体会解决这些问题的过程,从而水到渠成的建构提出问题的方法。
二、科学史有利于建构建立假设的方法
初中科学在课程的设置上是以“存在的自然——演化的自然——自然与人”为一级主题,然后在这三个一级主题下确立二级主题,其中在“演化的自然”中就有“假说”的科学方法要求。那么,如何在这个主题教学中建构“假说”这个方法呢?可以从我国的“盖天说”到“浑天说”再到“宣天说”的演化,为建构“假说”,我们可以从源头上介绍这些假说是建立在解释什么样的自然现象着手;又在介绍国外的世界的认识时,从托勒密的“地心说”到哥白尼的“日心说”再到开普勒的三大定律以及天体的运行论等一个个假说在推翻前假说的基础上建立新的假说,这种连环式的递推出现,给学生强烈的刺激,使学生在科学史的学习中强烈感受到建立猜想带来的进步和成就。同时在一定的历史背景下,在一定的科学认识水平下,结合新的发现的理论提出的猜想和假说,才是有血有肉的假说,才更符合假说的科学本质。
在科学史上,伟大的发现,比如板块构造学说,生物进化论的提出,宇宙起源,太阳系的起源等假说都是在科学家在一定的认知水平和科学发现的基础上,提出能解释一定的自然现象的假说。在教学的过程中,我们可以先呈现历史上当时的科学家的认知水平和新的科学发现的历史事实。激发学生模拟科学家的猜想,再对照科学家们各种各样的假说,通过比较,从而在课堂教学中建构了学生建立假说的方法。
三、科学史有利于建构控制变量法
在初中科学的探究方法中,使用控制变量法设计实验是要学生重点掌握的科学方法。而该种方法本身也就是科学家们进行科学探究中用到的方法之一。如果在教学中结合科学史,给学生呈现在科学家在探究过程中所面临的问题,当时的技术水平和能力,使用的具有创造性的控制变量法,对学生理解科学过程和本质,建构控制变量法会有更深刻的领悟。比如在教学《植物向光性》时:在介绍达尔文所处的历史背景后,提出达尔文想找出植物向光弯曲生长跟植物的什么部位有关?如果你是达尔文,你会选择怎么样的植物进行探究实验?你会怎么设计实验?再根据学生的设计实物投影结合达尔文的设计图(如图所示分别就研究向光性的外因和内因进行控制变量。)在学生对照达尔文的设计和同学自己的设计,相互的评价和交流中建构控制变量的方法。因此,结合科学史,在一定的历史背景下,进行探究,更符合科学的本质,也更有利于建构学生的方法。
初中科学中能结合科学史进行建构的控制变量法的还有很多。比如:研究浮力大小与哪些因素有关;焦耳关于电流的热效应与哪些因素有关的研究;欧姆关于电流的大小与什么有关;光合作用的材料和产物;呼吸作用的过程;法拉第关于电磁感应现象的研究;电阻的大小与温度的关系等。在教学的过程中我们可以充分利用这些知识的历史背景,科学家的巧妙方法,不断地在教学过程中建构控制变量法研究科学问题的意识,使学生在不知不觉中既注重了知识的形成过程,有利于扭转重结论、轻过程的倾向,又有助于培养学生的科学素养,使学生学会学习。
四、科学史有利于建构观察实验的方法
科学史上有多少个激动人心的时刻,都是科学家们在不懈的努力后,在一个偶然的机遇中,在所有人的不解中有了新的发现和发明。而这些发现和发明都离不开科学家们科学的观察和实验。因此,当教材中涉及到科学史中的重大发现而获得诺贝尔奖时,我们应该不失时机的让学生了解这一段历史,比如1901年伦琴发现了X射线,1903年居里夫妇发现了鐳,1922年波尔发现提出了新的原子结构,1969年盖尔曼提出了夸克理论,1987年波诺兹发现高温超导现象。这样既能提高学生的学习兴趣,也有利于建构了学生的观察的方法的目的性,理解性,坚持性,敏锐性,创造性,系统性。
例如:在学习生物的胚胎发育方式时,可以提出:如果你想了解鸡蛋孵化成小鸡,胚胎发育的整个过程的每个细节,你会怎么观察呢?根据学生的现有知识和对观察工具的认知情况的基础上,介绍公元前三百多年的亚里士多德在没有任何观察工具的情况下观察过程:他把同一天下的20多个鸡蛋放在母鸡的身下去孵化。每天,他从孵蛋的母鸡身下拿出一个鸡蛋,把他敲开,用图和文字记录下观察到的情况。这样,一天天加起来,他就有了一套从鸡蛋到雏鸡的发展变化的完整记录。如此有创造性、系统性的观察方法对学生定然有深刻的启发。
又例如氧气的发现的经历过一段曲折的历史。18世纪初,德国化学家施塔尔(Stahl G E,1660—1734)等人提出“燃素理论”,认为一切可以燃烧的物质由灰和“燃素”组成,1771—1772年间,瑞典化学家舍勒在加热红色的氧化汞时制得了氧气,把燃着的蜡烛放在这个气体中,火烧得更加明亮,他把这个气体称为“火空气”。 1774年8月,英国科学家普利斯特里在加热密闭在玻璃罩内的氧化汞时得到了氧气,他发现物质在这种气体里燃烧比在空气中更强烈,他称这种气体为“脱去燃素的空气”。舍勒和普利斯特里虽然先后独立地发现了氧气,但由于他们墨守陈旧的燃素学说,使他们不知道自己找到了什么。1774年,法国著名的化学家拉瓦锡正在研究磷、硫以及一些金属燃烧后质量会增加而空气减少的问题,大量的实验事实使他对燃素理论发生了极大怀疑,正在这时,10月份普利斯特里来到巴黎,把他的实验情况告诉了拉瓦锡,拉瓦锡立刻意识到他的英国同事的实验的重要性。他马上重复了普利斯特里的实验,果真得到了一种支持燃烧的气体,他确定这种气体是一种新的元素。1775年4月拉瓦锡向法国巴黎科学院提出报告──金属在煅烧时与之相化合并增加其重量的物质的性质──公布了氧的发现。正是拉瓦锡的实验和结论,使当时的化学研究者们正确地认识了空气的组成成分和氧气对物质燃烧所起的作用,才击破了燃素学说,发现了氧。
简述这样的科学史可能会花费一点上课的时间,可确能潜移默化的建构了学生观察实验的方法。学生在理解科学史上科学家的的观察实验方法和建构科学理论的方法的同时,理解了科学的本质。
科学的理论不是万古不变的永恒真理。科学史表明真理与谬误是相交织的。科学家在创造发现的同时也伴随着可笑的曲解和无端的结论。科学理论就是科学家对自然规律试图作出解释。教学中适当的应用科学史,不仅能丰富课堂的内容和文化,对于学习各种科学方法的建构可以起到重要的作用,更能体现科学的本质。
参考文献:
[1]全日制义务教育课程标准7~9年级《科学-》教学资源(科学)浙江教育出版社
[2]袁运开,蔡铁权.科学《课程与教学论》浙江教育出版社2003年8月第1版
[3](英国)丹皮尔.《科学史》中国人民大学出版社2010年4月
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