科學史在小學科學中的教學路徑

在小學開展科學史教學有助于幫助學生提高科學學習興趣、建構科學概念、掌握科學方法、提升科學思維、發展人文精神。科學課程標準指出，要合理選擇科技史素材，讓學生理解科學本質，體會科學思想，學會科學方法，形成科學態度。教材中的科學史內容比較豐富，在低、中、高年級均有出現，多以“閱讀模塊”形式呈現，內容上主要為科學家及其研究發現的故事、某一科學認識的變化過程等。有些科學史內容作為引發科學思考的啟發性材料，有些則作為某一階段科學研究的補充材料。在下冊教材最后都有“專項閱讀”部分，一般以“科技發展歷程”為主題，呈現中西方比較重大的一些科技發展或科學發現。

在實際教學中，有的教師在教學科學史時以讓學生積累科學知識為目標，這不利于培養他們對科學課的興趣。教師要轉變對科學史的認識和教學觀念，嘗試多元化的教學策略，用好科學史，發揮其在培養學生核心素養方面的價值。

一、實踐指向，掌握科學方法

美國《K-12科學教育框架：實踐、跨學科概念與核心概念》指出，科學實踐與科學知識是相互融合的，學生要通過科學實踐形成、擴展和完善知識。科學實踐是科學方法具體的運用和體現，是科學發展的基礎，也是科學理論得以形成的關鍵。教師可以借助科學史，引導學生開展探究實踐，使其掌握科學探究方法。

四年級《月球》一課中，科學史呈現了不同時期人類對月球表面環形山的解釋。通過閱讀，學生知道了環形山是由于隕石撞擊形成的，至于為什么會得出這個結論，他們并不知曉。教師應引導學生先閱讀再實踐，在實踐中尋找證據。教師可以向學生呈現許多環形山的高清圖和閱讀資料，讓他們觀察、閱讀、交流環形山的特點。學生發現環形山的大小不同、深淺不同、數量很多，尤其是月球背面更多；有的環形山是單獨存在的，有的是大環里面有小環，有的環形山會疊在一起，形狀是像碗一樣的凹坑。基于此，他們初步形成了“環形山可能是隕石撞擊形成的”的假設。

學生基于隕石的大小不同、隕石撞擊月球表面的速度不同，設計模擬實驗。有的學生認為，可以利用大小相同的石頭，從不同的高度砸向沙坑，來模擬不同速度的隕石撞擊月球表面；有的學生認為，可以利用大小不同的石頭，從相同的高度砸向沙坑，來模擬大小不同的隕石撞擊月球表面。隨著撞擊“月球表面”的“隕石”越來越多，學生發現沙坑也有了月球表面上環形山的樣子：沙坑表面留下了很多大小不同的圓形凹坑，一些凹坑會有重疊的部分。教師組織學生交流探討，有的學生說：“我用石頭砸向沙坑，立馬這個位置就出現了一個凹坑，仔細一看發現，它的圓形邊緣部分的沙子稍微有一些隆起，這與月球上的環形山在形狀特征上很像。”有的學生使用尺子測量凹坑的深淺后，發現：“我剛剛從很高的地方將石頭砸下去形成的凹坑更深一些，從高度較低的地方砸下去的凹坑會淺一些，而且看起來大小也不一樣，而月球上的環形山就是這樣有深有淺、有大有小的凹坑。”有的學生仔細觀察了整個沙坑的樣子，發現：“剛剛我在往下砸的時候，與大家砸出來的凹坑有些就重疊了，月球上的環形山也有重疊的現象。因為凹坑的數量很多，凹坑的重疊區域的大小呈現出了不一樣。”

在這個過程中，學生模擬了科學家在建構隕石撞擊理論模型所使用的科學方法，將實驗中形成的沙坑的特點與月球表面真實的環形山的形態、大小、分布情況等方面進行比較與分析，獲得了月球表面環形山形成原因的科學認識。

教師利用科學史進行教學的一個重要目的是幫助學生掌握科學的研究方法。教師引導學生閱讀科學史，模擬科學史中科學家的研究過程，經歷完整的探究實踐過程，掌握科學研究方法，并讓他們意識到科學方法并不是一成不變，而是隨著科學研究的深入和發展而不斷演變的。

二、論證指向，提升科學思維

論證是科學思維核心素養的要素之一，是科學共同體圍繞同一論題，搜集證據并運用一定的論證方法解釋、評價自己及他人的觀點，促進思維的交鋒，最終達成雙方可以接受結論的活動。科學論證可以促進學生深度學習，使他們對概念、規律有深度的理解，從而發展科學思維能力。

六年級《用化石做證據》一課中，科學史呈現了魏格納用化石做證據證明“大陸漂移說”，用圖片的形式呈現了相關的化石分布情況。通過閱讀，學生知道了化石為大陸漂移說提供了有力的證據，然而，假如沒有經歷完整的論證過程，他們會失去提升科學思維的機會。教師讓學生先閱讀再論證，通過問題“大陸以前是連在一起的嗎”，引導他們使用化石分析表（見表1），從閱讀材料中提取信息，從化石的種類和化石發現的地點兩方面分析整理，發現同一種化石分布在至少兩個不同的大陸板塊上，并填在化石分析表中，再利用論證框架表達交流。

教師引導學生基于化石分析表將“問題—觀點—證據”整理在論證框架表中，不僅關注結論的正確性，而且強調論證過程的合理性和有效性。大多數學生經過前面的研究，可以比較容易地完成論證框架的填寫（見表2）。接著，教師組織學生使用已經填寫好的論證框架進行科學表達和論證。

例如，有的學生說，我研究的問題是“大陸以前是連在一起的嗎”。經過研究，我現在的觀點是“大陸以前真的是連在一起的”，我的證據是“舌羊齒的化石在5個現在并不連在一起的大陸上被發現，而且把這幾個大陸拼在一起后發現，舌羊齒的分布帶看起來是連續的。舌羊齒是植物，不會自己移動到那么多的其他大陸上，這可以證明南美洲、非洲、印度、南極洲、澳大利亞這幾個板塊以前很有可能就是連在一起、后來才分開的。”教師鼓勵其他學生繼續論證，豐富證據鏈。接著，有學生說：“我有補充證據。水龍獸的化石在非洲、印度、南極洲被發現，這也證明了非洲、印度、南極洲以前可能是連在一起、后來分開的。”學生使用論證框架進行科學論證，便于教師評價學生能否區分觀點和事實，能否正確使用證據，并建立證據和觀點之間的邏輯關系。論證框架的使用，為學生提供了客觀、科學的表達內容和結構，降低了表達難度，大大激發了他們進行科學論證的積極性，使更多的人主動參與論證。

這個過程使學生不僅對科學知識有了深入的理解，而且對知識的產生過程和合理性有了深入的理解。從科學史中能窺探到前人的觀察和想象，也能看到一個理論是如何替代另一個理論的。學生的很多前概念和認知與科學史是相似的，教師可以從科學史中選取適合學生的結構化的探究素材，讓他們親身經歷理論的論證過程，提升科學思維。

三、論辯指向，培養人文精神

薩頓曾在描述科學史的價值時指出，科學史是自然科學和人文科學的橋梁。長期以來，科學教育一直強調科學的工具化和實用價值，忽略了科學的人文價值，而科學史是人類文化的重要組成部分，任何時期的科學研究都有著特定的社會文化氛圍，并受到其他文化的影響，也影響著其他文化的形成。同時，科學史教學還能夠促進學生懷疑批判、實事求是、團隊合作等精神的發展，能夠充分體現科學的人文內涵。

在六年級《用化石做證據》一課中，科學史呈現了達爾文的“進化論”并指出其利用化石作為證據。學生通過閱讀，也只是知曉“進化論”這一觀點及其基本內容，而忽視如何利用化石論證“進化論”的觀點和“進化論”保留下來的曲折過程。教師變“閱讀”為“辯論”，提出“長頸鹿的脖子為什么是長的”這一問題。教師給出拉馬克和達爾文的解釋，讓學生依據各自所支持的觀點進行組隊，兩隊隊員圍繞進化機制、進化動力、學說證據等幾個方面，先利用互聯網資源、學校圖書館資源、向教師請教等方法做前期準備，然后開展辯論。

辯論時，辯論雙方各自闡述論點。支持拉馬克的學生說：“我們認為長頸鹿的脖子長是因為它們需要到更高的地方吃樹葉，脖子經常使用就會逐漸變長，并且遺傳給后代。”支持達爾文的學生說：“我們認為長頸鹿的脖子長是因為長脖子能吃到更多的樹葉而活下來，脖子短的可能會吃不飽而餓死，長脖子這個有利特征長時間地積累就遺傳給了后代。”接下來，教師引導雙方像科學家一樣提供支持性證據。支持拉馬克的學生給出一些其他動物的例子，如“洞穴魚長期生活在黑暗環境中，眼睛逐漸退化，家養的動物也會出現一些祖先沒有的特征，所以器官變發達或退化可能是普遍存在的”。支持達爾文的學生結合化石證據提出：“化石向我們顯示越古老的地層里生物越簡單、低等，新形成的地層里的生物更復雜、高等，這說明生物如果不適應環境是會滅絕的。”教師繼續引導學生討論是否對對方的闡述有質疑。例如，支持達爾文的學生提供反證：“我們還有證據反駁你們。現代遺傳學認為，生物的遺傳特征由基因決定，樹葉位置很高，不會改變脖子短的長頸鹿的基因。”最后雙方總結陳詞。

辯論結束后，達爾文的自然選擇學說可能因為學生提供了更堅實的邏輯基礎和廣泛的化石證據而勝利，但辯論過程更重要的是讓學生模擬經歷科學史中觀點的碰撞。教師要引導學生更加關注對辯論過程的評價，讓他們認識到科學的發展充滿了曲折和爭議，體會科學家在面對未知和困難時具備的批判性思維和創新精神，感受與隊員合作時的友好溝通與親切互助，形成實證精神、團隊合作、科學是不斷發展的等科學人文精神。教師要意識到，包含人文精神在內的科學教育才是完整的科學教育。

小結

科學史在小學科學教學中有著不可忽視的價值，是小學科學教學重要的教育資源。科學教師要充分認識其重要性，充分儲備相應的科學史知識，探索多樣化的教學模式，突破淺表化、偏差化的科學史教學現狀，用足科學史，發揮科學史在小學科學教學中應有的多維度的教育價值，全面提升學生的核心素養。

（作者單位：南京師范大學附屬小學）

參考文獻

[1]谷建英.淺析初中物理教學中科學論證能力的進階表現[J].新智慧，2018（15）.

[2]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）.