聚焦思維歷程 滲透科學史教育

為在探究實踐中促發學生思維真正發生，教師可以在教學中引導他們有意識地通過模型建構、推理論證、創新思維來獲取科學知識、建構科學概念、做出決策判斷、解決實際問題，使他們形成科學觀念，培養其態度責任。教師要抓準學習內容的特點，因地制宜地滲透科學史教育，幫助學生在運用科學思維認識、分析、解決問題的過程中，以動態、歷史的視角看待科學知識，理解科學本質。

《晝夜交替》是聚焦思維歷程、滲透科學史教育的典型學習內容，是“地球的運動”單元（蘇教版五年級）的起始課。晝夜交替是常見的自然現象，與學生的日常生活密切相關，探索其成因又是天文學研究的開端，反映了人類探索地球與宇宙科學領域的部分歷程。從知識角度看，五年級學生基本上已經知曉晝夜交替的成因是地球自轉，但不甚理解；從探究角度看，他們已經能夠運用分析、比較、推理、概括等方法得出科學探究的結論，判斷結論與假設是否一致等；從態度角度看，他們有著對事物的結構、功能、變化及相互關系進行科學探究的興趣等。此外，他們的科學觀正在逐步形成，需要在科學史背景下開展有效的探究實踐得以加強。

一、引入話題，聚焦經驗

引導學生開展科學探究實踐，起點應當是學生的經驗。學生關于生活現象與事實的回顧與表達，有利于他們在課的起始階段萌生探究熱情，他們通過分析與綜合、比較與分類、歸納與演繹等思維方法對這些現象與事實進行加工，是他們自主建構科學概念的重要起點。

教學片段

師：晝夜交替有哪些有規律的現象呢？

生：白天太陽從東方升起，傍晚太陽從西方落下。

生：晝夜交替的時間是清晨和傍晚。

師：晝夜交替時，能看到怎樣的景象？

生：清晨時，天慢慢變亮，天邊出現淡淡一抹紅色，然后越來越亮，太陽就從天邊升起了。

生：傍晚時，正好相反，隨著太陽漸漸落山，天邊呈現一片紅色，天色也慢慢暗下去了，最后天就黑了。

師：描述得真細致，還有其他有規律的現象嗎？

生：發生1次晝夜交替需要1天的時間，也就是24小時。

生：日出和日落時，物體的影子最長，中午時物體的影子最短。

師：那么，關于晝夜交替現象，你能提出什么問題嗎？

生：我想知道，晝夜交替是怎樣形成的？

教師從學生熟悉的晝夜交替景象出發，充分喚醒他們對晝夜交替現象認識的已有經驗，并將話題聚焦在“晝夜交替有哪些有規律的現象”，促使他們回顧、思考、討論，將這些有規律的現象提取出來，成為他們后續研究的重要事實依據。同時，這有助于學生建立“現象與事實”的研究意識，促進他們自主確定探究問題。

二、對話古人，建模解釋

古人是怎么想的？他們怎么會有這樣的想法？這些科學發展中外顯的樸素問題，也是學生容易接納的探討方式。這樣，教師可以引導學生立足“古人視角”（與古代智者平等對話），運用科學思維探究晝夜交替的成因，在他們建構模型和推理論證的過程中滲透科學史教育。

教學片段

師：古往今來，人們對于這個問題一直非常感興趣。你千萬不要認為這是一個小問題，一個很容易回答的問題。

（播放視頻：介紹四大文明古國有代表性的解釋。）

師：不同地方的人對晝夜交替形成有著不同的解釋。這些看似不同的解釋，有什么相同的地方嗎？

生：他們都認為，太陽繞著大地轉動。

師：你很善于發現。你們覺得他們的解釋合理嗎？

生：不合理，因為太陽不是繞著大地轉動的。

生：我覺得有一定合理性，當時的古人只能觀察到這些現象，才做出了這樣的解釋。

師：這樣，我們按照古人的解釋來演示一遍，看看這些現象能不能出現。我為大家準備了一些材料，請你們一邊演示，一邊對照著說明：這些現象有沒有出現？

（學生活動：建構實物模型，驗證古人的解釋。）

教師從古人對晝夜交替成因的解釋出發，選取了四大文明古國有代表性的解釋呈現在學生面前，引導他們比較、分析、概括古人解釋的共同點——太陽繞著大地轉動。學生通過建構模型驗證古人的解釋，理解古人解釋的某些合理性，認識到現象與事實的相關性。

建構實物模型驗證古人的解釋，是本節課的第一個學習任務。教師引導學生開展生動有趣的建模活動，能夠讓每一名學生充分參與、思考與表達。

三、方法遷移，二次建模

模型建構是重要的科學思維方式，聚焦思維歷程的科學學習強調學生運用模型建構認識客觀事物的本質屬性、內在規律及相互關系。本課學習中，教師引導學生親歷兩次模型建構的過程，學習研究方法的遷移。第一次建模，學生用實物模型驗證古人的解釋，從而理解他們基于“現象與事實”解釋的合理性。第二次建模，學生在面對新觀點、新證據的情況下應用遷移，凸顯推理論證的過程，形成對晝夜交替成因的解釋。

教學片段

師：通過剛才的演示，我們知道了，古人基于所能觀察到的現象，提出了“太陽繞著大地轉動”的觀點，解釋了晝夜交替成因，這樣看來，是有道理的。可是，隨著科學的進步，人們漸漸觀察到更多的自然現象，用“太陽繞著地球轉動”的觀點，已經沒有辦法解釋了。直到500多年前，哥白尼提出了新的觀點：太陽是不動的，而是地球繞著太陽轉動，同時地球自己也在轉動。有了這樣的觀點，該怎樣解釋晝夜交替的成因呢？

生：我覺得，晝夜交替是因為地球自轉。

生：我認為，是因為地球繞著太陽轉動。

師：為了更好地說明你的解釋，你們能不能用這些材料模擬出這些現象？先將你們的方法畫下來。

（學生活動：設計實驗方案。）

師：哪個小組來匯報你們的方法？

生：我們小組認為，這個球用來模擬地球，這個燈用來模擬太陽。燈不動，球自轉，同時圍繞燈公轉。

生：球上小人所在的位置如果有光就是白天，如果沒光就是黑夜。

師：太陽照到的部分是白天，沒有照到的部分是黑夜，那么白天和黑夜交替的地方在哪里呢？

生：在明亮和黑暗的交界處。

師：其他小組有不同的想法嗎？

生：我們小組認為，晝夜交替和公轉是沒有關系的，所以我們沒有畫公轉。

生：我對前面提到的小人站的位置的觀點是認同的，我們小組也認為被太陽照到的位置是白天，沒有照到的位置是黑夜。

科學史中出現了新的觀點——地球繞著太陽轉動并且自轉，使得學生原有的解釋不再成立，這促發了他們進一步探究，開啟了本節課的第二個學習任務——建構實物模型進行解釋。在這個學習任務的驅動下，學生遷移上一個學習任務學到的研究方法和經驗進行模擬實驗設計，討論實驗方案，用實物模型進行解釋，形成科學結論。學生親歷這樣的科學探究過程，同時也是對具體的晝夜交替成因科學研究歷史的復現，這讓他們意識到科學理論的形成是動態的、相對的、暫時的，從而更好地認識科學本質。

四、回顧歷程，拓展應用

這里的回顧歷程，是學生學習研究的過程，也是人類探索晝夜交替成因的過程，更是他們思維發展的過程。教師引導學生有效回顧，反思總結，可以幫助他們理解、掌握一定的學習研究方法，從而形成科學觀念。拓展應用則可以進一步鞏固學生自主建構的科學概念，并將課堂學習拓展到生活中。

教學片段

師：同學們，今天這節課我們從身邊的現象出發，利用所能獲取的證據建構模型來模擬地球、太陽運轉的情況，解釋清楚了晝夜交替形成的原因。你還有哪些感想嗎？

生：我覺得，對于科學的認識，需要不斷搜集身邊的證據來加以說明。

生：我發現，每當我們有了新的證據時，對科學的認識就會進一步向前推進。就好像晝夜交替形成原因，一開始古人的解釋其實也沒有問題，因為他們只能獲得那些證據。

生：所以，我覺得，人類對科學的認識是不斷向前發展的。今天是對的，也許明天就會被推翻，出現更新的觀點。

師：大家說得非常好。你能不能用今天所學習的知識解釋下面這個現象呢？

（播放視頻：中國西部的喀什與東部撫遠的時差現象。）

關于“中國西部的喀什與東部撫遠的時差現象”的討論，將課內學習引向課外思考，將科學探究回歸到學生的現實生活，引導他們對已建構概念的鞏固和應用。從態度責任角度看，學生感受到了祖國的地大物博。

教師引導學生回顧了整節課完成的兩次學習任務，實際上是復演了人類對晝夜交替現象成因解釋的更迭歷程，這幫助他們認識到科學的進步是一個不斷尋證、證偽的過程，對他們正確認識科學本質起到了積極的促進作用。

（作者單位：南京曉莊學院第一實驗小學）

參考文獻

[1]胡衛平，劉守印.義務教育科學課程標準（2022年版）解讀[M].北京：高等教育出版社，2022.