摘 要：探究求真，是我們科學(xué)教學(xué)中提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要途徑。本文針對探究性學(xué)習(xí)經(jīng)常出現(xiàn)浮于表面，注重形式和結(jié)果，疏于過程與方法，學(xué)生的思維沒有很好參與，探究真實性不高，對科學(xué)史的學(xué)習(xí)流于說教等現(xiàn)實問題，結(jié)合自身的課堂實踐，采取：走進(jìn)科學(xué)歷史的場景——拉回認(rèn)知原點，體現(xiàn)情景之“真”；重現(xiàn)科學(xué)發(fā)現(xiàn)的歷程——走近古代先哲，體驗過程之“真”；領(lǐng)悟科學(xué)發(fā)現(xiàn)的邏輯——及時探究困惑，追求思維之“真”；關(guān)注科學(xué)發(fā)展的價值——深入交流評價，凸顯觀念之“真”等四大策略，研究科學(xué)史與科學(xué)探究有機結(jié)合的方法，讓初中科學(xué)課堂的探究教學(xué)更具真實性，趣味性，高效性。

關(guān)鍵詞：初中教材科學(xué)史；探究教學(xué)；科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)

科學(xué)探究作為科學(xué)學(xué)習(xí)的重要方法，受到各位老師和學(xué)生的重視，但在課堂中，我們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)科學(xué)探究活動中，往往出現(xiàn)學(xué)生已知結(jié)論的探究。這種探究實際上只是改裝成探究形式的驗證性實驗，對學(xué)生的探究能力的培養(yǎng)效果不佳，甚至讓學(xué)生認(rèn)為，科學(xué)結(jié)論或規(guī)律的發(fā)現(xiàn)是唾手可得的，科學(xué)的進(jìn)步是一帆風(fēng)順的。這樣的探究其真實性值得懷疑；為探究而探究，容易背離科學(xué)本質(zhì)。

課本內(nèi)的科學(xué)史可以給我們很大的幫助?？茖W(xué)發(fā)展史提供了重要科學(xué)的實事和研究的方法，其間不僅蘊藏著豐富的科學(xué)學(xué)科的知識，更體現(xiàn)了科學(xué)家的一種人文精神，體現(xiàn)了對人類文明進(jìn)程具有巨大推動作用的科學(xué)精神?？茖W(xué)的發(fā)展從來就是緩慢而艱難地進(jìn)行的。人類歷史發(fā)展的不同時期都反映了人類創(chuàng)造的特點。我們可以利用科學(xué)史帶學(xué)生進(jìn)入當(dāng)時的科學(xué)情境，進(jìn)入當(dāng)時人們的認(rèn)知水平下解決實際問題。這些內(nèi)容有助于啟發(fā)學(xué)生的思維，加深學(xué)生對所學(xué)科學(xué)知識的理解；使學(xué)生感受科學(xué)在人類文明的進(jìn)步過程中的地位和影響，并且關(guān)注科學(xué)各領(lǐng)域之間的內(nèi)在聯(lián)系。

一、 走進(jìn)科學(xué)歷史的場景——拉回認(rèn)知原點，體現(xiàn)情景之“真”

對于初中階段很多概念或規(guī)律，學(xué)生都有初步的認(rèn)識，甚至有些有準(zhǔn)確的認(rèn)識。若把這些問題簡單地進(jìn)行重復(fù)探究，是沒有多大的意義的，甚至對科學(xué)精神的培養(yǎng)有負(fù)面作用。成了為探究而探究，就是偽探究。所以，如何利用教材中的科學(xué)史，才能提高探究的真實性，體現(xiàn)探究的有效性。我認(rèn)為，首先把學(xué)生的認(rèn)知、思維拉回到原點，走進(jìn)歷史情景，享受探究的真實。

例如“地球的形狀”認(rèn)識，實際上就是一段科學(xué)史話。由于人們直接接觸的地球表面是平展的，因此“天圓地方”的說法更符合人們的認(rèn)識，而地球形狀這一空間概念對古代的人們來說是比較抽象的。而對于學(xué)生恰好相反，他們認(rèn)為地球是圓的是天經(jīng)地義的，天圓地方那是神話，甚至是笑話。

在這樣的認(rèn)知水平下，完成教材給定的活動，是沒有探究意味的。究其原因，一是所舉例子大部分是學(xué)生已知的，簡單地舉例并沒有提高學(xué)生的認(rèn)知水平，學(xué)習(xí)是低效的。二是所舉的現(xiàn)象從頭至尾都是孤立的，沒有找到它們之間的內(nèi)在聯(lián)系，這對模型建立的動態(tài)過程缺少認(rèn)識。三是學(xué)生立足于地球是球形的認(rèn)識來尋求證據(jù)，學(xué)生無法和歷史人物“對話”，沒有情感共鳴。

所以，課堂上把學(xué)生“穿越”到歷史，在不同認(rèn)知水平的時代背景下，體驗探索科學(xué)的過程，體會地球建模的逐漸變化。讓學(xué)生認(rèn)識到人們對科學(xué)的認(rèn)識是漸進(jìn)的，認(rèn)識過程是有規(guī)律可循的。在學(xué)習(xí)過程中辯證地認(rèn)識每一個“證據(jù)”的意義，理解局部和整體的關(guān)系，進(jìn)而體驗建模的方法和過程。

針對這些問題，我在課堂上首先解決的提問：

1 古代人們?yōu)槭裁磿ッ枋龅厍蛐螤睿?/p>

（人類自古就有探索自然的欲望，他們的描述是一種原始的模型，用來解釋一些自然現(xiàn)象。）

2 古人會認(rèn)為他們對地球的描述是神話嗎？

（古人對地球的描述并不是神話，而是對長期自然現(xiàn)象觀察后的一種總結(jié)。他們以為，甚至堅信地球就是這樣的。只有當(dāng)對一些自然現(xiàn)象的解釋，出現(xiàn)了困惑時，就會對已有的建模產(chǎn)生懷疑。）

通過這樣的討論，讓學(xué)生體會到古人由于觀測工具和科技條件的限制，建立的模型往往是片面的，現(xiàn)代科技的發(fā)展使得地球形狀模型的建立越發(fā)得完善。讓學(xué)生走近古人的認(rèn)識，從原點出發(fā)開始探究。

接著完成“為什么遠(yuǎn)去帆船的船身比桅桿先消失？”的模擬實驗（器材自找）

在交流現(xiàn)象和結(jié)論中我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生回答大多是地球是球體。而這個結(jié)論一是混淆了模擬實驗與實物探究的關(guān)系；二是夸大了實驗結(jié)論，老師應(yīng)予以斧正。引導(dǎo)方法很簡單，就是看看有沒有其他同學(xué)不用球體做實驗的，例如用手臂、文具盒、茶杯等等。（夸大實驗結(jié)論是學(xué)生常犯的錯誤。該實驗結(jié)論得不出地球是球形的結(jié)論。航行中看到桅桿高度變化，可以作為地球是球形的這一模型的證據(jù)，但不是充分證據(jù)。老師可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行辯論，列舉反例提出質(zhì)疑。例如地球是柱形、拱形、半球形、環(huán)形。

只要這一環(huán)節(jié)討論透徹，學(xué)生會漸漸清晰，自己認(rèn)為可以證明地球是球形的證據(jù)，都是局部的、微觀現(xiàn)象，相應(yīng)的是局部的、微觀的結(jié)論。但即便是局部的結(jié)論，只要大膽想象，建立地球是球形的模型就進(jìn)了一大步。

在此基礎(chǔ)上，討論：

1 “月食時，發(fā)現(xiàn)大地投射到月球上的影子是弧形的”和“麥哲倫環(huán)球航行”對地球是球形的模型建立更有說服力。為什么？

（后者更具說服力，因為月食時，月球上的影子是弧形的，只能證明某個側(cè)面是弧形。而后者的航行路線長，觀察范圍更大，通過親身經(jīng)歷的事實更真實。）

2 你還能列舉地球是個球體的現(xiàn)象和驗證方法嗎？這些現(xiàn)象足以證明地球是球形的嗎？

（比如，海面上駛來的帆船，先看到桅桿再看到船體；登高望遠(yuǎn)；這些現(xiàn)象都只能證明觀測處所處的形狀為球形，可以作為證據(jù)，但不能充分證明地球是一個球體。）

3 你能舉出能直接證明地球是球形的直接證據(jù)嗎？

（直接很少，可以證明地球是球形的證據(jù)就是太空中連續(xù)拍攝到的地球錄像。）

4 從人類認(rèn)識地球形狀的過程中，你能感悟到什么？

（從人類認(rèn)識地球形狀的過程中，可以感悟到，科學(xué)模型的建立不是一蹴而就的，當(dāng)時的科技條件會限制人們對事物的認(rèn)識，對某一事物模型的建立是從片面到完整，局部到整體的。人類認(rèn)識客觀世界的過程總是遵循：實踐——認(rèn)識——再實踐——再認(rèn)識的規(guī)律。）

本堂課首先解決了學(xué)生既定的認(rèn)識——地球是圓的，回到思維的原點。從建模的角度認(rèn)識天圓地方的原因，而后分析每個地球是圓的證據(jù)局部特點，最后由局部到整體的認(rèn)識。這樣的學(xué)習(xí)過程充滿了探究意味，體會我們對自然的認(rèn)識是從現(xiàn)象到本質(zhì)，從粗淺到深入，從局部到整體的過程。充分認(rèn)識科學(xué)的本質(zhì)。

二、 重現(xiàn)科學(xué)發(fā)現(xiàn)的歷程——走近古代先哲，體驗過程之“真”

科學(xué)的發(fā)展往往從經(jīng)驗出發(fā)，通過大量的觀察，歸納出結(jié)論。但自然觀察存在很大的缺陷，就是對一些未知的因素缺乏認(rèn)識，這些因素帶來的干擾就被忽略。這樣獲得的結(jié)論往往是片面的，甚至是完全錯誤的，這就是錯誤前概念形成的原因之一。當(dāng)我們把古代先哲的錯誤理論展示給學(xué)生時，恰恰與學(xué)生的認(rèn)識是一致的，會產(chǎn)生情感共鳴。此時，引導(dǎo)學(xué)生探究，得出的結(jié)論否定了自己的認(rèn)識，會產(chǎn)生強烈的思維沖突，在“破而后立”的過程中提高元認(rèn)知水平。

例如，在大氣壓教學(xué)中，采取如下程序：

介紹史實1：2300多年前的古希臘學(xué)者亞里士多德認(rèn)為，“自然界害怕真空”。

實驗展示1：活塞式抽水管。用帶活塞的玻璃管吸水，讓學(xué)生注意觀察水位的變化。同時用亞里士多德理論對“抽水”進(jìn)行解釋：活塞向上抽動時會留下一段空隙，這就是真空。而自然界是不允許真空出現(xiàn)的，所以必須馬上被水填滿，于是水就上升了。

思考1：如果這支玻璃管足夠長，當(dāng)活塞一直往上提，結(jié)果會怎樣呢？按照上述理論，水能否一直往上升？

設(shè)計意圖 大氣壓強的知識源于人們對“真空”的研究。所以，本節(jié)課設(shè)計以“真空”問題為教學(xué)起點，并重點討論兩個問題。旨在讓學(xué)生認(rèn)識到“真空吸力”在一定程度上的合理性和局限性，為下面的矛盾沖突打下基礎(chǔ)，也培養(yǎng)了學(xué)生的推理能力。從學(xué)習(xí)目標(biāo)到亞里士多德理論，通過自己設(shè)計的實驗來佐證亞氏理論，而后又設(shè)置問題引發(fā)學(xué)生思考。

呈現(xiàn)史實2：1640年，在古老的意大利城市佛羅倫薩，人們造了一臺抽水機，準(zhǔn)備把深礦坑里的水抽走。抽水機建成后，人們大失所望，因為他們發(fā)現(xiàn)，水被抽到離礦井中水面約10米時，無論活塞向上提多高，水面都不再上升了。技師們千方百計改進(jìn)抽水機，以保證活塞不漏氣，但結(jié)果依舊如此。由于水面上方“頑強”地存在著一段真空，使得“自然界害怕真空”的說法不攻自破，“真空吸力”在這個現(xiàn)象面前顯得無能為力。伽利略聽到這件事時也非常奇怪，由于條件的限制，他也沒有能給予合理解釋。在去世之前，他把這個問題留給了他的學(xué)生——托里拆利。

設(shè)計意圖 通過進(jìn)一步的史料呈現(xiàn)，兩段史料，一對矛盾，讓學(xué)生注意到“真空吸力”觀點與現(xiàn)實的矛盾，從而催生學(xué)生新的思考。這樣體現(xiàn)“科學(xué)課堂的教學(xué)過程就是濃縮的人類認(rèn)識客觀世界的過程”的哲學(xué)思想，可以激勵學(xué)生繼續(xù)前進(jìn)，為后面教學(xué)做好鋪墊。

實驗展示2：演示托里拆利實驗，并同時闡釋托里拆利在實驗中控制了大氣這一變量。即容器內(nèi)部不與大氣相通，只在容器外承受大氣，也為我們設(shè)計驗證大氣壓存在的實驗提供了思路。

思考2 我們現(xiàn)在利用這一思路，能否利用玻璃杯、硬紙片和水驗證大氣壓的存在？

實驗展示4：覆杯實驗，并展示傾斜杯子向各個方向。

思考3 杯子向各個方向時紙片均不下落，說明什么？還有沒有其他生活現(xiàn)象也能證明大氣壓的存在？

設(shè)計意圖 本環(huán)節(jié)的設(shè)計，一方面是讓學(xué)生對問題本身進(jìn)行思考，另一方面還有培養(yǎng)學(xué)生不要迷信科學(xué)家的意識的意圖。且讓學(xué)生知道猜想是需要實驗來驗證的，即科學(xué)是建立在實驗的基礎(chǔ)上。而教師的闡述則旨在讓學(xué)生獲得一種科學(xué)的思維方式。同時讓學(xué)生對科學(xué)的研究有所感悟：科學(xué)家原來也不是神秘到遙不可及，他們也是靠不斷努力才取得最后成功的。

學(xué)生活動：利用提供器材，繼續(xù)尋找證明大氣壓存在的方法，加深對大氣壓的理解。

學(xué)生對大氣壓認(rèn)識很淺，對大氣壓產(chǎn)生現(xiàn)象存在許多錯誤認(rèn)識。上述設(shè)計能創(chuàng)造性地將科學(xué)史有機地融合到《大氣的壓強》的課堂教學(xué)中，不拘泥于教材，將科學(xué)史作為創(chuàng)設(shè)情景的背景材料。通過“亞里士多德的理論可行——亞里士多德的理論存疑——大氣壓的存在——大氣壓大小”的線索層層推進(jìn)，解決錯誤前概念的負(fù)面影響。這使得學(xué)生的探究從問題的起點出發(fā)，理論推理和實驗探究并行。這樣的探究過程，思維上有連貫性，過程中有完整性，讓學(xué)生動腦和動手，給學(xué)生親近感和真實感，提高科學(xué)探究的真實性。

三、 領(lǐng)悟科學(xué)發(fā)現(xiàn)的邏輯——及時探究困惑，追求思維之“真”

學(xué)生遇到困惑時，對存在的疑問進(jìn)行探究，就會增加探究內(nèi)驅(qū)力。這樣的探究更近似科學(xué)發(fā)現(xiàn)的過程。而科學(xué)史恰好可以提供這樣的素材。老師及時補充各種史料信息，讓學(xué)生不再局限于狹小的認(rèn)識空間。如何引導(dǎo)學(xué)生利用已有知識經(jīng)驗，解決自己提出的問題，使課堂效率最大化，是教師需要思考的一個問題，是對教師理念與智慧的挑戰(zhàn)。

圖一

呈現(xiàn)史實：在介紹道爾頓“實心球”模型、湯姆森“西瓜”模型后，介紹盧瑟福行星結(jié)構(gòu)模型：1908年，盧瑟福弄清楚了α射線就是氦原子核。為了能夠間接地“看到”原子內(nèi)部的結(jié)構(gòu)情況，盧瑟福采用了高速飛行的α粒子來轟擊它們（圖一）。根據(jù)α粒子飛行路徑的改變，便可算出靶原子的構(gòu)造概況。結(jié)果看到極少α粒子被金屬箔彈回來，部分α粒子偏離方向，多數(shù)α粒子延直線運動?。榱朔乐箍諝夥肿拥母蓴_，該實驗在真空中進(jìn)行）。老師介紹到此為止，引導(dǎo)學(xué)生展開討論。

提問：同學(xué)們根據(jù)以上實驗現(xiàn)象可以建立怎樣的原子結(jié)構(gòu)模型？

學(xué)生甲：用實心球模型可以解釋。原子像一個堅硬的實心球，當(dāng)α粒子正面碰撞時就被反彈回來，而傾斜相碰的則會偏離原來的方向。

老師：聽起來非常有理，其他同學(xué)有什么看法？

學(xué)生乙：如何解釋大多數(shù)α粒子沿直線運動？

學(xué)生甲：原子之間有間隙，α粒子是從原子間隙中穿過，當(dāng)然沿直線運動。（得意）

（全沉沒，思考）

學(xué)生丙：α粒子被彈回的比例是多少？如果彈回來的α粒子比例較高，則以上模型有一定的價值；但如果比例很低，那么，可能性就很小了。

（面對成串的問題，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性一下被調(diào)動起來了。一些平時不愛學(xué)習(xí)的同學(xué)也顯得格外專注，希望盡快從教師那里得到答案。）

老師：被反彈的α粒子的具體數(shù)據(jù)我也不太清楚，我估計不會超過億分之一吧。如果按老師給的數(shù)據(jù)，大家討論并計算一下，原子直徑與間隙之間的比例是否符合你的想象？

學(xué)生甲：（計算后回答）我們算出原子之間的空隙大于原子直徑的10000倍。憑感覺好像是不可能的。

學(xué)生乙：憑感覺我也認(rèn)為不可能的。但是沒有理論能說明一定不成立。

老師：同學(xué)們的思維很活躍，也有較縝密的推理。大家能否從另外角度去思考呢？

學(xué)生：湯姆生已經(jīng)發(fā)現(xiàn)原子中存在電子，如果甲反對盧瑟福的原子模型，如何解釋電子的存在？

電子是怎樣分布在原子中的？

老師：這個問題很有意思也很有價值，請同學(xué)們都來思考討論。

學(xué)生甲：這個問題并不難解決，如果把原子看作是早餐吃的麻球，那么電子就好像是粘在麻球上的芝麻——這就是我的“麻球模型”。

老師：這個模型聽起來很誘人，又好吃、又形象。比道爾頓的實心球模型強多了！

學(xué)生：（大笑）

老師：同學(xué)們都同意“麻球模型”么？

（安靜、思考……）

給學(xué)生足夠想象空間，同學(xué)們不知道問題的結(jié)論，實驗信息的加工處理任務(wù)就落在自己的肩上。討論時，不斷解決問題，又時刻產(chǎn)生新的疑問，在疑問中尋找突破口，獲得科學(xué)研究的體驗。雖然，課堂氣氛時而有些嘈雜，時而有些沉悶，但嘈雜中充滿了探討，沉悶中不乏思考。學(xué)生始終處在活躍的思維之中，所有討論都圍繞著實驗現(xiàn)象展開，而不是跟著課本人云亦云。

四、 關(guān)注科學(xué)發(fā)展的價值——深入交流評價，凸顯觀念之“真”

交流評價是科學(xué)探究中的重要一環(huán)。由于平時教材的有關(guān)探究中，大多實驗比較理想，結(jié)論比較容易得出。導(dǎo)致交流評價環(huán)節(jié)缺乏深度體驗?？茖W(xué)史能給我們一個很好的交流平臺。在體驗科學(xué)發(fā)展規(guī)律的同時，給我們深度學(xué)習(xí)探究的機會。

在科學(xué)第五冊《幾種重要的鹽》中，有介紹制堿專家侯德榜的內(nèi)容。侯德榜出身貧寒其研制生產(chǎn)的“紅三角堿”榮獲美國費城的萬國博覽會金質(zhì)獎?wù)?。對現(xiàn)在的學(xué)生而言，金質(zhì)獎?wù)虏⒉灰馕妒裁础，F(xiàn)在從媒體中看到的“金質(zhì)獎?wù)隆变佁焐w地，對學(xué)生心靈不能產(chǎn)生強烈的沖擊?？茖W(xué)史的教育作用不能有效發(fā)揮。于是，教學(xué)中補充相關(guān)史話：

1 法國科學(xué)院懸賞10萬法郎征求可工業(yè)化的制堿方法

2 索爾維制堿法原理：

NH3+CO2+H2ONH4HCO3；

NaCl+NH4HCO3NaHCO3↓+NH4Cl；

NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O；

NH4Cl+Ca（OH）2NH3↑+H2O+CaCl2。

3 侯氏制堿法原理：NaCl+CO2+NH3+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl（可作氮肥）

2NaHCO3=Na2CO3+H2O+CO2↑（CO2循環(huán)使用）（以加熱作為反應(yīng)條件）

4 先有索爾維制堿法壟斷全球，后有侯氏制堿法著作發(fā)表，全球共享。

對于介紹科學(xué)家史料，老師比較容易停留在表層說教，效果不佳，學(xué)生不能內(nèi)化。所以，教學(xué)中放手讓學(xué)生討論。學(xué)生不但關(guān)注“法國科學(xué)院懸賞10萬法郎征求可工業(yè)化的制堿方法”，說明制堿法的巨大商用價值。進(jìn)一步交流和討論發(fā)現(xiàn)，侯氏制堿法原理與索爾維制堿法并無太大差異。區(qū)別在于：索爾維制堿，在制得NaHCO3后，又將NH4Cl與Ca（OH）2反應(yīng)制得NH3，重復(fù)利用，而侯氏聯(lián)合制堿則是利用NaCl與NH4Cl的溶解變化，在50℃～100℃時加入NaCl，將NH4Cl析出作化肥，為何明顯此方法更受人們的歡迎？通過進(jìn)一步討論，理解了索爾維制堿法只是將NaCl中的Na+加以利用，Cl-最終變成氯化鈣成為廢渣。降低了原料的利用率，并對環(huán)境造成極大危害。而侯氏聯(lián)合制堿則是利用NaCl與NH4Cl的溶解度變化，將NH4Cl析出作化肥，NaCl的成分分別進(jìn)入兩種產(chǎn)品，得到充分利用，保留了氨堿法的優(yōu)點，消除了它的缺點，使食鹽的利用率提高到96%；NH4Cl可做氮肥，不會產(chǎn)生CaCl2造成的環(huán)境污染。

由于學(xué)生充分的討論，學(xué)生在多個方面對侯氏制堿法的優(yōu)勢獲得了深刻理解。從物質(zhì)的利用率聯(lián)系到成本；從廢棄物的轉(zhuǎn)化聯(lián)系到環(huán)境；從公開方案聯(lián)系到國際主義精神等等。每一個觀念的形成都有具體的事實依據(jù)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嫛＿@樣的討論，在提高了學(xué)生對探究環(huán)節(jié)中交流評價的能力的同時，深刻地體會到科學(xué)與技術(shù)的差異和科學(xué)技術(shù)的價值。

探究需要真實性，不能為探究而探究?？茖W(xué)史的學(xué)習(xí)也不能流于淺表，局限于閱讀史話，或局限于老師的說教?？茖W(xué)史在課堂上的作用除了可以提高我們的人文情懷，更為重要的是提供了豐富的探究素材，可以將我們帶入真實情景。學(xué)生不再是欣賞科學(xué)的觀眾，而成了研究科學(xué)的主角。在更真實的探究中，體驗探究的樂趣。而我們老師則成為編劇、導(dǎo)演，在幕后推動學(xué)生演繹科學(xué)發(fā)展的大劇。

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作者簡介：呂國海，浙江省杭州市，杭州市富陽區(qū)富春中學(xué)。