【摘 要】科學(xué)史是研究科學(xué)發(fā)展的歷史。其中蘊(yùn)含著組織、探究教學(xué)的優(yōu)質(zhì)資源和豐富的科學(xué)思想與方法。在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中，適當(dāng)、合理引入科學(xué)史，能夠幫助學(xué)生理解科學(xué)內(nèi)涵、樹立科學(xué)精神。教師在實(shí)際教學(xué)中應(yīng)有意識(shí)地以科學(xué)史為載體，引導(dǎo)學(xué)生像科學(xué)家一樣，開(kāi)展科學(xué)探究活動(dòng)。

【關(guān)鍵詞】科學(xué)史 擺的研究 探究 科學(xué)思維

科學(xué)史是研究科學(xué)發(fā)展的歷史。其中蘊(yùn)含著組織、探究教學(xué)的優(yōu)質(zhì)資源和豐富的科學(xué)思想與方法。在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中，適當(dāng)、合理引入科學(xué)史，能夠幫助學(xué)生理解科學(xué)內(nèi)涵、樹立科學(xué)精神?！稊[的研究》是教科版教材五年級(jí)下冊(cè)《時(shí)間》單元第六課。本節(jié)課的內(nèi)容是繼前一節(jié)課“擺具有等時(shí)性”的學(xué)習(xí)后，學(xué)生接著研究“不同的擺自由擺動(dòng)的快慢是否一樣”“擺的快慢與什么有關(guān)”。筆者通過(guò)仔細(xì)研讀教材后發(fā)現(xiàn)，這節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容既蘊(yùn)含科學(xué)史的教育，又能充分體現(xiàn)學(xué)生自主探究的活動(dòng)。因此，選擇這節(jié)課為例，就如何合理利用科學(xué)史來(lái)建構(gòu)科學(xué)探究課堂談?wù)勛约旱目捶ā?/p>

一、創(chuàng)設(shè)情境引入新課，為質(zhì)疑和探究做預(yù)熱

上課伊始，展示微視頻“伽利略單擺發(fā)現(xiàn)的故事”：1582年的一個(gè)禮拜天，18歲的伽利略走進(jìn)比薩的一座圓頂天主教堂。禮拜開(kāi)始不久，一位修理工人不經(jīng)意觸動(dòng)了教堂中的大吊燈，使它來(lái)回?cái)[動(dòng)。擺動(dòng)著的大吊燈引起了伽利略的注意，他聚精會(huì)神地觀察，同時(shí)用脈搏來(lái)計(jì)時(shí)，數(shù)著吊燈的擺動(dòng)次數(shù)。結(jié)果，他驚異地發(fā)現(xiàn)，吊燈來(lái)回?cái)[動(dòng)一次需要的時(shí)間與擺動(dòng)幅度的大小無(wú)關(guān)。那么，擺的擺動(dòng)周期到底是由什么決定的呢？他發(fā)瘋似的跑回大學(xué)宿舍，找來(lái)了不同長(zhǎng)度的繩子、鐵鏈、鐵球、木球，用沙漏記下擺動(dòng)的時(shí)間，一次又一次重復(fù)實(shí)驗(yàn)。

提出問(wèn)題：伽利略通過(guò)反復(fù)的實(shí)驗(yàn)，又會(huì)有什么新的發(fā)現(xiàn)？

……

在過(guò)去的教學(xué)中，經(jīng)常有教師為如何引入新課而費(fèi)盡心思，其實(shí)，科學(xué)史中就蘊(yùn)含新課引入的良好素材。只是，教師常常忽略了科學(xué)史教育的功能，甚至教師本身缺乏科學(xué)史素養(yǎng)，因此，不懂得去發(fā)現(xiàn)和挖掘素材。科學(xué)史上的一個(gè)小故事往往就是探究的興奮點(diǎn)，教師創(chuàng)設(shè)各種有效的教學(xué)情境，將科學(xué)史有機(jī)地滲透到新課引入的教學(xué)中，能激發(fā)學(xué)生的好奇心和探究欲望，為學(xué)生的質(zhì)疑和探究起到很好的預(yù)熱作用。

二、沿著科學(xué)家足跡，重演科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)

（一）發(fā)現(xiàn)問(wèn)題

出示擺的結(jié)構(gòu)示意圖（如圖1），讓學(xué)生了解擺的結(jié)構(gòu)，引導(dǎo)學(xué)生觀察，提出問(wèn)題：擺的快慢可能與什么因素有關(guān)呢？

教師根據(jù)學(xué)生討論，板書小結(jié)如下：

擺的快慢擺繩長(zhǎng)度擺錘重量

（二）提出猜想

根據(jù)上述討論結(jié)果，引導(dǎo)學(xué)生大膽猜想，擺繩長(zhǎng)度和擺鍾重量到底是如何影響擺的擺動(dòng)快慢的？

小組討論，提出本組的猜想。如：擺繩越長(zhǎng)，擺的擺動(dòng)越慢？擺錘越重，擺的擺動(dòng)越快？等等。

（三）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

為了證明小組的猜想，這個(gè)實(shí)驗(yàn)可以怎樣來(lái)操作？

小組交流討論實(shí)驗(yàn)方案，并回答問(wèn)題：①實(shí)驗(yàn)中需要改變的是什么條件？哪些條件必須保持不變？②如何獲得準(zhǔn)確有效的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)？③如圖2所示，你會(huì)選擇哪幾個(gè)裝置來(lái)完成你的實(shí)驗(yàn)？

（四）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)

器材準(zhǔn)備：鐵球、膠球、木球各1個(gè)，擺繩1根，20秒沙漏1個(gè)，平板電腦2臺(tái)。

為了提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)的效率，盡量減少在實(shí)驗(yàn)操作中出現(xiàn)不必要的干擾，教師對(duì)實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行了改進(jìn)，帶小鉤的鐵球、膠球、木球體積相同但重量不等，能方便掛取。擺繩上設(shè)置了三個(gè)節(jié)點(diǎn)，將擺繩均分成三等份，以便改變長(zhǎng)度。

實(shí)驗(yàn)操作指南：

1.四人一小組，分工合作，輪流操作擺、沙漏計(jì)時(shí)器，用平板電腦錄影、記錄數(shù)據(jù)。

2.做改變擺錘輕重的實(shí)驗(yàn)時(shí)，擺繩不動(dòng)，依次在擺繩的下端更換擺錘。

3.做改變擺繩長(zhǎng)短的實(shí)驗(yàn)時(shí)，擺錘（鐵球）不動(dòng)，依次將擺繩的上端縮短掛在鐵架臺(tái)小鉤上。

4.實(shí)驗(yàn)一次記錄一次，重復(fù)三次，完成平板電腦中的實(shí)驗(yàn)記錄單。

5.實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄眾數(shù)，無(wú)眾數(shù)取平均數(shù)。例：13，13，14取眾數(shù)13；12，13，14取平均數(shù)13。

實(shí)驗(yàn)記錄單：

（五）得出結(jié)論

學(xué)生提交實(shí)驗(yàn)記錄單，教師收集和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，并通過(guò)平板電腦展示全班各小組實(shí)驗(yàn)記錄結(jié)果的柱狀圖，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)分析圖表中數(shù)據(jù)，如橫向比較、縱向比較、同一類比較、不同類比較等，從數(shù)據(jù)中找規(guī)律、推導(dǎo)結(jié)論。

讓學(xué)生沿著科學(xué)家的足跡，重演科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)，其實(shí)就是一種模擬的科學(xué)研究。在教學(xué)過(guò)程中，教師可以依據(jù)科學(xué)史上的研究資料，結(jié)合學(xué)?，F(xiàn)有的教學(xué)條件和學(xué)生當(dāng)前的認(rèn)知水平，讓學(xué)生去模擬科學(xué)家科學(xué)探究的過(guò)程，去感知科學(xué)產(chǎn)生的真實(shí)背景和歷史經(jīng)過(guò)，去重演科學(xué)家的思維軌跡和研究的方法。把科學(xué)史與科學(xué)課堂教學(xué)有機(jī)結(jié)合，不僅有助于學(xué)生理解科學(xué)知識(shí)、掌握基本方法和技能，還增強(qiáng)了學(xué)生科學(xué)探究的自信心，培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)思維。

三、關(guān)注實(shí)驗(yàn)異常數(shù)據(jù)，培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度和精神

科學(xué)結(jié)論的得出，必須建立在數(shù)據(jù)分析的事實(shí)基礎(chǔ)之上。然而，在收集與整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，總會(huì)有個(gè)別小組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，這是不可避免的客觀事實(shí)。例如，A組實(shí)驗(yàn)，不管是鐵球、膠球還是木球，大部分小組擺的擺動(dòng)次數(shù)都是18次，個(gè)別小組有19次或17次?？墒牵?0小組的數(shù)據(jù)卻與眾不同，其結(jié)果顯示：木球20次，膠球18次，鐵球19次。教師從平板電腦中調(diào)取第10小組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)果如下：

這種差異是怎么產(chǎn)生的呢？于是，教師讓第10小組向全班展示實(shí)驗(yàn)操作錄影。觀察發(fā)現(xiàn)，原來(lái)，這個(gè)小組在用沙漏計(jì)時(shí)時(shí)，三位學(xué)生操作沙漏的方法及計(jì)數(shù)起點(diǎn)不盡相同。做膠球擺的實(shí)驗(yàn)時(shí)，先把沙漏倒立在桌面上再開(kāi)始喊計(jì)數(shù)，做鐵球擺的實(shí)驗(yàn)時(shí)，是先喊開(kāi)始計(jì)數(shù)再把沙漏倒立在桌面，而做木球擺的實(shí)驗(yàn)時(shí)，也是先喊開(kāi)始計(jì)數(shù)再把沙漏倒過(guò)來(lái)，但沙漏是拿在手中計(jì)時(shí)的。通過(guò)重新審視實(shí)驗(yàn)操作的過(guò)程，學(xué)生明白了因?yàn)橛?jì)時(shí)方法不精準(zhǔn)，結(jié)果導(dǎo)致數(shù)據(jù)發(fā)生偏差，因而影響到了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

接下來(lái)，學(xué)生還發(fā)現(xiàn)，擺繩長(zhǎng)度測(cè)量不精確，實(shí)驗(yàn)時(shí)擺錘碰到鐵架臺(tái)等情況，都會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)生誤差，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

面對(duì)探究實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的各種異常數(shù)據(jù)，作為教師，有的習(xí)慣視而不見(jiàn)，有的則擔(dān)心影響結(jié)論的達(dá)成和課堂教學(xué)的完整性有意忽視。其實(shí)，這些所謂異常的數(shù)據(jù)，是非常好的課堂教學(xué)資源。為了要找出數(shù)據(jù)異常的原因，學(xué)生必須主動(dòng)去反思探究的全過(guò)程，如實(shí)驗(yàn)變量是否控制到位、實(shí)驗(yàn)操作是否嚴(yán)謹(jǐn)、實(shí)驗(yàn)步驟是否合理等等。作為教師要引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)家不懈探究的科學(xué)精神，從而深刻地認(rèn)識(shí)到科學(xué)探究是具有縝密的思維和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奶骄凯h(huán)節(jié)。

在科學(xué)課教學(xué)中，合理利用科學(xué)史教育來(lái)建構(gòu)科學(xué)探究課堂，能夠讓科學(xué)史中所承載的知識(shí)、技能、情感、態(tài)度和價(jià)值觀目標(biāo)得以很好的實(shí)現(xiàn)。教師可以針對(duì)不同的教學(xué)內(nèi)容，選擇合適的、能充分展示科學(xué)探究的主題來(lái)進(jìn)行科學(xué)史滲入教學(xué)，如把科學(xué)史作為探究的線索，貫穿在課堂教學(xué)的始終，也可以把科學(xué)史作為探究的一部分，用來(lái)解決某一教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)等?？傊?，將科學(xué)史有機(jī)地滲透到科學(xué)課教學(xué)中，合理利用科學(xué)史建構(gòu)科學(xué)探究課堂，不僅能使學(xué)生掌握基本的科學(xué)知識(shí)，能理解科學(xué)家發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的思路和方法，更重要的是在經(jīng)歷探究的過(guò)程中，學(xué)生樹立了科學(xué)思想，領(lǐng)悟到了科學(xué)精神，提高了科學(xué)素養(yǎng)。

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