然后再問“原子的結構模型真如此嗎？”讓學生思考、尋找科學史實證據，繼續展示1911年盧瑟福的α粒子散射實驗（如圖），深入驅動學生思考、分析實驗現象，修正自己的模型。

接著出示“盧瑟福的行星模型”，激勵學生要有科學家的思維，大膽地進行猜想和假設，小心翼翼地求證。教師繼續讓學生思考：這樣的模型是否完美？最后展示波爾的分層模型和現代電子云模型等，啟示學生認識到：原子結構的模型假設至今還在不斷的完善之中，科學發展永無止境。

教師如此層層設問、步步驅動學生深入探究，始終讓科學史實說話，不但使學生體驗到原子是可分的，而且認同科學的本質就是不斷探索求真，在探索求真的過程往往是以“一種假設去取代另一種假設”，于是科學就在不斷地修正和完善的過程中發展著，并無限地逼近真理。

那些在科學家創造性工作中顯示出來的絕妙方法，可謂舉不勝舉，只要運用得當，都會對學生產生深刻的思維上的啟示。科學方法在科學教學中是一種滲透和融合，不是貼標簽或強行說教。因此，有效運用科學史上的案例，幫助學生理解科學家在特定的技術背景、概念架構中建構科學理論時是如何選擇或創立研究方法的，從而幫助學生了解科學方法的本質。

而從當前試題命制技術來看，考查學生科學本質的試題比較難以命制，但對學生進行科學本質教育不能因此而削弱，隨著命題技術的發展，考查科學本質將是新穎試題的一種方向。

例如臺州卷20題：新的科學理論或學說通常是在補充、修正甚至推翻原有理論或學說的基礎上形成的。以下選項未體現以上過程的是（ ）

A.湯姆生的“葡萄干面包”原子結構模型→盧瑟福的核式原子結構模型

B.托勒密的地心說→哥白尼的日心說

C.神創論→達爾文的進化論

D.天圓地方說→大陸漂移說

該題以科學史為素材，考查學生對科學本質的理解，要求學生理解科學理念或學說的發展過程而不是記憶相關理論知識。學生對科學基本概念、定律和理論的形成歷史，了解得越具體，也就越能懂得它們的本質和豐富的內涵，也就越深刻地理解科學發展的現狀，也就越能獲得超出定律和公式的許多啟示。科學課程學習所需要的與其說是現成的結果，還不如說是研究及其過程；離開了引向這個結果的發展過程來把握結果，那就等于沒有結果。因此，該題的考查點與考查方式新穎但又屬于課程標準與考綱范疇。當然，為了達到不同的訓練目的，同樣的科學史還可以不同的形式滲透在不同的任務中，從而加深學生對科學本質的理解。

三、運用科學史料的注意事項

現代科學本質觀認為：科學是可錯，是受一定社會歷史條件制約的；科學知識是相對合理的，不同背景和經歷的人對同一證據的解釋會有差異性。但必須強調的是：在引入帶有科學的失誤、甚至是科學發展過程一些錯誤認識的科學史實時，數量和次數都要適宜；即使引入了，也要與學生一起分析當時的時代背景，理性看待“失誤”，以避免在他們幼小的心靈中留下對科學的錯誤印象。

在教學實踐中，科學史教學可以作為課堂教學的一部分，但并不是教學重點。教師應該根據教學內容與教學設計思路妥善處理，雖然提倡科學教學要滲透科學史，但不能因此而變成“科學史課”。在實踐中，科學史相關知識教學并不局限在課堂，可以指導學生開展科學史閱讀、開展科學史方面的研究性學習、刊出科學史為主題的黑板報、開設科學史主題講座等課外學習方式，都對提高學生的人文素養有效。

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（作者單位：浙江省臨海市回浦實驗中學）