破解科學史教學困境的實踐探索

科學史是小學科學的重要教學內容之一。科學史的學習不僅是了解已經發生的史實、熟知已被驗證的概念和知識，更是指向學生對科學本質的理解與科學觀念的內化。實際教學中，有的教師往往只通過閱讀史實資料、觀看紀錄片等方式進行教學，導致學生難以將科學知識內化形成認知體系并遷移運用。在《地球》一課的教學中，教師通過回溯史實情境、融合挑戰任務、優化思維歷程，嘗試破解科學史的教學困境，以學生為主體，豐富他們的感知體驗，喚醒其心智，激發其好奇心，驅動其主動建構概念，最終形成科學觀念。

一、回溯史實情境，創設沉浸式體驗氛圍

教師通過課前調查發現，大多數學生已具備關于“地球形狀”的前概念，但當教師提出“如果你生活在古代，會如何回答地球是什么形狀”這個問題時，舉手的學生卻寥寥無幾。不難看出，由于科學史教學內容的特殊性，學生缺乏感知與體驗，這就導致他們對概念的認知僅停留在了解、知道的層面，缺乏對概念背后所指向的科學本質的理解。因此，教師設計了前置任務——我與古人共觀天，嘗試通過再現史實情境，引導學生沉浸式體驗，從而激發他們的思維。

教學片段

師：古代雖交通不便，難以走出腳下的一畝三分之地，但人們熱愛觀察天象。今天，我們學習古人，觀察一天中太陽在天空中的運行軌跡，并在記錄單上畫一畫。

（學生實地觀察、記錄并匯報。）

生：這是我家的位置，早晨太陽從玄武湖的方向升起來，越升越高，晚上便落在河西金鷹世界商場的后方。

生：這是我家的位置，早晨太陽從紫金山后升起，中午在我的頭頂上方，晚上從電視塔的方向落下。

師：古代可沒有今日的高樓大廈，我們如果將記錄單上的這些建筑物去掉，重現古人看到的場景，太陽在天空中的運行軌跡是怎樣的呢？大家畫一畫。

生：沒有遮擋物，古人應該看得比我們更清楚，太陽的運行軌跡是一個弧形。

師：古人跟我們一樣觀察到太陽在天空中呈現弧形的運行軌跡。那么你對天地的形狀有怎樣的推測？

生：很明顯，天不是平的，是有弧度的。

生：每個地方的人都觀察到太陽在天空中的運行軌跡是弧形的，那么天的形狀應該跟倒扣的碗類似，是一個立體的弧形。

師：沒錯，古人根據觀察到的現象提出了“天圓地方”的觀點，這也是他們對地球形狀的最初認識。

生：我有一個問題，天與地在哪里接壤呢？在宇宙的盡頭嗎？

生：我也有問題，只憑太陽的運動軌跡來推斷地球的形狀，是不是太草率了？

具身認知理論指出，認知是身體在環境的主導下主動建構而成的，這里提到的“環境”即課堂“情境”。在科學史相關內容的教學中，教師可以通過兩種方式來呈現史實情境，增強學生的具身體驗：一是通過課堂情境再現的方式，即創設情境；二是在空間與時間允許的情況下，親臨現場觀察。

本課中，教師采用第二種呈現方式，通過“我與古人共觀天”的前置任務，將學生帶入了真實的生活情境，豐富了他們的具身體驗。不難看出，這樣豐富了學生對于現象的直接經驗與感受，而這些直接經驗與感受促使他們全身心地投入新課學習，沉浸式地思考有關地球的形狀以及人類如何認識地球形狀的相關科學問題，激發了他們探究的內驅力。

二、融合挑戰任務，基于經驗建構科學概念

科學史的發展歷程，其實就是人類觀察現象、產生推論、尋找證據證明推論，再根據新的現象產生新推論的循環往復、向前發展的過程。那么，在科學史的教學過程中，教師引導學生像古人一樣先根據現象產生推論、再尋找證據論證觀點的過程，其實就是科學史學習與概念建構的思維歷程。在課堂上，教師借助多個進階式的挑戰任務，為學生創設思維發展的空間，引導他們通過探究實驗尋找證據，促發思維的深度參與，建構科學概念。

教學片段

任務1：觀察現象，產生推論

師：古人對地球形狀的認識，也隨著觀察到新的現象，產生了新的推論。你們也許在海邊看見過這樣的現象（出示帆船入港的視頻），誰來描述一下？

生：在海邊看遠處的帆船，我們先看見船帆，再看見船身。

師：看到這個現象，你對地球的形狀有新的推測嗎？

生：我認為地球是圓的。

師：只可能是圓的嗎？

生：也可能是有坡度的，就好比我們家的小狗從山坡下跑上來，我也是先看見它的頭。

生：也可能是三角形的。

任務2：模擬實驗，論證觀點

師：看來根據觀察到的現象，同學們能夠作出多種推論。這些推論都正確嗎？請大家嘗試尋找證據來證明自己的推論。小組合作，用藍色卡紙、玩具船分別模擬地球的形狀與航行的帆船，通過模擬實驗論證觀點。

生：我們將卡紙折成三角形，在桌面這側觀察，也是先觀察到船帆，再看見船身，說明地球也有可能是三角形的。

生：我們將卡紙折成多邊形，也是先看見船帆，再看見船身。

生：我們將卡紙彎曲成半圓形，站在桌面這側觀察，同樣是先看見船帆，再看見船身。

師：如果不將卡紙彎折，平鋪在桌面上，還能觀察到相同的現象嗎？

生：如果將卡紙平鋪，我們觀察到船身和船帆是同時出現在視野中的。

師：綜合同學們觀察到的現象，能得出怎樣的結論？

生：地球很可能是三角形、多邊形、半圓形等形狀，但肯定不是平的。

任務3：觀察新證據，產生新推論

師：通過模擬實驗，同學們提出了“地球不是平的”這一觀點。地球到底是什么形狀的？下面這個現象能夠幫助你進一步推斷嗎？

（教師出示月相變化的圖片以及麥哲倫環球航行的資料。學生依據新證據，再次提出觀點。）

生：我知道月相中暗色的部分是地球的影子投射在了月球上。

生：從圖上地球影子邊緣的形狀可以看出來，地球是一個跟月球形狀差不多的球體。

生：我同意他的觀點。因為我還見過月全食，就是地球的影子完全遮住月球，變成一個黑色的圓球。

師：根據你們剛才的推論，結合麥哲倫環球航行的路線，再次尋找相關證據。

生：麥哲倫的船隊向著一個方向航行，最終回到了出發地，這就說明地球肯定不是平面的，而是立體的。再加上月相變化這一證據，這能說明地球是一個球體。

師：哪位同學嘗試用一句完整的語言表達你們的觀點和證據？

生：從月相變化的過程和麥哲倫的船隊沿著一個方向航行最終回到出發地這兩個新證據，我們認為地球是一個球體。

在科學史的教學過程中，學生的已有認知不斷地被教師適時出示的新現象顛覆，他們不斷地深入思考，進一步論證，這其實就是體驗科學概念建構與理解科學本質的過程。

在這個過程中，教師先引導學生根據觀察到的現象，設計模擬實驗，通過實驗的方式論證。隨著身體與情感充分參與，學生的感知體驗愈加豐富，抽象的前概念逐漸轉化為具身體驗，支持他們進一步尋找證據論證觀點。在學生已有推論的基礎上，教師接著提供進階任務，引發他們的認知沖突，激發他們的深度思維。這樣的教學策略使學生更好地將抽象概念與原有的認知體系相結合，有利于他們主動建構有關地球形狀的科學概念。

三、優化思維歷程，搭建科學觀念的支架

科學知識的暫時性是科學本質的重要內容之一。其實，在完成挑戰性任務的過程中，學生經歷著發現新現象、推翻舊觀點、建立新觀點的思維歷程。但學生缺乏提煉、概括進而內化科學本質特征的能力，這就需要教師通過言語表達等策略，幫助他們理解科學本質內容，促進他們科學素養的發展。

教學片段

師：通過學習，請同學們嘗試回憶人類認識地球形狀的歷程。從“天圓地方”到“地球是一個球體”，經歷了幾次“發現新現象—推翻舊觀點—建立新觀點”的過程，寫一寫，畫一畫。

（學生寫出人類認識地球形狀的歷程，如圖1。）

生：人類對于地球形狀的認識，起源于古人觀察天空、陸地的形狀，最初有了“天圓地方”的觀點。后來，人們觀察海邊歸航的船只時先看到船帆再看到船身，有了“地球表面不是平的”新推論，從而推翻了舊觀點。接著，人們又根據月相變化的現象，搜集到新證據，進一步優化了有關地球形狀的推論，并通過麥哲倫航行搜集到更多的證據，證明了“地球是一個球體。”

師：科學知識發展的過程給你怎樣的啟發？

生：原來科學知識不是一成不變的，是會隨著新現象的發現而不斷發展的。

生：我們不能固守成規，要敢于推翻現有的觀點。

師：有關地球形狀的認識歷程，只是眾多科學概念發展的縮影。像這樣依據新證據，不斷修正觀點，使得科學概念不斷發展的過程，體現了科學知識的暫時性，這也是科學本質的體現。

本課的最后，教師通過言語表達、示意圖等外顯思維的方式，引導學生優化思維歷程，幫助他們厘清“發現新現象—推翻舊觀點—建立新觀點”的科學史發展進程，進一步加深對于“科學知識具有暫時性”的認知。雖然學生并未親身經歷科學發展、知識更迭的歷程，但在課堂上，教師通過教學策略增加學生的具身體驗，引導他們通過語言、示意圖等方式厘清概念建構的過程，將抽象的科學概念內化為能夠遷移應用的科學觀念，同時加深其對于科學本質的認識。

科學史的學習加深了學生對科學知識本質、科學史發展歷程的認知。這種學習方式符合學生的認知特點和思維方式，更是為科學史的教學提供了優化策略與路徑。

（作者單位：江蘇省南京市宇花小學）