摘 要：基于科學(xué)史提出初中物理復(fù)演教學(xué)，本文結(jié)合初中物理儀器“溫度計(jì)”的創(chuàng)生歷程，還原歷史情境，開展復(fù)演教學(xué)實(shí)驗(yàn)探究，挖掘歷史與現(xiàn)實(shí)的認(rèn)知沖突，以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)核心素養(yǎng).

關(guān)鍵詞：科學(xué)史;復(fù)演教學(xué);核心素養(yǎng);亞研究;類創(chuàng)造

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1008-4134（2021）06-0051-03

作者簡介：梁莉紅（1974-），女，江西萍鄉(xiāng)人，本科，中學(xué)高級教師，研究方向：中學(xué)物理教學(xué).

1 基于科學(xué)史的意義

科學(xué)的基礎(chǔ)是從直覺到理性的變化，是通過思考、觀察和實(shí)驗(yàn)獲得.“復(fù)演教學(xué)”即在核心素養(yǎng)導(dǎo)向下追溯科學(xué)發(fā)展的起源，基于科學(xué)創(chuàng)生事件的歷程中所產(chǎn)生的問題進(jìn)行知識探究，關(guān)注問題形成與發(fā)展過程的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)來培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng).讓學(xué)生感悟在科學(xué)發(fā)展史中，科學(xué)家在不斷摸索過程中所獲得的知識并不一定就是正確的，在物理科學(xué)發(fā)展歷程中，不僅要弄清楚知識內(nèi)容，更要弄明白知識形式和知識旨趣，即如何形成這樣的知識，為什么要有這樣的知識，研究過程中出現(xiàn)了怎樣的問題，要明白知識創(chuàng)生歷程所嵌入的“方法、思想與思維”.例如千百年來所探尋的“永動(dòng)機(jī)”因本身有理論缺陷而無法制造出來，但我們發(fā)現(xiàn)對永動(dòng)機(jī)的探索歷程充滿著科學(xué)的智慧和天才的設(shè)計(jì)，永動(dòng)機(jī)理論是科學(xué)史上一朵難得的奇葩，它催生出來的兩大熱力學(xué)定律——熱力學(xué)第一定律（或稱能量守恒定律）、熱力學(xué)第二定律（或稱熵增加原理），都是依靠相應(yīng)類型永動(dòng)機(jī)“無法制成”這一“證偽”的工作而獲得的.

2 基于科學(xué)史的復(fù)演教學(xué)

核心素養(yǎng)導(dǎo)向的復(fù)演教學(xué)浸染著基于客觀的證據(jù)、理性的懷疑、多元的思考、平權(quán)的論爭和實(shí)踐的檢驗(yàn)[1].要求課堂從知識傳遞轉(zhuǎn)向知識建構(gòu)，用生活化、碎片化、網(wǎng)絡(luò)化、個(gè)性化替代原有固定化的教學(xué)方式，打破課堂邊界，優(yōu)化學(xué)生思維.由“教會(huì)、會(huì)學(xué)”轉(zhuǎn)向“想學(xué)、享學(xué)”， 站在學(xué)科知識所蘊(yùn)涵“育人”的至高點(diǎn)上，關(guān)注過程性學(xué)習(xí)目標(biāo)的落實(shí).

2.1 從科學(xué)史入手，發(fā)掘蘊(yùn)涵的科學(xué)態(tài)度

在現(xiàn)代科學(xué)情境下復(fù)演儀器的發(fā)明歷程，可引領(lǐng)學(xué)生極其審慎地感悟科學(xué)家的思維方式、科學(xué)方法，理解科學(xué)發(fā)端于對日常經(jīng)驗(yàn)的整理和總結(jié)，繼承漫長的科學(xué)活動(dòng)中形成的被人格化的精神氣質(zhì)和人格力量.科學(xué)學(xué)者在探究活動(dòng)中延續(xù)下來的實(shí)踐精神、探索創(chuàng)新精神、批判的繼承精神，對學(xué)生后期開展“亞研究”“類創(chuàng)造”活動(dòng)有豐富的啟示作用.

溫度計(jì)是課程標(biāo)準(zhǔn)“物質(zhì)的形態(tài)和變化”二級主題下內(nèi)容，鼓勵(lì)學(xué)生積極大膽地開展科學(xué)探究，養(yǎng)成習(xí)慣對所做的工作進(jìn)行評估，從而培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度[2].溫度計(jì)具有直觀、可操作、易改進(jìn)的特點(diǎn)，大多數(shù)學(xué)生對溫度計(jì)有生活體驗(yàn)，但對溫度計(jì)的發(fā)明歷程存在認(rèn)知障礙.筆者曾將歷史上出現(xiàn)的第一支體溫計(jì)圖片發(fā)給學(xué)生進(jìn)行調(diào)查，幾乎沒有學(xué)生知道它曾用于測量體溫.溫度計(jì)的誕生從古希臘時(shí)期開始，感溫物質(zhì)經(jīng)歷了由氣體到液體的轉(zhuǎn)變;溫度標(biāo)準(zhǔn)和選擇經(jīng)歷了由隨意性到精準(zhǔn)確定;溫度計(jì)的外形由松散粗陋轉(zhuǎn)變?yōu)榫o湊精美.溫度計(jì)發(fā)明歷史經(jīng)歷了曲折性和創(chuàng)新性，其發(fā)明過程中的知識、規(guī)律、典型事例、科學(xué)思維是一筆巨大的財(cái)富.

2.2 以科學(xué)史為主線，架構(gòu)復(fù)演的教學(xué)框架

當(dāng)前，核心素養(yǎng)導(dǎo)向下的物理學(xué)習(xí)要求學(xué)生學(xué)會(huì)物理學(xué)家在科學(xué)發(fā)現(xiàn)過程中所使用的創(chuàng)造性思維方法：如科學(xué)想象、科學(xué)直覺、試探猜想、理想實(shí)驗(yàn)等，開發(fā)以科學(xué)知識起源順序?yàn)橹骶€的復(fù)演教學(xué)是對現(xiàn)行物理教材的有效補(bǔ)充.

溫度計(jì)復(fù)演以時(shí)間軸為主線架構(gòu)出大體教學(xué)框架，復(fù)原發(fā)明家和科學(xué)家所做過的創(chuàng)造性工作過程.復(fù)演教學(xué)不僅建立在學(xué)生已有知識的基礎(chǔ)上，更重要的是建立在知識所賴以產(chǎn)生的科學(xué)歷史基礎(chǔ)上，在模擬的歷史場景中，讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)家曾經(jīng)的思維過程，將前人創(chuàng)造的技術(shù)和知識重新模擬發(fā)明或發(fā)現(xiàn)一次.

講述知識創(chuàng)生故事是復(fù)演教學(xué)重要方略，圖1對比中國古代與西方國家溫度計(jì)發(fā)展歷史的異同[3]，溫度計(jì)復(fù)演教學(xué)校本課程以此為開發(fā)框架.

2.3 以科學(xué)史為依據(jù)，開展證偽的實(shí)驗(yàn)探究

發(fā)明溫度計(jì)的曲折歷程中，科學(xué)家采用了批判性繼承的思維方式，創(chuàng)新發(fā)展的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)主要為以下幾個(gè)方面：

（1）認(rèn)識空氣的熱脹冷縮;

（2）測溫物質(zhì)的選擇;

（3）擺脫外界大氣壓的影響;

（4）溫度標(biāo)準(zhǔn)的確定與選擇;

（5）溫度計(jì)的構(gòu)造.

學(xué)習(xí)過程中，可以某一關(guān)鍵性環(huán)節(jié)為主線，以歷史上的溫度計(jì)為素材，復(fù)演歷史情境，還原歷史實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)，分析論證出現(xiàn)的問題，并提出改進(jìn)性建議，探究活動(dòng)可采用以下教學(xué)策略開展：

復(fù)演舊作—實(shí)驗(yàn)原理—分析論證—類創(chuàng)造.

例：復(fù)演歷史情境——伽利略發(fā)明的氣體溫度計(jì).

2.3.1 復(fù)演小制作——?dú)怏w溫度計(jì)

如圖2所示，由一根帶有細(xì)長彎管的玻璃球和一個(gè)盛水容器組成，加熱玻璃球，使球內(nèi)氣壓增大，排出球內(nèi)部分氣體后，玻璃管內(nèi)吸入一段液體（如圖3所示）.當(dāng)氣溫上升時(shí)，球內(nèi)氣壓增大，液面下降，反之，液面上升.

2.3.2 實(shí)驗(yàn)原理——空氣的熱脹冷縮

驗(yàn)證空氣的熱脹冷縮：如圖4所示，將插入吸管的玻璃瓶密封后浸入溫水中，用熱毛巾捂熱玻璃瓶排出瓶內(nèi)氣體.接著換包有冰塊的冷毛巾冷卻玻璃瓶，直至瓶內(nèi)水面不再上升為止.此時(shí)倒轉(zhuǎn)瓶子（如圖5所示），吸管內(nèi)有部分水，將瓶子放入熱水中，觀察吸管里水位升高，因?yàn)槠績?nèi)空氣遇熱膨脹[4].

2.3.3 分析論證——?dú)怏w溫度計(jì)所存在的問題

引導(dǎo)學(xué)生討論氣體溫度計(jì)的不足之處有：

（1）會(huì)受大氣壓的影響而改變溫度顯示，實(shí)際為溫度氣壓計(jì).

（2）溫度升高，液柱下降;溫度降低，液柱升高，不符合讀數(shù)習(xí)慣.

（3）無刻度，只能定性顯示冷熱等.

2.3.4 類創(chuàng)造——假如我是伽利略

開展以科普小論文、科幻畫、小制作（如圖6所示）等形式還原或模擬發(fā)明伽利略時(shí)期、現(xiàn)代或未來可能出現(xiàn)的各類溫度計(jì)，分析判斷問題出現(xiàn)的原因，鼓勵(lì)學(xué)生融入現(xiàn)代元素創(chuàng)新改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代文明到古代、未來發(fā)明的思維穿越[5].

2.4 用科學(xué)史事例，產(chǎn)生沖突的復(fù)演教學(xué)

教學(xué)中可利用學(xué)生的認(rèn)知沖突，甚至制造認(rèn)知沖突，從而使其主動(dòng)求知，打破舊有認(rèn)知誤區(qū)與不足，利用學(xué)生形成新的觀念，優(yōu)化物理思維[6].

認(rèn)知沖突1：歷史上伽利略制作的溫度計(jì)，是根據(jù)液體的熱脹冷縮原理制成的.

學(xué)生在初中學(xué)過的溫度計(jì)和生活中常見的溫度計(jì)都是根據(jù)液體的熱脹冷縮原理制作而成，容易形成只有液體才能作為測溫物質(zhì)的思維定勢，通過復(fù)演制作伽利略氣體溫度計(jì)模型，學(xué)生觀察到溫度變化對氣體體積的影響而改變溫度示數(shù).引領(lǐng)學(xué)生擺脫只有液體可做測溫物質(zhì)的束縛，繼而思考有更多范疇的物質(zhì)可作為測溫物質(zhì).

認(rèn)知沖突2：“天氣瓶”可預(yù)測天氣.

“天氣瓶”是海軍上將羅伯特·菲茨羅伊在1834-1836年間陪同查爾斯·達(dá)爾文探險(xiǎn)時(shí)發(fā)明的，用蒸餾水、乙醇、硝酸鉀、氯化銨和樟腦按比例混合而成.發(fā)明時(shí)認(rèn)為可根據(jù)瓶內(nèi)展現(xiàn)出結(jié)晶的不同型態(tài)，預(yù)報(bào)天氣的變化.

指導(dǎo)學(xué)生制作“天氣瓶”并觀察探究發(fā)現(xiàn)，瓶內(nèi)結(jié)晶的變化，主要是樟腦在乙醇內(nèi)的溶解度隨著溫度變化，與天氣的對應(yīng)關(guān)系成隨機(jī)分布，無預(yù)測價(jià)值.“天氣瓶”是溫度計(jì)發(fā)明史中衍生出來的產(chǎn)物，它晶體型態(tài)萬千的美麗變化只可作為裝飾品.

核心素養(yǎng)導(dǎo)向下的初中物理復(fù)演教學(xué)的實(shí)踐研究是立德樹人落地物理課堂的有效途徑，指向物理學(xué)科知識所蘊(yùn)涵的“育人”的至高點(diǎn)，能有效培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)[7].

參考文獻(xiàn)：

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[5]鄢超云.樸素物理理論與兒童科學(xué)教育（學(xué)前教育新視野叢書）[M].南京：江蘇教育出版社，2007.

[6]劉通，羅茜.探析中國物理學(xué)史料在初中物理教學(xué)中的應(yīng)用[J].中學(xué)物理，2020，38（08）：61-64.

[7]許花.實(shí)驗(yàn)室里的故事——研究性學(xué)習(xí)方式在物理教學(xué)中的應(yīng)用[J].中學(xué)物理，2019，37（03）：15-18.

（收稿日期：2020-12-03）