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为小学科学教育融入科学史与科学哲学教育

发布时间:2019-06-13 05:42:07 已有: 人阅读

  科学史、科学哲学和科学社会学为科学教育提供了非常重要的资源,不仅有助于学生增进科学知识,树立科学观念,培养科学判断能力,理解科学本质和科学研究方法,还是沟通科学与人文文化,提高学生科学兴趣,提升学生综合文化素养的有效手段。小学科学教育中应当融入科学史、科学哲学和科学社会学教育。

  从20世纪90年始,一种新的科学教育范式应运而生,即科学史、科学哲学和科学社会学相结合的教育(简称“HPS教育”)。

  ●科学史研究科学和科学知识的发展史,包括自然科学和社会科学的历史。例如,燃素等科学概念的产生与抛弃,地心说等科学假说的证实与证伪,原子结构模型等科学理论的演化,都属于科学史的研究范畴。把科学史和科学课结合起来,学生可以了解到众多的“科学故事”,如体会科学概念的产生和抛弃、科学假说的对立与真伪、结构模型的设定与演绎。

  又如,早在原始社会人们就开始有了关于自然界的知识,获得了制造工具、人工取火、编织衣物、交通工具和饲养家畜等12件技术发明。这些科学历史是教师需要充分了解的,然后将其有机地结合进小学科学课程中,使学生产生不同的新认识。

  ●科学哲学是对科学本性的理性分析,是对科学概念、科学话语的哲学思辨,例如科学对人类发展的影响利弊。我们看西方的哲学史,就相当于看西方的科学史和宗教史的变化,从中可以看出人们对科学知识的构建,例如个人教育背景与科学成就之间的关系。

  ●科学社会学主要讨论科学处在社会大系统中,社会因素在科学发展过程中的地位和作用。从广义上讲,科学社会学关注社会因素,诸如、经济、文化、信仰、宗教、个人情感等在科学发展过程中的地位和作用。这样科学社会学还关注在一定背景中建立起来的科学,以及科学与社会的互动,如三角函数和航海活动之间的互动。

  科学故事实际上应该是一个中性的概念,是人围绕科学所展开的活动。故事的要素有人物、活动和背景。故事可以发生在不同的历史空间(如历史上的或者当下的),也可以是不同的故事主体(如科学家的或学生个人的)。

  教师可以直接讲述历史科学故事,针对某个理论妥善选择科学史上科学家的思考、研究动机及出现的谬误,也可以通过历史对话呈现不同时代的科学家对同一自然现象的不同观点。当然,还可以把一些化学家作品和精美的仪器展现出来,结合这些生动的形象把故事策划好。

  一个典型的科学史故事案例就是原子结构模型的发现。作为老师的汤姆孙首先提出原子模型应该是枣糕模型,可是他的学生卢瑟福却说:“老师,我觉得不是枣糕!”经过一番研究,1911年卢瑟福提出了行星原子模型。但是这个模型仍有不足之处,后来历史重演,卢瑟福的学生玻尔说:“老师,枣糕和行星都不对!”1913年,玻尔提出了玻尔原子模型。

  从这个科学历史故事当中,学生可以了解到科学知识是如何一步一步构建的,科学技术如何与社会发展互动,引发学生对科学本质的思考,培养学生基于证据和推理发表自己见解的意识,使学生养成乐于倾听不同的意见、不迷信权威、实事求是、勇于修正与完善自己观点的好习惯。

  从这个科学历史故事当中,学生还可以体会到一种科学哲学观点——吾爱吾师,吾更爱真理。学生在了解这些科学历史故事后,可以根据兴趣选择探究,进行科学实验的证实或证伪,如此课标中的科学态度总目标就与科学史、科学哲学和科学社会学教育结合起来,一起融入史料和学生的探究活动中。

  科学史、科学哲学和科学社会学的教学模式遵循演示现象—引出观念—学习历史—设计实验—呈现科学观点和检验—总结评价的过程,具有有机融合、问题探究、主动构建、基于情景的特点。它将历史的、哲学的和社会的要素融入教学过程当中,促使学生思考在当时的条件下科学家们为什么会得出这样的认知,同时允许对实验有不同的解释,最后结合现代的科学观点及其社会影响,使学生产生整体的认识。

  比如电解定律,科学家们对它的认识发生过很大的变化。达拉第提出电解定律“只有当电流通过电解质溶液时,电解质才发生分解”,拉乌尔通过实验发现“测定凝固点的水溶液并未通过电流,但盐分子依旧离解了”,阿伦尼乌斯指出“电解质分子在溶液中离解成正负离子,不是因为通电”,今天主流观点是完善的水化理论。

  根据这一科学历史,学生可以以问题为导向进行探究学习。水溶液中是否存在离子?电离过程是否需要通电?学生可以选择不同的观点进行实验检验,最后使自己的科学故事与科学家的历史故事得以携手。教师也可以通过不同的方式呈现这些科学历史故事。

  中国科学技术大学新媒体研究院在这方面作了很多尝试。例如:科普绘本《消失的世界》借助增强现实技术将一些已经从地球上消失的生物在屏幕上复活,展现在孩子们眼前,孩子们可以和书中的古生物一起玩耍、合影。

  “天工百炼”APP把中国古籍《天空开物》中非常复杂的技术,通过精彩的画面展现出来,使古籍在新技术环境中重获新生,同时学生通过移动APP的交互技术更容易理解古人的智慧。

  “美丽化学”网站采用3D建模与渲染技术将古籍上记载的平面图像精美还原,用一种吸引人的方式将波义耳、普利斯特里、拉瓦锡等12位著名化学家的15套重要化学反应装置的美丽和神奇,通过数字技术和媒体传递给大众。

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