融入中國科學技術(shù)史，做好科學教育加法

【摘?? 要】將古代人民在科學探索和技術(shù)發(fā)明中的杰出成就納入教材是新時代科學教育的使命。《義務教育科學課程標準（2022年版）》在“教學建議”中提出“滲透科學史教育”。了解中國科學技術(shù)史不僅能促進學生對科學本質(zhì)的認識，還能在“雙減”背景下為做好科學教育加法提供內(nèi)容抓手。研究者對適合小學生的中國科學技術(shù)史內(nèi)容進行了梳理，并調(diào)查了區(qū)域內(nèi)部分學生對中國科學技術(shù)史的認識情況。分析顯示，這些學生對中國科學技術(shù)史的了解較為零散和片面。基于調(diào)查，區(qū)域內(nèi)有學校從拓展學習時空、整體設計教學兩個方面進行了探索，取得了較好的效果，促進了學生科學核心素養(yǎng)的提升。

【關(guān)鍵詞】中國科學技術(shù)史；科學教育加法；主題設計；小學科學；課程標準

習近平總書記在講話中多次強調(diào)，傳承中華文化絕不是簡單復古，也不是盲目排外，而是古為今用、洋為中用，辯證取舍、推陳出新。教育部于2021年頒布了《中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化進中小學課程教材指南》，明確要求將古代人民在科學探索、技術(shù)發(fā)明方面的杰出貢獻作為重要內(nèi)容納入教材。2022年4月頒布的《義務教育科學課程標準（2022年版）》（以下簡稱“《課程標準》”）立足學生核心素養(yǎng)的發(fā)展，要求充分利用相關(guān)科學史和科學技術(shù)的新進展，滲透科學史教育。2023年2月，習近平總書記在講話中提出，要在教育“雙減”中做好科學教育加法，激發(fā)青少年好奇心、想象力、探究欲，培育具備科學家潛質(zhì)、愿意獻身科學研究事業(yè)的青少年群體。隨后，教育部等十八個部門聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于加強新時代中小學科學教育工作的意見》，對科學教育作出了全面、整體的安排，為一體化推進教育、科技和人才的高質(zhì)量發(fā)展指明了方向。可見，科學教育成為此輪課程改革的關(guān)鍵，需要在整體設計的同時扎實推進。

本研究聚焦“小學生是否了解與熟悉中國科學技術(shù)史”“中國科學技術(shù)史中的哪些內(nèi)容可以融入科學教育”“目前學校該如何落實科學技術(shù)史教學”等問題，旨在為做好科學教育加法提供理論啟示與實踐路徑。

一、科學技術(shù)史融入科學教育的價值再認

在科學教育領(lǐng)域，增進學生對科學本質(zhì)的認識與理解被視為重要目標。《課程標準》指出，科學課程是體現(xiàn)科學本質(zhì)的綜合性、實踐性的基礎課程，并建議在教材中合理選擇科學技術(shù)史素材，讓學生理解科學本質(zhì)。

（一）融入科學技術(shù)史，促使學生認識科學本質(zhì)

不同學者對科學本質(zhì)的詮釋存在差別，但基本認同科學本質(zhì)是指科學知識本質(zhì)以及促進科學知識發(fā)展的內(nèi)在信念與價值觀。也就是說，對科學本質(zhì)的認識與理解能夠幫助學生深度理解科學，提升學生解決科學問題并進行決策的能力。科學本質(zhì)的價值還在于能為學生提供一種標準，從而判斷科學發(fā)展的合理性和可信性，或提供判別科學與偽科學的準繩。［1］很多研究認為，在科學教育教學中為學生提供特定的歷史背景或框架，能夠幫助他們更準確地領(lǐng)悟科學本質(zhì)，包括科學知識本質(zhì)、科學探究本質(zhì)和科學事業(yè)本質(zhì)。［2］還有學者指出，科學技術(shù)史能幫助學生了解科學方法的本質(zhì)，為學生提供豐富真實的情況，促進學生理解科學知識與探究的本質(zhì)。科學學習需要與特定的場景與情境相聯(lián)系，這恰好反映了科學技術(shù)史的特點與功能。［3］還有研究提出，對科學技術(shù)史的教學不能僅停留在激發(fā)學生學習興趣、滿足學生獵奇心理的目標上，還應聚焦人類科學發(fā)展中的問題，讓學生在經(jīng)歷類似科學家探究的過程中加深對科學本質(zhì)的理解。［4］由此可見，在落實《課程標準》的過程中，可以融入科學技術(shù)史的內(nèi)容，培養(yǎng)學生的科學思維，深化學生的科學實踐，加深學生對科學價值觀的認識，幫助學生理解科學的發(fā)展過程與本質(zhì)，有效提升學生的科學核心素養(yǎng)。

（二）引入科學技術(shù)史，為科學教育加法提供抓手

科學教材作為科學教育的主要載體，包含很多科學技術(shù)史的內(nèi)容，但大多以零散的方式分布在不同單元，而且一些教材中外國科學技術(shù)史的內(nèi)容占比高于中國，有關(guān)中國古代人物或科學家的介紹則更少。［5］還有分析顯示，教材中的科學技術(shù)史主要以科學故事和科學家的介紹為主，且伴隨年級的升高逐漸增多，但總體也是外國科學家多于中國科學家。［6］當然，利用科學技術(shù)史的內(nèi)容開展教學實踐逐漸成為常態(tài)，這有利于促進學生對科學發(fā)展歷程的理解，但也存在“錯誤描述科學史、過度簡化科學史或者只呈現(xiàn)英雄人物的科學史”等現(xiàn)象。［7］教學中出現(xiàn)了走過場、簡單利用、簡要講解和輝格解讀等諸多問題，影響了科學技術(shù)史教學功能的發(fā)揮，制約了教學實踐的深入推進。［8］

可見，針對科學技術(shù)史的教學還需要進行持續(xù)扎實的研究。更重要的是，教師要將科學活動作為人類活動的組成和延續(xù)，選擇世界各國尤其是中國的科學技術(shù)史內(nèi)容，為科學教育加法提供抓手。同時，教師要對科學技術(shù)史內(nèi)容進行系統(tǒng)的設計，避免教學內(nèi)容的片面化與零散化，加深學生對科學本質(zhì)的理解。

二、中國科學技術(shù)史的學習與認識現(xiàn)狀

中國科學技術(shù)史作為世界科學寶庫的重要組成部分，歷經(jīng)數(shù)千年發(fā)展，依舊影響著當代中國人生活的方方面面。與西方科學技術(shù)史不同的是，中國科學技術(shù)史與中國人認識世界的方式更為貼合，更符合中國人的認知思維過程。

（一）中國科學技術(shù)史的獨特性

中國古代科學根植于中國古代文明之中，以一種獨特的方式生長與發(fā)展，形成了具有中國傳統(tǒng)的自然、科學知識體系。［9］有研究者認為，中國科學技術(shù)和科學思想的發(fā)展具有連續(xù)性，但又呈現(xiàn)階段性高潮的特點，還表現(xiàn)出經(jīng)驗性、描述性、實用性和中國本土化的特點。同時，中國科學技術(shù)史中與農(nóng)業(yè)密切相關(guān)的部分得到了更大的發(fā)展，而主流思想則是有機宇宙觀和宇宙論等。［10］小學階段科學教育的重點是引導學生研究自然現(xiàn)象、發(fā)現(xiàn)自然規(guī)律，博物學的知識占了較大比重，這與中國古代科學的博物學傳統(tǒng)不謀而合，還可以天學、地學、農(nóng)學和醫(yī)學四大學科為代表，讓學生了解中國傳統(tǒng)自然科學知識（如表1）。［11］

針對小學生的認知發(fā)展水平，教師需要對中國科學技術(shù)史的內(nèi)容加以篩選，選取合適的部分進行設計與實施，讓學生對中國科學技術(shù)史有較為全面的認識，由此在做好科學教育加法的同時，提升學生對科學本質(zhì)的理解。

（二）學生對中國科學技術(shù)史的認識現(xiàn)狀

為了解學生對中國科學技術(shù)史的認識現(xiàn)狀和學生的學習興趣，本研究對區(qū)域內(nèi)的部分五年級學生進行了問卷調(diào)查。調(diào)查問卷主要分為兩個部分：第一部分旨在了解學生的基礎信息和中國科學技術(shù)史學習情況，第二部分旨在了解學生對天學、地學、農(nóng)學、醫(yī)學的認識情況。研究者在區(qū)域內(nèi)的Y校和E校中各選擇了五年級的兩個班作為調(diào)查對象，最終獲得了165份有效問卷。其中Y校82份，E校83份，男生占52.73%，女生占47.27%。調(diào)查對象的分布情況如表2所示。

調(diào)查顯示，超過55%的學生認為學習科學技術(shù)史對學習科學課程有很大的幫助，超過38%的學生認為有一定的幫助。超過56%的學生表示在之前的課堂教學中，老師會講一些與中國科學技術(shù)史相關(guān)的內(nèi)容，也會提供詳細的資料助力其學習，14%的學生表示老師還會帶領(lǐng)自己選擇一些內(nèi)容開展相關(guān)實踐。方差分析顯示，Y校和E校在課堂中對中國科學技術(shù)史的教學存在顯著性差異，E校在課堂教學中涉及中國科學技術(shù)史的內(nèi)容較多。調(diào)查還顯示，超過85%的學生希望在科學課堂中增加與中國科學技術(shù)史相關(guān)的內(nèi)容。

研究者針對學生在天學、地學、農(nóng)學、醫(yī)學方面的認識情況進行了調(diào)查。結(jié)果顯示，學生對天學有一定的認識。超過63%的學生知道中國古代有較為豐富的天象觀測記錄，還繪制了星圖和星表等。近18%的學生認為中國古代可能會有一些天象觀測記錄，但跟西方國家相比還差很多。近58%的學生認為中國古代的數(shù)學水平以及在計算行星運行周期、軌跡和歷法方面的準確性很高。超過52%的學生認為中國古代天文觀測儀器的制作水平很高，但也有近41%的學生認為西方國家的水平高于中國。在此基礎上，研究者讓學生列舉一些天文觀測儀器，近三分之一的學生未能列舉，有一些學生列舉了地動儀、渾天儀等儀器。調(diào)查還顯示，超過40%的學生不了解中國古代計時工具，認為古代計時的精確度較低。在地學方面，近57%的學生知道中國古代有豐富、科學的制圖理論。超過25%的學生認為中國古代地圖繪制水平遠低于西方國家。超過47%的學生認為中國古人在繪制地圖時會準確標注地形、地貌。超過三分之二的學生認為中國古人對礦物的研究較少，未形成系統(tǒng)的認識。在農(nóng)學方面，有超過73%的學生沒聽說或沒瀏覽過《氾勝之書》《齊民要術(shù)》等農(nóng)書，對書中的內(nèi)容不了解。在對古代農(nóng)具、機械的認識上，超過47%的學生認為中國古代農(nóng)具、機械技術(shù)較高，近47%的學生認為中國古代主要靠人力，沒有農(nóng)具或機械。大部分學生認為中國古人能夠較為準確地掌握農(nóng)時，并且知道農(nóng)時的確定需要結(jié)合物候、星象、氣象等，但不知道中國古代具有代表性的農(nóng)學家。在醫(yī)學方面，超過75%的學生知道《本草綱目》是關(guān)于中草藥的著作，超過85%的學生對針灸有一定的認識與了解。60%左右的學生認為中國古代醫(yī)學只包括中藥或者針灸，認為古代醫(yī)師對人體結(jié)構(gòu)不夠了解，因此無法進行手術(shù)，落后于西方醫(yī)學。大部分學生對中國古代著名的醫(yī)生或醫(yī)學家了解不多，但基本能寫出一至兩種中草藥。

方差分析顯示，兩所學校的學生對中國科學技術(shù)史的認識不存在明顯差異，具有一致性。進一步調(diào)查發(fā)現(xiàn)，學生最想了解的中國科學技術(shù)史內(nèi)容依次是天學、醫(yī)學、地學和農(nóng)學。對于中國科學技術(shù)史的學習方式，超過67%的學生選擇觀看視頻、紀錄片等方式，超過44%的學生選擇參觀博物館或者觀看展覽等方式。由此可見，對于中國科學技術(shù)史的學習，學生愿意選擇更為直觀的方式。

總體而言，目前在小學階段，與中國科學技術(shù)史相關(guān)的教學內(nèi)容較少，學生對此有一定了解，但較為零散，未形成整體、客觀和科學的認識。然而，學生對中國科學技術(shù)史有著濃厚的學習興趣，希望通過多樣的方式進行學習，這也為后續(xù)的實踐提供了方向。

三、將中國科學技術(shù)史融入科學教育的實踐

研究者在調(diào)查了解的基礎上，從中國科學技術(shù)史以及目前學校科學教育的特點和現(xiàn)狀出發(fā)，嘗試將中國科學技術(shù)史融入科學教育。

（一）以課堂為陣地，拓展學習時空

中國科學技術(shù)史的內(nèi)容非常豐富，只在課堂中讓學生學習是遠遠不夠的。教師需要拓展與延伸學生的學習時空。“雙減”政策旨在減輕學生過重的學業(yè)負擔，優(yōu)化學生的學習方式，提升學生的核心素養(yǎng)。課后服務是保障“雙減”政策有效落地的重要舉措。教師可嘗試利用課后服務的時間落實中國科學技術(shù)史教育，做好科學教育加法。

區(qū)域內(nèi)有學校帶領(lǐng)不同年級的學生認識中草藥，學生表現(xiàn)出了極大的興趣。基于此，學校對中草藥課程進行了整體設計，并將其與綜合實踐活動課程融合起來。學校劃分了專門種植中草藥的區(qū)域，整合了與中醫(yī)和中藥相關(guān)的資料等，讓學生全面認識和了解中醫(yī)藥學。還有學校在科學課堂中呈現(xiàn)了許多本土農(nóng)作物，讓學生初步認識。為了幫助學生進一步了解農(nóng)作物的生長周期，學校開辟了“農(nóng)耕園”，利用課后服務的時間，讓不同年級的學生使用傳統(tǒng)的農(nóng)具進行耕作，種植各種農(nóng)作物，觀察、記錄物候。學生通過親身體驗，對古代農(nóng)學有了深刻的認識。

在綜合實踐活動課程和課后服務中增加相關(guān)內(nèi)容，能夠拓展學生的學習時空，幫助學生較為全面和系統(tǒng)地了解中國科學技術(shù)史。

（二）以主題為抓手，整體設計教學

做“時空加法”為中國科學技術(shù)史的學習提供了可能。在此基礎上，為了保證學習的有效性，學校還需要依據(jù)主題，對學習內(nèi)容進行整體性的設計，做好“內(nèi)容加法”。區(qū)域內(nèi)有學校圍繞中國科學技術(shù)史進行了整體教學設計，具體內(nèi)容如下。

1.天學主題設計——天象觀測與天文儀器

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，學生對中國古代天學有著濃厚的興趣。與古人面對浩瀚宇宙時一樣，學生對太陽、月亮和滿天的星星感到既熟悉又陌生。通過了解古人在天學方面的成就，學生對古人獨特的宇宙觀和天文知識體系產(chǎn)生了好奇心，渴望探索宇宙。事實上，中國古代天學成就涉及很多不同的領(lǐng)域，如數(shù)學、地理、工程技術(shù)等。對中國古代天學的學習，促使學生開展綜合性探究，提升跨學科思維。具體而言，天學主題設計包括天文觀測與天文儀器等方面的知識，如表3所示。

表3呈現(xiàn)了天文觀測與天文儀器主題下的子主題內(nèi)容，符合不同年級學生的認知水平，涉及的活動包括閱讀、制作、實驗、模擬等。學生結(jié)合不同的歷史背景和天文學家的故事，認識中國古代天文學成就和天文儀器的原理與用途。

2.地學主題設計——水利工程與地圖制作

中國古代地學包含豐富的地理知識、動植物知識、礦物知識、地圖制作技術(shù)以及地理思想，與生產(chǎn)生活有著緊密的聯(lián)系，具有實用性特征。教師需要根據(jù)學生的認知情況和學習能力等選擇教學內(nèi)容。以中國古代地學中的水利工程與地圖制作主題為例，具體如表4所示。

表4呈現(xiàn)了與中國古代地學相關(guān)的部分主題與內(nèi)容。教師關(guān)注活動的趣味性和互動性，引入各類教具、文獻、視頻及有趣的學習活動等，激發(fā)學生的學習興趣。教師將古代地學內(nèi)容融入實際情境，貼近學生的日常生活和實際經(jīng)驗，使學生更好地理解并應用所學知識。除此之外，教師十分重視學生學習的進階性，按照難易程度有序開展教學，確保學習的連貫性和深入性，并鼓勵學生主動思考、探索和質(zhì)疑，提升學生的思維能力。

3.農(nóng)學主題設計——物候與嫁接

中國古代農(nóng)業(yè)在種植、養(yǎng)殖、農(nóng)時物候、農(nóng)業(yè)工具等方面都取得了非凡的成就，不僅影響了歷代中國人民，也為世界農(nóng)業(yè)的發(fā)展和人類文明的進步作出了巨大貢獻。當前，農(nóng)業(yè)和糧食安全在我國具有重要的戰(zhàn)略地位。學生有必要了解中國古代農(nóng)業(yè)中的耕作方法、種植技術(shù)、灌溉系統(tǒng)等，進一步認識中國古代農(nóng)業(yè)技術(shù)和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學的發(fā)展歷程。以物候與嫁接的主題設計為例，具體如表5所示。

在中國古代農(nóng)學主題內(nèi)容的設計與教學中，教師應關(guān)注不同年級學生的認知水平，避免使用過于專業(yè)和復雜的術(shù)語，嘗試用簡單易懂的語言進行解釋。同時，教師還要將學習內(nèi)容與學生生活聯(lián)系起來，引導學生從身邊的植物、動物和環(huán)境變化等方面理解物候，嘗試進行簡單的嫁接和種植活動，使學生在親身體驗中加深理解。活動中，教師可以使用圖片、表格、繪本、模型、視頻等輔助工具，展示不同季節(jié)植物的生長情況和嫁接植物的步驟，幫助學生更好地理解古代農(nóng)業(yè)技術(shù)。教師要鼓勵學生開展實踐，如制作與季節(jié)變化相關(guān)的手工作品，繪制物候歷等，提升學生的參與熱情和學習興趣。

4.醫(yī)學主題設計——中醫(yī)藥與個人健康

與西方醫(yī)學不同，中國古代醫(yī)學強調(diào)防治結(jié)合，注重使用中草藥，關(guān)注人體內(nèi)外的相互關(guān)聯(lián)和疾病的預防，形成了獨特的醫(yī)學體系，產(chǎn)生了深遠的影響。中醫(yī)理論較為復雜，需要根據(jù)學生的認知情況和學習興趣選擇教學內(nèi)容。基于此，區(qū)域內(nèi)有學校選擇了中草藥與保健主題，讓學生對中國古代醫(yī)學形成初步的認識，具體內(nèi)容如表6所示。

教學過程中，教師引入相關(guān)的中醫(yī)理論，引導學生養(yǎng)成良好的生活習慣，如飲食均衡、適度鍛煉等。課堂上，學生有充足的時間進行互動。他們贊嘆古人的智慧，并進行批判性思考。從簡單到復雜，從理論到實踐，學生通過簡單的草藥茶制作、草藥園考察、中草藥種植和炮制等活動，深入了解中國古代醫(yī)學。

這些學校的實踐為中國科學技術(shù)史教學提供了可行和可借鑒的方法，也為做好科學教育加法提供了參考。雖然在設計與實施中還存在一些問題，需要進一步進行總結(jié)和改進，但區(qū)域內(nèi)學校敢于創(chuàng)新、勇于探索的精神為科學課程改革和《課程標準》的落實注入了智慧與動力。

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（上海市金山區(qū)教育學院）