巧用科學(xué)史實構(gòu)建科學(xué)概念

滕俊玲

科學(xué)史實是增進(jìn)學(xué)生科學(xué)本質(zhì)認(rèn)識的有效途徑，在教學(xué)中教師要有意識地利用它讓學(xué)生了解概念發(fā)展的歷程，使他們知其然知其所以然，從而建構(gòu)科學(xué)概念。本文以《電和磁》一課為例，利用奧斯特發(fā)現(xiàn)電生磁這一科學(xué)史實，對教材進(jìn)行合理的整合和開發(fā)，讓學(xué)生在課堂上經(jīng)歷類似科學(xué)家的研究過程，使他們在意趣盎然地學(xué)習(xí)科學(xué)史實的過程中建構(gòu)科學(xué)概念，認(rèn)識科學(xué)本質(zhì)。

深研教材，整體把握

科學(xué)史實簡稱科學(xué)史，研究科學(xué)發(fā)生、發(fā)展的歷史?？茖W(xué)史體現(xiàn)著科學(xué)文化的豐富內(nèi)涵，蘊(yùn)含著豐富的教育資源，有很高的教育價值。我國各個版本的小學(xué)《科學(xué)》教材中均適量引入了一定的科學(xué)史內(nèi)容，這也在一定程度上凸顯了科學(xué)史的重要性。

進(jìn)一步梳理發(fā)現(xiàn)，教材中的科學(xué)史內(nèi)容通常作為閱讀材料放在課文中或者課文的拓展部分，這樣的安排有利于發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性，更好地延伸課堂教學(xué)。但這也使得少數(shù)教師產(chǎn)生了誤解而忽視科學(xué)史，甚至僅僅提示學(xué)生自行閱讀。如果科學(xué)史內(nèi)容不能真正融入課堂教學(xué)，不能成為課堂教學(xué)的一部分，那么其教育功能將大打折扣。因此教師要有意識地從科學(xué)史的角度設(shè)計教學(xué)，挖掘科學(xué)史與科學(xué)概念的聯(lián)結(jié)點(diǎn)，使學(xué)生置身于歷史情境中，形成對科學(xué)知識的歷史性理解。

立足教材，巧妙聯(lián)結(jié)

教材引入的科學(xué)史蘊(yùn)藏著豐富的科學(xué)精神、科學(xué)方法及科學(xué)家的品質(zhì)等。因此，教師要立足教材，細(xì)心研讀，找到科學(xué)史與教材的聯(lián)結(jié)點(diǎn)，將科學(xué)史融入課堂教學(xué)中，為學(xué)生建構(gòu)科學(xué)概念服務(wù)。

《電和磁》是典型的適于進(jìn)行科學(xué)史教育的內(nèi)容，奧斯特發(fā)現(xiàn)了“電生磁”的現(xiàn)象，從而為人類大規(guī)模利用電能奠定了基礎(chǔ)。本單元的資料庫中也有對奧斯特發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象的具體描述。在執(zhí)教這一課時，有些教師往往會將這一科學(xué)史內(nèi)容作為一個有趣的故事講給學(xué)生聽，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。如果僅僅將科學(xué)史內(nèi)容作為一個故事來博學(xué)生一笑，那是對科學(xué)史的不尊重，也是對編者引入科學(xué)史內(nèi)容意圖的曲解。

設(shè)計教案時，筆者將本課教學(xué)定位為“讓學(xué)生經(jīng)歷奧斯特發(fā)現(xiàn)電能生磁這一事件類似的探究情境，引導(dǎo)他們用歷史的、動態(tài)的眼光看待這一發(fā)現(xiàn)，從而建構(gòu)‘電能生磁’這一概念?！币虼?，筆者研讀了科學(xué)史中關(guān)于電學(xué)和磁學(xué)的發(fā)展歷史，了解吉爾伯特、庫侖等科學(xué)家對電和磁之間關(guān)系的研究結(jié)論，分析奧斯特的學(xué)習(xí)和生活經(jīng)歷，以及他發(fā)現(xiàn)電生磁現(xiàn)象的歷史背景。在此基礎(chǔ)上將這一科學(xué)史內(nèi)容與教材進(jìn)行聯(lián)結(jié)，設(shè)計了“演示實驗—引出觀點(diǎn)—學(xué)習(xí)史實—設(shè)計實驗—呈現(xiàn)概念—總結(jié)評價”六個環(huán)節(jié)，讓學(xué)生“回到”十九世紀(jì)初，“經(jīng)歷”奧斯特發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象的所有過程，從而引導(dǎo)學(xué)生用歷史的眼光看待科學(xué)成果，建構(gòu)“電能生磁”這一科學(xué)概念。

跳出教材，合理整合

將科學(xué)史內(nèi)容與教材建立聯(lián)結(jié)之后，教師要根據(jù)確定的教學(xué)目標(biāo)、科學(xué)概念對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行刪減或補(bǔ)充，重新整合教材和科學(xué)史內(nèi)容，使兩者融為一體。

《電和磁》一課，教材內(nèi)容包括兩個部分。第一部分——通電導(dǎo)線和指南針，讓學(xué)生觀察通電導(dǎo)線使指南針發(fā)生偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，并對此進(jìn)行分析、解釋。第二部分——通電線圈和指南針，用線圈代替直導(dǎo)線做電生磁實驗，為后面理解電磁鐵原理打下基礎(chǔ)。

設(shè)計教學(xué)時，筆者對教材進(jìn)行了整合。首先，將教材中的兩個部分合并，即將直導(dǎo)線、短路、線圈作為一個活動內(nèi)容，目的是作為證明電流產(chǎn)生磁性的證據(jù)，三種不同的材料體現(xiàn)不同層次的證據(jù)，讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)家為了證明自己的觀點(diǎn)必須不斷尋找令人信服的證據(jù)這一研究的情境。其次，補(bǔ)充了一份閱讀資料，向?qū)W生介紹奧斯特的學(xué)習(xí)和研究背景，以及當(dāng)時人們對電和磁的認(rèn)識，包括一些大科學(xué)家對兩者之間關(guān)系的看法。通過資料讓學(xué)生了解奧斯特的研究情況以及面臨的問題。最后，把教材中最后一個情境（用線圈和指南針做一個電路檢測器的內(nèi)容）刪去。因為這個內(nèi)容是為后面的電生磁的應(yīng)用作鋪墊，與奧斯特發(fā)現(xiàn)電磁現(xiàn)象的內(nèi)容并無直接聯(lián)系，所以將這部分內(nèi)容放到后面的教學(xué)中。

對教材進(jìn)行這樣的處理，目的是讓教材內(nèi)容與科學(xué)史有機(jī)地融合在一起，讓學(xué)生在課堂中“重演”發(fā)現(xiàn)電磁現(xiàn)象的過程，但又不局限于“重演”奧斯特的實驗，而是讓學(xué)生從中學(xué)習(xí)科學(xué)家的思維方式、研究方法，更好地理解知識的來龍去脈，從而使“電能生磁”這一概念的構(gòu)建從靜態(tài)變?yōu)閯討B(tài)，從枯燥變?yōu)橛腥ぁ?/p>

回歸教材，經(jīng)歷探究

在教學(xué)中，筆者按照“演示實驗—引出觀點(diǎn)—學(xué)習(xí)史實—設(shè)計實驗—呈現(xiàn)概念—總結(jié)評價”六個環(huán)節(jié)進(jìn)行教學(xué)。

1.演示實驗

上課伊始，教師演示1820年科學(xué)家奧斯特做的一個實驗，并引導(dǎo)學(xué)生親自做一做這個實驗，進(jìn)一步強(qiáng)化實驗現(xiàn)象并思考是什么使磁針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)。教師向?qū)W生揭示歷史上科學(xué)家們曾進(jìn)行過理論研究的現(xiàn)象，這樣既能激發(fā)學(xué)生的探究興趣，又能促使學(xué)生利用科學(xué)史資源進(jìn)行進(jìn)一步的探究式學(xué)習(xí)，切身感受到什么是科學(xué)發(fā)現(xiàn)，并留下深刻的印象。

2.引出觀點(diǎn)

教師引導(dǎo)學(xué)生圍繞“是什么讓磁針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)”提出自己的觀點(diǎn)，并采取不加評判的態(tài)度，以鼓勵他們自由、大膽地提出各種的觀點(diǎn)，同時提出證據(jù)加以佐證。在這一過程中，學(xué)生也會感到，科學(xué)家的作用不僅在于發(fā)現(xiàn)“科學(xué)事實”，而且在于通過他們創(chuàng)造性地想象來建構(gòu)科學(xué)知識。

3.學(xué)習(xí)史實

教師出示閱讀資料，向?qū)W生介紹早期科學(xué)家們的觀點(diǎn)，同時提供了奧斯特的學(xué)習(xí)經(jīng)歷和知識背景，引導(dǎo)他們討論不同觀點(diǎn)產(chǎn)生的歷史背景、條件，不同觀點(diǎn)間的區(qū)別及不完善之處，使學(xué)生認(rèn)識到科學(xué)認(rèn)識的歷史局限性和科學(xué)發(fā)展的螺旋上升性。將科學(xué)史作為探究活動的一個環(huán)節(jié)，可以使學(xué)生在心理上和情感上更接近科學(xué)，激發(fā)他們的想象力，使他們設(shè)身處地體驗科學(xué)家的探究和思考。

4.設(shè)計實驗

當(dāng)學(xué)生遇到與科學(xué)家相類似的研究情境時，教師引導(dǎo)學(xué)生繼續(xù)以科學(xué)家的方式進(jìn)行思考，即設(shè)計實驗進(jìn)行研究，排除各種可能性，不斷做實驗搜集證據(jù)，從而建構(gòu)科學(xué)概念。教師既讓學(xué)生掌握搜集有效證據(jù)的方法，又揭示“我們?nèi)绾握J(rèn)識”這一證明和解釋問題，以幫助學(xué)生真正理解科學(xué)概念的發(fā)生和發(fā)展過程。

5.呈現(xiàn)概念

這一環(huán)節(jié)由教師講解當(dāng)代的科學(xué)實驗，即介紹教材對這一現(xiàn)象的解釋，讓學(xué)生通過閱讀教材，將自己的實驗設(shè)計與教材裝置圖進(jìn)行比較分析。呈現(xiàn)概念并不是僅僅把概念告知學(xué)生，還需要學(xué)生對自己的觀念和解釋進(jìn)行實驗檢驗，經(jīng)歷實驗現(xiàn)象的觀察、資料的搜集與整理的過程，最終得出結(jié)論，構(gòu)建科學(xué)概念。

6.總結(jié)評價

這個過程雖然簡短，但是不能省略，它可以幫助學(xué)生更深刻地理解科學(xué)探究的本質(zhì)。教材向?qū)W生介紹的是經(jīng)過提煉和純化的科學(xué)成果，略去了科學(xué)思想和理論體系的產(chǎn)生及演變過程。這往往使學(xué)生對科學(xué)持有一種非歷史的眼光，以為科學(xué)的理論是永恒的真理。而科學(xué)史表明，每一個科學(xué)概念的構(gòu)建，幾乎都經(jīng)歷了一系列艱難曲折的探索過程。

拓展教材，理解本質(zhì)

小學(xué)科學(xué)教學(xué)中，科學(xué)史作為一種輔助性的知識不可能占用教材太多的篇幅，也不可能完全依靠課堂進(jìn)行教學(xué)，因此教師就要開發(fā)拓展性資源，作為對教材的補(bǔ)充?？茖W(xué)史的拓展資源要基于小學(xué)生的心理特點(diǎn)和認(rèn)知水平，選擇合適的具有較高教育價值的內(nèi)容，給予學(xué)生多方面的啟迪。

《電和磁》一課教學(xué)結(jié)束后，筆者編寫了補(bǔ)充資料介紹電磁學(xué)的其他發(fā)現(xiàn)，包括安培和法拉第的研究成果和相關(guān)事跡，讓學(xué)生對“電流產(chǎn)生磁性”這一科學(xué)概念有了更深入的認(rèn)識。同時，通過拓展課程幫助學(xué)生建立科學(xué)是不斷發(fā)展的，它總是在前人的研究基礎(chǔ)上不斷更新的，以此樹立學(xué)生正確的科學(xué)觀，增進(jìn)其對科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識。