科學史融入《用水計量時間》教學讓學生經歷科學家探索過程

〔摘 要〕 《義務教育科學課程標準（2022年版）》發布后，對學生核心素養的發展愈加重視。創新思維是小學科學核心素養科學思維的關鍵要素；敢于大膽問題，追求創新也是核心素養態度與責任中的關鍵要素之一。本文從科學史融入小學科學課堂教學實踐角度出發，讓學生經歷科學家探索實踐的真實過程，對小學科學教育的創新思維、科學家精神培養進行探究實踐。

〔關鍵詞〕 小學科學；科學史；核心素養；創新思維

〔中圖分類號〕 G424 〔文獻標識碼〕 A 〔文章編號〕 1674-6317 （2025） 01 040-042

在目前的小學科學課堂上，部分教師先花5～10分鐘的時間明確探究內容，而整節課剩余的時間學生都用來完成教師布置的模擬實驗、模型制作。學生機械地操作、模擬，不敢提問，沒有自主探究的實踐，沒有生成，存在為了探究而探究的現象。教師對課程沒有自己的設計，也沒有引導學生像科學家一樣思考問題，缺乏對學生的核心素養創新思維培養。鑒于此，教師需要更加重視課堂內容的設計，利用多種教學資源去發展學生的核心素養。

一、加強對學生的科學家精神的培養

教育部等十八部門聯合印發的《關于加強新時代中小學科學教育工作的意見》，要求在教育“雙減”中做好科學教育加法，推進基于探究實踐的科學教育，激發中小學生好奇心、想象力和探求欲，培養學生科學興趣，引導學生廣泛參與探究實踐，做到學思結合、寓教于樂，自覺獲取科學知識、培養科學精神、提升科學素質、增強科技自信自立、厚植家國情懷，努力在學生心中種下科學的種子，引導學生編織當科學家的夢想。

二、有效利用科學史發展學生科學素養

小學科學課程的總目標是培養學生的科學素養，為學生的終身發展奠定基礎。科學史以史實為依托，對人類科學發展的進程加以詮釋，是珍貴的歷史經驗，也是寶貴的科學教育資源。目前這部分資源大多被放在單元的首頁作為問題的引出，或放在教材的拓展資料卡里，若教師不著重強調，學生可能不會注意，資料也就顯得無用。由此可見，將科學史融入小學科學教育的研究需要加強，同時要不斷完善科學史融入小學科學教學的教學模式。在教學中充分挖掘科學史實的教育價值，將相關的科學史滲透到小學科學課堂教學實踐中，使學科教學內容進一步完善，而體驗科學家的探究歷程，對于學生不迷信權威、敢于大膽提問、追求創新有極大的幫助，能使學生掌握科學的背景知識和基本原理，培養學生的批判性思維和創新意識，還可以培養學生綜合運用科學知識解決實際問題的能力。

三、融合科學史發展學生核心素養的教學實踐

本文以《用水計量時間》一課的教學為例，嘗試融合科學歷史背景，將古人的認知進步過程與學生的思維進階過程相結合，培養學生的科學思維，引導學生樹立民族自豪感。

（一）融合科學史支架的搭建

1.結合課標及教材內容，確定探究主線

立足課標，抓準課時定位。結合大單元探究內容，確定本課聚焦點。在《義務教育科學課程標準（2022年版）》（以下簡稱“課標”）中，本課的核心概念是技術、工程與社會。在課標的學習內容與要求中提到技術與工程創造了人造物，技術的核心是發明，工程的核心是建造。如何創設真實情境，引導學生設計用水計時的工具，再通過實驗探究發現影響水流速度的主要因素，理解改進工具是本課的重難點，也是能否發展學生核心素養的關鍵。

內容上，本課《用水計量時間》為本單元“計量時間”的第二課時，起著承前啟后的作用。承前，即在第一課《時間在流逝》的用太陽計時、燃香鐘計時基礎上提出“古人還曾用什么來計時”的問題來引出。啟后，即本課從古代水鐘引入，讓學生通過實驗認識到水可以用來計量時間，理解水位高度和孔徑會影響水流的速度，進而形成科學觀念，也為第三課時《我們的水鐘》做好鋪墊。

2.尋找科學史實，設計主線任務

在確定了探究主線后，教師可以開始搜尋與之相關的科學史實。如在史書上關于用水計時最早的記載是《周禮·夏官司馬》，其中有“挈壺氏”一職，后來唐司天臺屬官有挈壺正，是指掌管漏刻的官員。在這個歷史案例中，“挈壺氏”所使用的滴漏與本課的“用水計量時間”概念相契合，能激發學生對“用水計量時間”的探究欲望和對古代勞動人民智慧的敬佩。

用水計時相較于日晷更加精準，而且漏壺不受白天或黑夜的影響，也不受晴天和陰天的限制，可以讓人隨時獲得較準確的時刻。在戰時對時間有較高要求時，有“挈壺氏掌挈壺以令軍井”，說的是凡有軍事行動，“挈壺氏”懸掛漏壺計時以輪流更換擊柝巡夜的人。

在確定了選用的史實后，以該史實作為本課時的大背景設計主線任務：穿越到周朝，成為執掌滴漏的官員“挈壺氏”。

3.結合科學歷史情境，搭建探究的支架

教師要選擇恰當的、貼合史實的實驗器材，作為學生實驗探究的支架。教學中，在確定“穿越到周朝，成為執掌滴漏的官員‘挈壺氏’”的主線任務后，教師要選擇滴漏器模擬古代漏壺，以此作為學生的實驗操作支架，幫助他們更好地融入情境。

同樣的思路也可以用在《運動與摩擦力》中，如水運、冰運等減小摩擦力；《不簡單的杠桿》中，古人原始的井上汲水工具桔槔（一根豎立的架子上加上一根細長的杠桿，當中是支點，末端懸掛一個重物，前端懸掛水桶。一起一落，汲水可以省力）；《做一個指南針》一課中制作的是古代水浮式指南針；等。教師均可以創設真實的古代生活情境，融合科學史搭建探究的支架，使學生將自身代入到情境中體驗古人的思考、用智慧進行發明創造的過程，拓寬學生思維并發展其科學核心素養，同時培養科學精神，增強科技自信自立。著眼創新于小的發明創造中，意識到創新并不困難，在學生心中種下科學的種子，引導學生編織當科學家的夢想。

（二）以科學史為支架的教學

在教學《用水計量時間》一課時，教師以“挈壺氏”滴漏計時的科學史為切入點，讓學生成為古代官員“挈壺氏”，學生迅速代入如何用水計量時間的真實歷史情境中，主動思考如何用水計量時間，激發學生的探究欲，促進學生進行真實的探究。在本課最后，教師還可以提問：“如何用水進行更精準地計時？”在學生充分思考后，教師展示張衡的二級漏壺、晉代的三級漏壺、宋代的蓮花漏等，讓學生更深刻地了解人類計時儀器的發展史，感受人類不斷深入認識時間的過程，也讓學生意識到發明創造并非一蹴而就，是點滴積累的過程，深化科學教育意義。

1.創設科學史情境，引出主線任務

利用真實的科學史情境，教師引出本課的主要探究任務——“挈壺氏”用水計時。在具體的教學過程中教師以“挈壺氏”晚上需要計時，你如何完成準確的計時任務為引入，學生會提出不同的計時方法，引出本課的用水計時的探究任務。

2.設計任務驅動性問題鏈，搭建學生探究支架

教師通過合理的問題鏈設計，任務驅動引導學生主動思考、敢于表達。在課堂對話的過程中一步步引導學生提出合理猜想。在這個過程中，學生科學思維逐漸形成，科學觀念逐漸清晰，促進歷史事實、科學概念與學生生活經驗相融合，讓學生穿越時空與古人共同思考、摸索創新。

師：如果你是“挈壺氏”，你打算怎么用水計量時間？請你簡單說一說。

生1：拿出一個瓶子，里面加入水，看看水流完要多少時間。

生2：在瓶子上扎一個孔，讓水流下來。

師：是的，我們可以通過水從容器流出需要一定時間來計時（出示滴漏裝置），老師的這個實驗裝置能不能滿足你們剛才所說的要求？那么哪些因素會影響水流的速度呢？

生1：小孔的大小。

師：與水流速度有怎樣關系？

生2：容器的形狀（不一樣的容器）。

師：用這個容器來研究可以嗎（滴漏器）？

生3：水量的多少。

師：與水流速度有怎樣關系？

師：（出示針筒）在這個針筒里面，水量多就是水位高。

驅動性問題鏈式的課堂對話，體現了課堂的開放性與創新性，彰顯了學生主體地位。在一步步引導學生的過程中，學生根據已有的生活經驗提出合理的猜想去解決歷史上的真實情境問題，本節課的核心探究活動也逐漸明確。

3.驅動自主設計探究方案，合理選取實驗器材

教師首先組織學生小組討論實驗探究的方案。基于猜想，教師組織學生進行實驗探究，本課的核心問題是水流速度是否均勻，與水位高低有什么關系。組織學生進行探究方案的匯報交流，通過創設自由開放的學習氛圍，讓學生像科學家一樣進行實驗設計和交流，全班相互補充并改進。讓學生勇于表達，敢于探究。在基本方案確定后，教師明確本節課的實驗器材鐵架臺、滴漏器、帶刻度的接水杯（圖1）的選擇，并提醒小組分工明確（圖2），合作順暢。

4.巧設實驗記錄單，量化實驗結果

在本環節，教師可以通過呈現微課視頻輔助學生操作規范化，為學生提供操作支架。教師設計的實驗記錄單，在呈現出小組探究的結果后，可以直觀地看出水量改變后，滴水時間的變化（圖3）。在匯總展示班級各組的探究結果（圖4）后，引導學生思考“水位改變時水流的速度是均勻的嗎？”學生可以分析實驗數據得出“并不均勻”。教師繼續追問：“結合數據分析一下與什么有關呢？”學生會發現水位變化時，水流速度會發生改變。教師接著順勢追問：“怎樣才能讓水以均勻的速度往下流？”引導學生表達保持水位不變的觀點。再次利用設計的問題鏈追問：“如何改進實驗儀器使水位不變？”為后面改進水鐘的引出做好鋪墊。

5.回歸科學史情境，為后續探究設疑

在本課核心探究任務完成后，教師將學生拉回最初創設的科學史情境中，提問：“作為一名‘挈壺氏’，你還可以如何改進漏壺？簡單的漏壺是否能精準計時？你有什么辦法將其改進成一個更加精準的計時儀器？”在學生表達自己的觀點后，教師展示用水計時儀器從漏壺到多級漏壺再到古代水鐘的發展歷程（圖5），讓學生經歷科學發明不斷改進的過程，學習古代勞動人民的智慧，播下不斷思考創新的種子，也為下一節課《我們的水鐘》的學習做好預設。

四、結語

科學史獨特的研究視角和豐富的內涵是一種寶貴的教育資源，它具有多方面的研究價值。在課標中多次提到運用科學史、科技史進行教學，教材中也包含了大量的科學史料，教師需要在教學中不斷開發運用好這一寶貴的教學資源，從而真正發展學生的核心素養，實現科學思維的進階、發展和升華。

參考文獻

[1]教育部等十八部門.關于加強新時代中小學科學教育工作的意見[S].北京：教監管〔2023〕2號，2023.