韓耀強(qiáng)

(海鹽縣教研室,浙江 海鹽 314300)

觀察實(shí)際課堂不難發(fā)現(xiàn),教師們比較重視知識和技能的教學(xué),尤其是結(jié)論性知識更是受到青睞,往往急于把結(jié)論呈現(xiàn)給學(xué)生,而輕視知識發(fā)生的過程分析,更不用說科學(xué)技術(shù)史教育融入科學(xué)課程以進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)了.

在科學(xué)教學(xué)中適當(dāng)引入科學(xué)技術(shù)史內(nèi)容,能幫助學(xué)生領(lǐng)悟科學(xué)的本質(zhì)、科學(xué)的人性,培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)情感、態(tài)度與價值觀,以增強(qiáng)科學(xué)教學(xué)的趣味性、思想性和啟發(fā)性,提高教學(xué)質(zhì)量.本文以“牛頓第一定律”教學(xué)為例,提出一種科學(xué)技術(shù)史教育的范式.

1 教學(xué)案例呈現(xiàn)

1.1 教學(xué)任務(wù)分析

圖1

本課的教學(xué)內(nèi)容是浙教版7年級下《科學(xué)》教材第2章第7節(jié)“牛頓第一定律”,教學(xué)任務(wù)是牛頓第一定律及其實(shí)際應(yīng)用.綜觀本節(jié)教學(xué)內(nèi)容,對于學(xué)生而言,教學(xué)難點(diǎn)主要來源于兩個方面:其一是明確“力是維持物體運(yùn)動的原因”觀點(diǎn)是錯誤的,其二是伽利略理想實(shí)驗(yàn)的推理過程.基于上述思考,教學(xué)重點(diǎn)確定為:以知識為載體,以實(shí)驗(yàn)為手段對學(xué)生進(jìn)行伽利略科學(xué)思想方法的教育,讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)和推理的過程中體會科學(xué)方法,產(chǎn)生對科學(xué)探究的積極情感.教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)如下.

知識與技能:

(1)了解有關(guān)運(yùn)動和力的關(guān)系的歷史發(fā)展,知道理想實(shí)驗(yàn)是科學(xué)研究的重要方法.

(2)理解并掌握牛頓第一定律的內(nèi)容和意義.

過程與方法:

(1)通過斜面—小車實(shí)驗(yàn),培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力.

(2)通過實(shí)驗(yàn)分析,初步培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的思維方法(分析、概括、推理).

情感、態(tài)度與價值觀:

(1)通過科學(xué)技術(shù)史的簡介,體悟自然科學(xué)定律發(fā)現(xiàn)的艱辛和科學(xué)家嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度.

(2)通過伽利略的理想實(shí)驗(yàn),給學(xué)生以科學(xué)方法論的教育.

知識內(nèi)容線索、科學(xué)技術(shù)史線索和教學(xué)活動總框架如圖1所示.

1.2 教學(xué)過程具體設(shè)計(jì)和意圖

基于教學(xué)任務(wù)、教材知識線索和科學(xué)技術(shù)史線索的分析,教學(xué)活動過程具體設(shè)計(jì)如表1.

表1

2 精彩片斷賞析

2.1 現(xiàn)象觀察,引出亞氏觀點(diǎn)

師:科學(xué)建立在觀察和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,首先考察大家的觀察能力,請看一個現(xiàn)象(實(shí)驗(yàn)1):推動紙盒,紙盒運(yùn)動;停止推紙盒,紙盒停止運(yùn)動.問:請描述你看到的現(xiàn)象.

生:改變了位置,發(fā)生了運(yùn)動.

師生歸納:有了推力,紙盒運(yùn)動;撤去推力,紙盒靜止.

師:在這個現(xiàn)象中反映出力和運(yùn)動有怎樣的關(guān)系呢？

生1:物體受力就會運(yùn)動,撤去這個力就會靜止.

生2:力能改變物體的運(yùn)動狀態(tài).

師:(及時記錄學(xué)生觀點(diǎn)并追問)到底哪一種觀點(diǎn)是正確的呢？

生普遍認(rèn)同第2種觀點(diǎn),師表揚(yáng)“不愧為21世紀(jì)的人才”后順?biāo)浦劢榻B2000多年前亞里士多德的觀點(diǎn):物體受力就運(yùn)動,不受力就靜止.這個現(xiàn)象普遍嗎？在學(xué)生生活舉例基礎(chǔ)上,說明亞氏是在觀察基礎(chǔ)上得到結(jié)論:力是維持物體運(yùn)動的原因.這一觀點(diǎn)與日常經(jīng)驗(yàn)直覺相符合為人們所信奉.接著簡要介紹亞氏的貢獻(xiàn):在西方科學(xué)和思想體系中的地位類似于孔子在東方儒學(xué)界中的地位;在動力學(xué)方面第1次提出了力與運(yùn)動間存在關(guān)系的論點(diǎn).這么偉大的科學(xué)家、思想家卻有一個怎樣的弱點(diǎn)呢？(學(xué)生語塞)他主要是通過對事物的觀察而直接得出結(jié)論,所以他的許多結(jié)論缺少思辨的過程.板書亞氏的研究方法:觀察加直覺.

點(diǎn)評:這一處理不僅尊重史實(shí),肯定亞里士多德的貢獻(xiàn),客觀評價其研究方法,也便于與伽利略開創(chuàng)的近代科學(xué)研究方法相對比.由于在“力的存在”學(xué)習(xí)中已經(jīng)知道,力能改變物體的運(yùn)動狀態(tài).如果實(shí)際教學(xué)中沒有按預(yù)設(shè)出現(xiàn)亞氏觀點(diǎn),則在介紹伽氏觀點(diǎn)后作為一種問題提出.

2.2 實(shí)驗(yàn)分析,引入伽氏觀點(diǎn)

師:現(xiàn)在請看另外一個現(xiàn)象(實(shí)驗(yàn)2):推四輪小車.問:給小車一個推力后,小車怎么樣？生答:運(yùn)動.問:當(dāng)小車在運(yùn)動過程中,這手是不是一直在推它呢？生答:不是.問:說明什么呢？是不是撤去外力了,物體一定就靜止了？

生:不是,物體還會繼續(xù)運(yùn)動一段距離才靜止.

師:這個實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和亞氏觀點(diǎn)相違背,所以根據(jù)觀察和直覺得出的結(jié)論不一定正確.那么應(yīng)當(dāng)怎么做？

生:(自然而然)實(shí)驗(yàn).

點(diǎn)評:讓學(xué)生仔細(xì)觀察小車離開手后的運(yùn)動情況,分析是否還受到推力.用亞氏觀點(diǎn)無法解釋從而引起認(rèn)知沖突.

師:不錯.300多年前的伽利略是第一個認(rèn)識到僅靠觀察加上直覺是無法得出正確結(jié)論的人,那么,他在當(dāng)時是通過怎樣的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)亞氏觀點(diǎn)是錯誤的呢？有同學(xué)知道嗎？(學(xué)生語塞)那我就告訴大家:他做了一個理想斜面實(shí)驗(yàn)(演示并和學(xué)生一起分析實(shí)驗(yàn)).

圖2

讓小球沿一個斜面從靜止在某一高度滾下來,小球?qū)L上另一個斜面,如圖2.請觀察有沒有到達(dá)原來的高度？學(xué)生分析小球不能到達(dá)同一高度原因.假設(shè)沒有摩擦,學(xué)生認(rèn)同小球?qū)⑸仙皆瓉淼母叨?如果減小第二個斜面的傾角,小球在這個斜面上達(dá)到原來的高度就要通過較長的路程(演示、觀察).繼續(xù)減小第二個斜面的傾角,小球通過的路程更長(演示、觀察).當(dāng)傾角為零成為水平面時,小球?yàn)榱诉_(dá)到那個永遠(yuǎn)無法達(dá)到的高度而一直運(yùn)動下去(演示、觀察).這就是伽利略當(dāng)時用理想實(shí)驗(yàn)說服大家所描述的結(jié)果:運(yùn)動物體沒有摩擦?xí)肋h(yuǎn)運(yùn)動下去.這說明運(yùn)動不需要力來維持.

請思考:伽利略的研究方法？師生共同總結(jié)(板書):實(shí)驗(yàn)加推論.

可見,理想實(shí)驗(yàn)方法的特點(diǎn)是以事實(shí)為基礎(chǔ),假設(shè)理想化的條件,在頭腦上做實(shí)驗(yàn),進(jìn)行推理想象,歸納出規(guī)律性的結(jié)論.伽利略的貢獻(xiàn)在于他提出了摩擦是影響物體運(yùn)動的原因,沒有摩擦物體將在水平面上永遠(yuǎn)運(yùn)動的觀點(diǎn).更重要的是他認(rèn)識到要驗(yàn)證一個結(jié)論是不是正確可以通過實(shí)驗(yàn)的方法來進(jìn)行.他第一個走出“直觀觀察就能得出結(jié)論”的誤區(qū),提出了依靠實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證自己觀點(diǎn)的科學(xué)研究方法.

你們想不想驗(yàn)證“摩擦是影響物體運(yùn)動的原因”這一觀點(diǎn)？師生共同討論教材參照伽利略斜面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的一個探究活動.

點(diǎn)評:愛因斯坦曾指出“伽利略的發(fā)現(xiàn)以及他所采用的推理方法是人類思想史上最偉大的成就之一.”所以伽利略的理想斜面實(shí)驗(yàn)具有方法教育的重要價值.在了解實(shí)驗(yàn)原理基礎(chǔ)上,讓學(xué)生懂得理想實(shí)驗(yàn)方法的特點(diǎn).

3 科學(xué)史教育的基本思路

“牛頓第一定律”的教學(xué)實(shí)踐不僅告訴我們科學(xué)技術(shù)史可以向?qū)W生生動地展示科學(xué)發(fā)展的動態(tài)過程,幫助學(xué)生把握科學(xué)的本質(zhì)特征、理解科學(xué)的發(fā)展與人類的關(guān)系,有助于學(xué)生了解科學(xué)探究的不同側(cè)面,科學(xué)的人性側(cè)面,以及科學(xué)在各種文化發(fā)展中的作用.同時也給我們提供了科學(xué)技術(shù)史教育的一種基本思路.

3.1 解讀教材,把握線索,明確任務(wù)

教科書是新課標(biāo)的重要載體,也是學(xué)生學(xué)習(xí)的重要資源.首先我們要解讀教材,一方面理清教材的知識順序,研究知識間聯(lián)系,挖掘知識內(nèi)涵,領(lǐng)會編者意圖,在尊重教材的知識線索的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)知識線索;另一方面挖掘隱含的科學(xué)技術(shù)史教育線索,在教材基礎(chǔ)上對科學(xué)技術(shù)史教育內(nèi)容通過自己的再創(chuàng)造,進(jìn)行必要的調(diào)整與補(bǔ)充.

同時,我們還需要客觀分析學(xué)生原有的學(xué)習(xí)水平(前概念),作為教學(xué)的起點(diǎn).對科學(xué)技術(shù)史學(xué)習(xí)的層次目標(biāo)進(jìn)行合理的定位,不要過高或過低估計(jì)學(xué)生對科學(xué)技術(shù)史知識的理解和掌握程度,從而制定符合課程標(biāo)準(zhǔn)要求和學(xué)生實(shí)際,體現(xiàn)素質(zhì)教育的三維教學(xué)目標(biāo).

3.2 有機(jī)結(jié)合,激發(fā)興趣,整體設(shè)計(jì)

《初中科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2011年版)》在第3部分課程內(nèi)容關(guān)于科學(xué)技術(shù)史融入科學(xué)課程的若干建議中指出:“科學(xué)技術(shù)史融入科學(xué)課程時,要有選擇性和針對性,要有明確的目標(biāo)和要求”.這就要求我們在引入科學(xué)技術(shù)史時在尊重史實(shí)基礎(chǔ)上要適當(dāng)、要有機(jī)而不能隨心所欲.

有效的學(xué)習(xí)總是從教學(xué)設(shè)計(jì)開始,科學(xué)技術(shù)史教育也不例外.科學(xué)家探究科學(xué)的過程與學(xué)生探究科學(xué)的過程具有很大的相似性.為了有效地幫助學(xué)生理解科學(xué)、提高科學(xué)素養(yǎng),我們需要閱讀相關(guān)的科學(xué)傳記,一則對科學(xué)進(jìn)展有了深入了解,二則課堂上更能左右逢源,把人物的靈氣活現(xiàn)出來.可以參照科學(xué)家探究科學(xué)的過程,設(shè)計(jì)學(xué)生的探究科學(xué)的過程以激發(fā)興趣.在教學(xué)任務(wù)分析基礎(chǔ)上,依據(jù)三維教學(xué)目標(biāo)從知識線索和科學(xué)技術(shù)史教育線索中尋找結(jié)合點(diǎn),創(chuàng)設(shè)教學(xué)活動過程.

科學(xué)技術(shù)史教育不僅能使學(xué)生沿著科學(xué)家探索科學(xué)的道路,理解科學(xué)的本質(zhì)和科學(xué)研究的方法,學(xué)習(xí)科學(xué)家獻(xiàn)身科學(xué)的精神,而且是實(shí)現(xiàn)新課程情感、態(tài)度與價值觀目標(biāo)的有效載體.