科学史在初中科学教学中的教育价值和教学应用

摘 要: 科学史是研究科学发生发展的历史,它以其独特的研究视角成为科学教育的一种非常宝贵的教育资源。其教育价值已逐渐受到各国科学教育界的普遍重视,并成为国际科学教育改革的一种重要的发展趋势。本文就挖掘科学史潜在的教育价值,以及科学史在教学实践中具体应用进行阐述。

关键词: 科学史 初中科学教学 教育价值 教学应用

一、科学史在初中科学教学中所起的作用和必要性

科学史是研究科学发生发展的历史,它以其独特的研究视角成为科学教育的一种非常宝贵的教育资源。其教育价值已逐渐受到各国科学教育界的普遍重视,并成为国际科学教育改革的一种重要的发展趋势。

《科学(7―9年级)课程标准》指出:“科学课程以提高每个学生的科学素养为总目标。”此目标体现在科学课程内容的五大领域中,分别为:“科学探究(过程、方法与能力),生命科学,物质科学,地球、宇宙和空间科学,科学、技术与社会的关系。”在现有的课程教材和实际的教学过程中,第二、第三、第四领域是显性和到位的,也引起师生们足够的重视,而第一、第五领域明显是以综合为特色和要求的,其内容均渗透于其他三个领域中。

在“全面提高每一个学生的科学素养”作为科学课程的基本理念的指导下,《标准》明确突出了科学史在科学课程中的地位和作用。然而,许多教师对科学史的教育价值的认识还是存在着诸多的偏差和不足,而且在具体的实施过程中,也存在着许多误区。如对科学史的教育仅简单地理解为对科学史事实的记诵教育,而没有将科学史所蕴涵的理性精神与求真意识、批判精神与创新意识渗透其中;没有通过科学史的再现让学生逐渐领悟科学的本质、科学内含的人性、科学的方法与科学的精神等。而这些方法与精神和科学知识一样是构成学生科学素养不可或缺的重要组成部分。因此,我们在教学过程中引入科学史,应打破历史事实的硬壳,充分展现科学史内在的价值。

二、重视新课程标准理念,充分利用科学史教育价值

1.以史激趣,引发学生持久的学习兴趣。

学习兴趣是学生获取知识的内在动力,是学习过程顺利而有效进行的心理条件。只有当学生对学习对象有了浓厚的兴趣,才能表现出学习的自觉性、主动性,才能以顽强毅力去克服学习中遇到的困难。

学习卵生动物时,介绍爱迪生坐鸡窝“孵蛋”的故事;在学习光学初步知识时,介绍少年时代的爱因斯坦陷入“追光”问题的深思,等等。这样寓史于教、史教相融的教学形式,不仅可以增加课堂的趣味性,而且可以让学生认识到科学家幼年时的“幼稚”,不再认为科学是从一些天才的头脑里蹦出来的,从而拉近学生与科学家的距离,激发学生探究客观世界的浓厚兴趣。在教学实践中长期坚持将科学史渗透到课堂中,对促进学生产生稳定而持久的学习兴趣有着积极的推动作用。

2.以史为证,感悟知识曲折的形成过程。

当然,在科学教学中渗透科学史,不是为了给科学知识裹上一层“糖衣”,增加学习科学的趣味性,而应该让学生感悟科学发展的曲折历程。

在学生学习原子结构模型时,可结合课本材料,突出介绍道尔顿的“实心球模型”汤姆森的“西瓜模型”卢瑟福发现原子核波尔提出“行星轨道模型”现代的“电子云模型”夸克的发现近两百年的科学研究历程,使学生领会到科学发现有时是几代科学家锲而不舍、接力棒式长期研究的结果。同时让学生体会到科学是特定时代或特定条件下科学研究活动的产物,处在不断变化发展和成熟的过程中,科学理论具有相对性,也让学生领悟到科学家们对真理的追求与执着,领悟到科学探究的艰辛与曲折。

3.以史立范,培养学生基本的科学方法。

在学生学习《神奇的激素》这一节内容时,让学生体验达尔文、温特等科学家对植物向光性现象建立的合理假说,对实验的精妙设计,对实验结果的科学解释,之后再让学生运用科学家的研究方法,自己重复达尔文实验。这样将科学方法与科学史紧密地融合在一起,使学生既了解科学家是怎么做的,又学会自己应该如何去做,使科学方法的教育更具有操作性,让学生在“像科学家那样进行探究”的过程中,更能体会到成功的自豪感,从而提升他们自觉掌握科学方法的积极性。

4.以史提能,提高学生的探究能力。

科学史也是科学方法的历史,科学史一再证明,科学家之所以能取得成功,往往与他们运用了正确的研究方法有关。许多科学家都摸索出一套适合自己的思维方式。如伽利略开创性地运用定量描述与实验研究相结合的方法;电磁感应定律的发现者法拉第认为表达物理思想的最好方式是构造相应的物理图像;而建立经典电磁学理论的麦克斯韦则认为数学公式才能最深刻地表达事物的本质;爱因斯坦善于通过直觉思维洞察事物的本质,并用探索性演绎方法构造理论体系,等等。教师在教学中应充分把科学巨匠们独到的科学思想和研究方法渗透到知识传授中,从而培养学生思维的灵活性和变通性。

5.以史作鉴,培养学生博大的人文精神。

人文精神是人类在对自身的认识、自身的发展和自身的完善过程中形成的,并规范和约束着人类自身的各种活动,表现为人生观和价值观。人文精神的核心是“爱”,热爱科学,热爱科学事业,热爱祖国,热爱人类社会。单纯通过科学理论知识的学习,学生并不能知道创造这些科学理论的科学家的人格魅力,而科学史正是超越了科学理论知识的这一局限,展示了科学家们的人文形象,使学生能够从科学前辈那里汲取精神营养,领悟人文精神的内涵。

科学发展的历史并非一帆风顺,科学史上的巨匠们也并非个个光明磊落。当科学成果落在心术不正的科学家手中时,社会、对于整个人类来说,就是一场灾难。

三、初中《科学》教学中科学史的教育价值与教学应用的思考

科学史是研究科学发生发展的历史,它以其独特的研究视角成为科学教育的一种非常宝贵的教育资源。其教育价值已逐渐受到各国科学教育界的普遍重视,并成为国际科学教育改革的一种重要的发展趋势。

1.充分挖掘教材所蕴涵的科学史素材,全面提高学生的科学素养。

我国上世纪70年末至80年代初出版的科学教科书,基本上没有科学史的内容。90年代出版的教科书已开始选取一些科学家的事迹作为学生的阅读材料。而《标准》除了进一步突出科学史在科学课程中的地位和作用外,还对科学史进入科学课程的方式作了相应的变化。但对科学史的内容只给出了初步的建议,而没有作出具体的规定。而现行教材中,有关科学史的具体内容也不多。这就给教师留有选材和具体处理的充分余地,同时也要求教师在教学中能深入分析,充分挖掘教材中有关的教学因素,并进行适当的补充和扩展。科学史对提高学生的科学素养的作用主要体现在以下几个方面。

(1)重现科学发展的历史,有助于学生对科学知识的理解。

科学史重现科学产生发展的历史,其中必然涉及基本概念、基本理论等科学知识。但科学史的优势并不在于介绍这些知识,而在于提供科学知识的产生背景,这对于理解和掌握科学知识是十分重要的。如在讲光合作用的概念时,可适当向学生介绍比利时科学家海尔蒙特的小柳树实验和英国科学家普里斯特利的小白鼠实验,帮助学生理解光合作用的原料中有水,产物中有氧气这一结论。

(2)利用科学家的生平事迹,对学生进行科学精神的教育和熏陶。

科学的发展史也是众多科学家不计个人名利,为科学事业贡献毕生精力的奋斗史。“榜样的力量是无穷的”,科学家在追求科学真理的过程中所表现出来的强烈的求知欲和好奇心,尊重事实、严谨求实的科学作风,坚持不懈、锲而不舍的科学态度,不畏强权、坚持真理的献身精神,以及善于听取不同意见、与人合作交流的精神,等等,都强烈地感染着学生,激励着他们努力学习。这些精神也正是科学素养的重要组成部分。教师应广泛收集,因势利导,在潜移默化中给学生以启迪。如达尔文对大自然的热爱和百折不挠、勇往直前的性格;摩尔根由不相信孟德尔学说到改弦易辙,创立基因论所表现出来的求实、公正的科学态度;沃森和克里克密切合作发现DNA双螺旋结构的协作精神;居里夫人在极其艰苦的条件下仍锲而不舍,最终发现了放射性元素镭……这些科学家的生平事迹都是培养学生科学精神的极好素材。

2.科学史的引入应与科学探究式教学相结合。

在教学中引入科学史和探究式教学的目的是相同的,都是让学生在获得知识的过程中得到科学思维方法的训练和科学精神的养成,即希望学生也能像科学家搞研究那样,在教师的引导下进行独立的探究,而不是由教师安排好一切,让学生顺着预定的途径“走”下去,更不是由教师直接告知结论。特别是科学史中一些的经典实验,充分闪耀着科学家的智慧,凝聚着正确的思维方法和独到的研究方法,教师可以引导学生从模仿开始,逐步发展到独立的探究和创新。

如“光合作用的发现史”、“生长素的发现史”中,有许多科学家进行的一系列设计巧妙的实验,是引导学生进行探究的极好素材。在教学中,教师应设置情景,先引导学生自己进行探究,然后与科学家所采用的实验方法进行比较,总结成败得失,从而提高学生提出问题、建立假设、设计实验、收集证据和合作交流等探究能力。实践证明这种方法是有效的。

总之,科学史的教学不应是对科学历史的简单回忆,而是重在展现科学历史事实的内在价值。《标准》强调:“在义务教育阶段的科学课程中引入科学史,主要是作为学生学习科学的一种途径和手段,科学史不应作为新的知识点来考核,其教学效果应当通过学生对相关科学知识的理解、对科学过程与方法的理解,以及学生科学态度、情感与价值观的培养来体现。”只有把握住这点,科学史进入科学课堂才是可能的,也才是有效的。

四、科学史在《科学》中的教育价值

1.能促进学生对科学知识的理解。

在科学学科教学中,我们大多只是把概念、定理、规律的结论告示学生,教学中为提高所谓的“课堂教学效率”,很少介绍这些概念与理论的发展,只是让学生知道如何“灵活”地应用这些知识去解决纸面上的学科问题,学生学的知识相对来说是静止的、孤立的,可以说对知识理解是肤浅的。

2.使科学教学更具有人文精神因素。

被誉为“科学史之父”的乔治・萨顿博士,将科学史视为沟通自然科学与人文学术的最好桥梁。因为科学史关注的焦点就是科学家,在进行某个科学史实教育时,不但牵涉到当时的科学探究,而且必定牵涉到科学家的思想、性格、情趣、生活,必定牵涉到当时的经济、政治、社会环境与学术环境,这就很好地在科学与人文之间架起了沟通的桥梁,使学生在了解科学的发展过程中,认识到科学也是具有思想的、文化的、伦理的,从而更深刻地认识科学的本质。

3.使学生对科学方法有更丰富、更完整的认识,并能使学生对科学方法论有一定的理解。科学的核心是探究,但现在一提到科学探究教学,很多科学学科教师总是认为,就是要多多应用实验或类似科学问题的实际进行教学。但这只是科学过程中的事实证明而己,没有包括科学发现过程哲学思想因素、社会的因素、文化的因素、物质条件的因素、科学伦理的因素,即没有了解科学的真正探究本质,这种科学探究以单纯的实证累积的方式介绍科学知识,会导致学生对科学有简单化的甚至是错误的印象。从科学的发展史来进行教学能使学生从多方面来综合认识科学发现的一般方法。

4.可以激发学生的学习动机,激发学生探究科学的兴趣,使学生具有创新的意识。科学史实充满着科学发现的传奇、科学发现的曲折情节等,如牛顿的苹果、瓦特的水壶盖、法拉第的艰辛、雷利的精细、居里夫人的永不放弃等,这些能使学生对科学产生一种热情,而不是解题的枯燥感。

5.使学生得到情感、意志、价值观上的教育。科学史实较真实地展现了科学发现途径中的科学艰辛,科学家们对科学发明的价值态度,科学家们对荣誉地位的认识,等等,这些无不是对学生情感的一次次洗礼。

科学史作为一门科学,它具有的价值远远不止上述所列,在教育上的价值也远不止上述所举,我们在实际教学要能认识到科学史在科学教育中具有这些功能,而不要简单地把它作为一种只具德育教育功能,抑或只作阅读材料,甚至是忽略它的存在意义。如何实现上述科学史在教育中的价值,正是我们一线的中学科学教师所应该思考的。

五、实行科学史在初中《科学》中的教学应用

1.有机结合,大胆创新――教材资源本身的整合。

阿基米德对浮力原理的发现,本身是“智慧火花”的闪现。在一堂课中,哪怕经教师的再三启发,要让学生在短短的几十分钟内也同样碰撞出这种“火花”,是很难做到的。在教学过程中我把材料进行整合成“戏说阿基米德”,将实验的物块比作阿基米德,将溢水杯比作澡盆,模拟阿基米德的洗澡过程。用话外音让阿基米德反复地问学生:“我浸入水的过程中,水越溢越多,我也越来越感到轻飘飘了,这是为什么?”由此来创设科学巨匠探究问题的情景,呈现给学生,让学生体会浮力与物体排开的水的关系。

2.突破时空,拓展视野――教材资源与网络资源的整合。

利用现代网络资源,让班级中的每位学生参与制作“我的生日与科学史”专题学习栏,让科学家“闯入”学生的生日,让科学事件“走进”学生的生日。虽然,这些科学家学生并不一定熟悉,这些科学事件中所涉及的科学知识和科技成果学生并不一定了解,但通过这一专栏的制作过程,学生在以后学习到相关的知识时,肯定会表现出浓厚的兴趣和更多的情意投入,同时,在生活中肯定会更多地关注科学人物、科技成果和科学事件。组织有兴趣的学生成立学习小组,利用现代网络技术,关注“科学史上的今天”,当“今天”的内容与近期学习或已学知识相关时,以课堂简述或专题学习栏的形式,展示给其他学生。这不仅能使小组中的学生开阔视野,而且能让全体学生更多地了解科学史。

3.触类旁通,相辅相成――教材资源与其他学科的整合。

科学知识是人类文化的一个重要组成部分,科学与其他学科的整合是培养学生科学精神与人文精神相统一的一条途径。既具有科学性又具有人文性的科学史在这一整合过程中扮演着不可或缺的角色。

在社会与历史的课程中,有很多材料都涉及中国的科学史。古代的“四大发明”让学生感到骄傲,近代的科技落后让学生感到耻辱。了解这些历史,不仅对学生进行了一次忧国忧民的爱国主义教育,而且让学生产生了这样的疑问:“古代中国科技的辉煌,为什么传承到近代就变成了落后了呢?”通过社会与历史学科提供的资料与《科学》提供的相关资料的整合,学生组成学习小组,查找中国科学发展史的有关资料,形成专题研究,在追溯与思考中增加了忧患意识,增强了把握科技未来的决心。

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