小學科學教科書中科學史內容的分析及教學建議

摘要 科學教科書中編排了大量的科學史內容，對培養小學生科學素養具有重要作用。從出現次數、呈現方式、內容類型、教學指向四個維度分析教科版《科學》中的科學史教學內容，可以為教師提供更為清晰的科學史教學線索，利于教師轉變觀念重新審視科學史的教學地位，進而合理組織科學史教學內容、靈活選擇科學史教學策略。

關? 鍵? 詞 科學史 教科版 小學科學 科學素養 科學精神

引用格式 劉劍.小學科學教科書中科學史內容的分析及教學建議[J].教學與管理，2022（35）：69-72.

科學史是人類科學發展歷程的高度凝練，包含了人們在探索自然過程中形成的科學價值、科學規范和科學習慣，對提高小學生科學素養具有重要作用。科學史包括研究自然、理解自然和改造自然的研究人員的歷史，以及在研究過程中的重要事件、經典實驗和研究體系等。小學科學教科書中編排了大量的科學史，作為小學科學教學的重要課程資源，科學史內容具有重要價值。科學史可以幫助學生認識科學發展的過程，明確科學研究的方法，理解科學研究的本質；可以幫助學生創設探索問題的情境，揭示科學概念產生的原理及其應用；還可以增強學生學習興趣，拓展學生的科學認知視野[1]。因此，筆者對教科版《科學》中的科學史內容進行梳理分析，以期幫助教師更好地把握教科書中的科學史內容，使之更好地融入科學教學，提高學生的科學素養。

一、教科版小學《科學》中科學史內容的分析

筆者在借鑒前人研究經驗的基礎上[2]，結合教科版《科學》的編排特點，確立了4個一級分析維度：出現次數、呈現方式、內容類型和教學指向。在一級分析維度之下進一步細分2～3個二級分析維度，并對二級分析維度進行操作性定義（見表1）。依據表1對各年級教科書中的科學史內容進行統計分析。

1.科學史內容出現次數的分析

科學史在教科書中出現的次數可以體現教材編寫者對科學史的重視程度。教科版《科學》中科學史內容的出現次數可以從科學家和科學故事兩個方面考察。由表2可以看出，科學故事和科學家出現的次數大體相當。

對科學家的介紹可以豐富小學生對科學家的認識，為他們樹立優秀的榜樣。如一年級上冊“植物”單元中的“科學閱讀”板塊介紹了2015年獲得諾貝爾生理學或醫學獎的屠呦呦。科學故事的敘述可以使小學生對科學發展的認識更加具體生動，更容易激發他們的學習興趣。如五年級下冊“環境與我們”單元通過了解我國古代造紙技術，指導學生做一張再生紙，從而培養學生資源再生的意識。

總的來看，教科版《科學》的科學史數量隨年級的升高而逐漸增多，特別是從三年級開始數量明顯增加。其中，中外科學家的數量上，國外科學家要略多一些，主要以科學發展過程中有重大發現或產生過重大影響的科學家為主，如牛頓、伽利略、列文虎克、孟德爾、麥哲倫等。在每冊教科書前的“科學家這樣做”板塊以中國科學家為主，如沈括、竺可楨、童第周、鐘楊、南仁東等。

2.科學史內容呈現方式的分析

科學史內容的不同呈現方式反映了教材編寫者不一樣的編寫意圖。教科版《科學》中科學史的內容呈現方式有背景性正文、貫穿性正文和特定板塊（見表3）。

背景性正文是對教科書正文內容的介紹或補充，是對某一科學事件、實驗裝置或研究成果的介紹說明。有的放在正文之前起到引入鋪墊的作用，如四年級上冊“運動和力”單元的“讓小車運動起來”一節就通過各種類型的車的發展史引入教學；有的放在正文之后，補充說明正文所學或者引導學生進一步探究，如五年級上冊“光”單元中美國宇航員登月后，科學家利用光的反射原理測得了地球到月球的平均距離。貫穿性正文作為正文的一部分，有的是正文研究內容的一部分，作為學生探索內容的一個點，如五年級上冊“地球表面的變化”單元的“地震的成因及作用”一節中通過唐山地震和汶川地震后的圖片感受地表的變化；有的貫穿正文始終，作為某一章節的主體，如六年級下冊“宇宙”單元中“探索宇宙”一節通過了解人類探索宇宙的歷史，激發學生探索宇宙奧秘的興趣。特定板塊主要指每冊教科書目錄之前的“科學家這樣做”這一板塊。如二年級下冊介紹了我國宋代科學家沈括及其主要成就，六年級下冊介紹了進化論的奠基人達爾文。這些特定板塊中科學家的介紹對培養小學生科學學習興趣、拓寬學生知識面助益良多。教科版《科學》的科學史內容呈現方式多樣，并且和各小節內容結合緊密，有助于培養學生的課程學習興趣，幫助學生更好地理解課程內容，拓展學生知識面，對知識進行深度挖掘。

3.科學史內容類型的分析

教科版《科學》中科學史的內容類型可以分為三類：科學家介紹、科學事件介紹和實驗背景介紹（見表4）。

“科學家介紹”主要介紹人類科學發展過程中一些重要的科學人物及其取得的主要成就，如二年級下冊“科學家這樣做”中介紹了我國宋代的沈括在總結前人經驗的基礎上，提出了指南針放置的四種方法，為世界航海事業的發展提供了極大的幫助。“科學事件介紹”主要描述重要的科學發現、實驗裝置及其影響，如六年級上冊“微小世界”單元的“怎樣放得更大”一節里介紹了光學顯微鏡的發明過程，并指出了光學顯微鏡和電子顯微鏡的主要特點，為學生探索把兩個凸透鏡組合起來可以把物體放得更大提供幫助。“實驗背景介紹”主要是介紹實驗裝置的產生及原理，如六年級上冊“推動社會發展的印刷術”一節對我國古代印刷術的介紹為學生模擬活字印刷術做了準備。在三類內容中“科學家介紹”最多，通過對科學家個人生平的描述可以迅速拉近學生與科學家的距離，認識更加真實的科學家，學習他們嚴謹的工作態度、鍥而不舍的科學精神。“科學事件介紹”和“實驗背景介紹”的內容相對較少，“科學事件介紹”可以使學生快速了解科學發現的歷程及其在科學發展史上的作用，激發學生學科學、愛科學的興趣；“實驗背景介紹”可以幫助學生更好地開展實驗，提高實驗的規范性與準確性。

4.科學史內容教學指向的分析

教科版《科學》中科學史不同的呈現方式、不同的內容類型對學生科學思維方式的培養、科學學習方法的掌握具有重要作用，但在具體科學史內容的運用中，其教學指向是不同的。科學史教學內容的教學指向可以從三個方面考察：閱讀與了解、思考與討論和查閱相關資料（見表5）。

指向“閱讀與了解”的科學史內容重在引導學生了解科學家和科學事件的具體內容，使學生在較短的時間內獲得大量的科學史知識，激發學生的科學學習興趣，如六年級上冊“科學家這樣做”中對建造“中國天眼”的南仁東的介紹，可以激發學生探索宇宙奧秘的好奇心，感受中國天文學家的堅韌與執著。指向“思考與討論”的科學史內容是在閱讀的基礎上引發學生對本節學習內容的思考與討論，以促進學生對科學事件、科學實驗的深入了解，并進一步培養學生的操作能力和探究能力，如六年級上冊“地球的運動”單元的“人類認識地球運動的歷史”一節，通過回顧人類探索地球運動的歷程，在了解“地心說”“日心說”的基礎上展開討論，為晝夜交替的模擬實驗提供指導。指向“查閱相關資料”的科學史內容要求學生在課堂學習的基礎上，就相關主題補充資料、拓寬知識面，如五年級上冊“計量時間”單元的“時間在流逝”一節，要求學生搜集資料，交流古人利用太陽計時的方法和事例，為后續學習提供支撐。

總之，教科版《科學》科學史教學內容豐富，整體呈現隨年級的升高而增多的趨勢。呈現方式上，背景性正文、貫穿性正文和特殊板塊三種呈現方式并存，其中獨具特色的是每冊教材之前的“科學家這樣做”，比較具體地為學生介紹一位科學家的生平及主要成就，可以豐富學生的科學認知，激發學習興趣。在科學史內容方面，科學家介紹占比最大，這和小學生的年齡特點緊密聯系，便于教師在教學中的滲透；科學史教學內容主要指向閱讀與了解，思考與討論和查閱相關資料較少，這也與學生的實際相符。教科版《科學》科學史內容在年級間的差異較大，缺乏均衡性，且以科學家、科學故事的形式呈現較多，對科學實驗的重現、科學結論的討論、科學資料的搜集等學習方式關注較少。

二、教科版小學《科學》中科學史內容的教學建議

1.重新認識科學史的教學地位

大多數科學教師認為，科學教學傳授的是人類科學探索過程中形成的科學知識和科學方法，在這一過程中引入科學史，可以作為背景資料，激發學生學習興趣，為后續教學做鋪墊，也可以作為課堂教學的延伸和擴充，拓展學生的知識面，鞏固課堂所學。這樣的科學史教學會集中于學生興趣的激發，容易成為科學教學的附屬內容，科學史教學被片面呈現，得不到應有的重視。薩頓認為，科學史是不同于一般的歷史，它是人類社會進步、思想進化的歷史，如果科學史教學不能對鮮活的科學歷史進行整體描述，就不能稱之為成功[4]。因此，科學教師要轉變觀念，在科學教學中為學生呈現真實的科學史，展現科學發展的完整歷程，提供嚴謹有序的科學知識和方法，彌補教材編寫的不足。如五年級下冊“環境與我們”單元的“讓資源再生”一節中，在“探索”環節首先安排學生了解我國古代的造紙技術，并附有一張我國古代造紙流程圖。多數教師在處理這一環節時，通過視頻或PPT讓學生了解中國古代造紙的一般流程：斬竹漂塘—煮楻足火—蕩料入簾—覆簾壓紙—透火烘干，為學生自己動手制作一張再生紙提供方法上的準備。結合科學課程標準提出的“了解科學、技術、社會和環境的關系，具有保護環境的意識和社會責任感”的要求，教師可以在學生了解古代造紙過程的基礎上，引導學生在制作再生紙的過程中感受古代勞動人民的智慧，補充關于造紙的相關知識，并在“研討”環節指出蔡倫改進的造紙原料多是樹皮、麻頭、魚網等，進一步培養學生的環保意識和社會責任感。

2.依托教材組織科學史教學內容

教科版《科學》科學史內容編排涉及領域全面、內容豐富，但多以背景資料、拓展知識等形式出現，在具體教學過程中不一定能滿足教學需要。因此，教師需要根據學生認知特點和科學課程標準的要求，依托教材進行適當的補充與完善，合理組織科學史教學內容，從而更好地培養學生的科學素養。

一是指向科學精神培養的科學史教學內容組織。科學精神是人類科學探索過程中形成的勇于獻身的精神、不屈不撓的意志、求真去偽的態度等精神狀態。教學過程中教師要基于學生已有認知，結合具體教學實際，選擇、組織科學史教學內容。教科版《科學》在每冊教材中都安排了“科學家這樣做”板塊，介紹一位中外科學史上的著名科學家，但由于篇幅有限，從教材中學生只能大致了解某位科學家的主要科學成就，需要教師及時補充、重新組織。如六年級上冊，該板塊介紹了“中國天眼”FAST的建造過程及FAST工程的首席科學家兼總工程師南仁東。實際上，在FAST建造后期南仁東已經身患肺癌，但他依然堅持工作；他還是國際天文學會射電專業委員會委員主席，主要從事射電天文學基礎研究。這些都是教師應當為學生介紹或者引導學生去了解的內容。

二是指向科學思維培養的科學史教學內容組織。科學思維是指在科學探索過程中形成的，對科學認知活動和各類認知材料展開加工處理的思維方法的總和。對小學生而言，主要包括綜合分析能力、推理論證能力、批判思維能力和創新思維能力等。在科學課堂教學中，教師需要根據學生的認知結構和認知特點，以及具體教學內容，逐步培養學生科學思維。如六年級上冊“地球的運動”單元“人類認識地球運動的歷史”一節，通過回顧人類認識地球過程中的兩種理論——托勒密的“地心說”和哥白尼的“日心說”，使學生認識到科學真理是在證據支持下不斷完善，并推動人類進步的。在教學過程中可以培養學生的批判性思維能力，使學生初步養成用辯證的眼光看待事物的習慣。

3.貼近學生選擇科學史教學策略

一是引入科學故事。通過故事的形式介紹科學史上的重要發現、發明過程和著名人物及成就是科學史教學的常用策略，特別是在中低段，科學故事可以更好地激發學生的科學學習興趣。在科學課堂教學中教師可以根據學生情況和課程安排在課堂開始時、課堂進行中和課堂結束時引入科學故事[5]。如六年級上冊“電和磁”單元可以把丹麥科學家奧斯特發現電流磁效應的故事放在課始引入，提高學生學習本單元知識的熱情；五年級下冊“船的研究”可以把與船的發展歷史相關的資料放在課中介紹給學生，幫助學生初步了解從獨木舟到現代艦船的發展史，豐富學生的認知；六年級下冊“生物的多樣性”單元中孟德爾和豌豆實驗的內容可以放在“形形色色的植物”這一節內容的課尾，以開拓學生的視野。

二是重現科學探究過程。科學探究是指科學家通過自己的調查研究認識和解釋自然界的活動，包括提出問題、收集數據、建立假設、驗證假設、得出結論以及交流結果等，其實質是探索未知世界的路徑與方法。從科學史的角度看待科學探究的過程，需要幫助學生重現科學史上重要理論的發現過程，加深對科學概念、科學規律的理解，從而使學生在現實情境中運用所學解決問題。具體教學過程中教師需要創設情境，讓學生置身于科學發現歷程中，沿著科學家的足跡探索，領悟科學家的所思所想，讓他們了解科學家是怎樣發現問題、分析問題和解決問題的，進而領會科學探索的一般方法，初步培養學生的科學探究能力[6]。如五年級上冊“計量時間”單元“用水計量時間”一節，通過水鐘引入教學，讓學生在制作水鐘的過程中發現水鐘計時的關鍵：讓水以均勻的速度往下流。繼而再次觀察古代水鐘。在這一過程中初步培養學生發現問題、解決問題的能力。

參考文獻

[1] 王健.試論科學教育中科學史的教育價值[J].新課程教學，2014（02）：4-9.

[2] 朱曉民，馬勇軍.文化視野下中學理科教材中科學史內容分析[J].課程·教材·教法，2013，33（06）：72-81.

[3] 史加祥.小學科學教材中科學史內容分析研究——以教科版、遠東版和劍橋版三套教材為例[J].教育參考，2021（05）：85-92.

[4] 喬治·薩頓.科學的生命[M].劉珺珺，譯.上海：上海交通大學出版社，2007：32.

[5] 張勇.科學史視野下的小學科學教育策略[J].實驗教學與儀器，2021（10）：52-53.

[6] 徐敬標.小學科學教學滲透科學史教育的研究[J].教學與管理，2010（08）：42-44