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摘 要：科学史教学设计,在一堂课的框架流程上来说,一般遵循一定的设计模式,本论文介绍两种模式——融入模式和沉浸模式,并根据沉浸模式,设计了一堂初中《科学》有关电流磁效应的科学教学课,以此作为本论文设计的实践与尝试.
关 键 词：科学史科学教学沉浸模式
一、绪论
1.科学史概念的界定
什么是科学史?北京大学教授吴国盛认为,科学史（HistoryofScience）这个词跟历史（History）一样有两个层次的意思,第一层次指的是对过去实际发生的事情的述说,第二层次则是指对这种述说背后起支配作用的观念进行反思和解释[1].也就是说,科学史既要对科学发展的历程进行合理的梳理,还要对科学活动本身,比如假设、实验、反思等作更深入的探讨.所以,本研究对科学史的界定,立足于第一层次,即科学发展的简单历程,但更为关键的是第二层次,即对科学历程背后的,特别是对思想观念的重视.这样一来,对于科学,就包含着人文理解与人文关怀.
2.为什么要选择以科学史为背景设计教学课
在当代世界范围内的科学教育改革中,科学史教育正慢慢从科学教育的边缘进入科学教育的中心,特别是以美国为首的西方发达国家,重视科学史教育,已经成为科学教育改革的一大趋势[2].为什么科学史教育在科学教育中受到如此重视?我尝试从3个方面进行概括.
（1）科学教育的根本目的并不仅仅是科学知识的传授,还涉及让学生知道科学的本质（中学科学教育主要在于能区分什么是科学,什么是伪科学,什么是迷信）,而科学的本质,如果脱离了科学精神、科学思维和科学素养,就会造成以偏概全的错误,起码是单薄、不全面的,但如若把其中的任何一个单列出来进行说教,毫无意义也毫无效果.那通过什么途径达到呢?只有通过对科学本身的探究、发展及其进步等一系列过程中,即在科学发展历史的熏陶下,才能潜移默化地让学生自己,依靠自身的体验和领悟而获得.这种方法,其实与情境教学法是相辅相成的.
（2）科学史教学,是符合学生心理发展规律的.美国心理学家、教育家斯坦利·霍尔提出一个理论——复演论,认为个体心理的发展反映了人类发展的历史.整个科学史,也即人类探索客观世界的历史,这其中充满了人类对客观世界的一系列看法和观念的转变.而这种转变,能够合理地在单个人的心理成长过程中复演,这就是科学史教学合理性的理论基础.
（3）科学史科的创始人,乔治·萨顿说得好：科学史是自然科学与人文学科之间的桥梁,它能帮助学生获得自然科学的整体形象、人性的形象,从而全面理解科学、理解科学与人文的关系[3].对于当今中国教育问题,我们不得不面对的现实便是文理分科,甚至达到过犹不及的地步,而科学史教学,恰能把文理的距离拉近,虽不能完全解决这个困境,但也能适当舒缓这方面的压力.另外,科学史研究分为内史和外史,所谓内史即科学本身的发展历史,而外史即人类文化社会对科学发生影响的历史,通过内史与外史的相互影响,科学史教学就能把文理有效地结合起来,能让学生对人类发展有个全面而清晰的认识.
二、教学设计思路
从追溯科学史的框架来说,可以依循两条线索,一条是宏观、整体的科学史,另一条是微观、局部的科学史.必须指出,这两条线索并不是相互独立的,而是互相依存的.通俗来讲,就是你中有我,我中有你.以科学史为背景设计教学课,其设计思路,就是从科学史的这两条线索中,得以启发和进一步展开.
1.宏观、整体的科学史
所谓宏观、整体的科学史,即科学本身依照其自身所有的内在规律,在历史上的起源、发展和进步的历史.
宏观、整体的科学史如何在教学中应用呢?诚如宏观、整体的科学史不代表某一个人的作用一样,它也并不能在某一堂教学课中有所体现,而应该是从一系列教学课集中反映出来的.换句话说,它是作为一个系列和整体,在各章节与章节之间,或者在一个章节里的各小节之间,演绎、复演科学史上的一系列发展和进步.当然,这当中也不乏一些不正确的东西,以及从不正确走上正确的过程.
2.微观、局部的科学史
微观、局部的科学史的关注点从宏观、整体的科学历史挪开,而转向对于具体某个人的历史,也即转向具体的某个科学家在某一时期、某一领域里,为科学进步作出突破性贡献的一段历史.它的价值在于具体的某一成就是如何形成的,以及这种形成过程是否可以在具体某一堂教学课堂里面体现出来.
首先提及到人.科学家不乏一些在某一领域出众的人,或许是在道德上,或许是在智力上,或许是在行为习惯上,或许是在思维方式上,不管怎么样,这些异于常人的品质,或多或少都能在其科学成就上起到推波助澜的作用.而在做教学设计的时候,不可忽视这些品质,理应选择性地拿来,通过对某一科学家生平历史的描述,让学生潜移默化地受到这种特殊品质的熏陶.而科学家的生平历史,属于微观、局部科学史的一种.
另外一种有别于人,而着重于事,就是对科学过程的重视.每个科学家对科学的研究探索,都会遵循一些必要的科学步骤,这些步骤已经渗透进科学家的思维习惯里面了.而微观、局部的科学史,就是对这些科学步骤进行融会贯通.科学步骤,也就是科学家做研究的历史,一般包含以下一些元素：①面临的困境,②提出假设的过程,③设计实验的过程,④实验,⑤评论和评估,⑥展望和预言.
三、设计流程模式
一堂教学课的设计主要还是聚焦在教学内容和教学活动设计上,继而,教师所要做的,就是如何在设计过程中对解构过的微观、局部的科学史进行合适的重新组织了.通常,有两种重新组织模式是值得借鉴的.
1.融入模式
1997年,英国伦敦大学皇家学院的科学教育学者孟克（M.Monk）和奥斯本（J.Osborne）联袂在《科学教育》杂志上发表了《把科学史和科学哲学融入课程中：一个教育学的发展模式》一文,提出了把科学史和科学哲学融入科学教程与教学中的新模式.这个模式的教学共分为6个阶段[4]——第1阶段,演示现象；第2阶段,引出学生的观念；第3阶段,学习历史；第4阶段,设计实验；第5阶段,呈现科学观念和实验检验；第6阶段,总结与评价.2.沉浸模式
孟克与奥斯本融入模式的立足点植根于教材,紧紧围绕教材展开；而沉浸模式的立足点脱离教材,植根于范围面更广的资料,是典型的重资料而轻教材模式.融入模式与历史事件之间有一个渐渐融入的过程存在,过渡在于当今现象与历史问题的契合；而沉浸模式从一开始就已经沉浸在历史之中,当今现象转变为历史的一部分,直接对历史困境展开思索.它也分为6个阶段：
第1阶段,进入历史.
第2阶段,分析问题,引出观念,进行假设.
第3阶段,设计实验.可以与融入模式一样,以讨论小组为单位,让每组学生选择其中一种观点,设计实验判断其是否正确与有效.这一阶段,也为了着重激发学生的想象力和创造力.
第4阶段,进行实验,并对各自的实验结果进行总结分析.
第5阶段,回到历史,进行评价.
第6阶段,展望和预言.
四、课件设计案例
以现用《科学》（牛津上海版）7年级第1学期第9章“电力与电信”中的“电流的磁效应”这一节为例,以奥斯特发现电流磁效应的历史情境为背景,按照沉浸模式为框架设计教学课.
上课伊始,教师就将整个班级都带入历史情境里.奥斯特发现电流磁效应的时代背景是19世纪的欧洲,是在一个、电闪雷鸣的午后,奥斯特在屋里突然发现指南针的指针转动异常.通过这个情境,让学生设身处地思考奥斯特面临的问题,这个阶段就是“进入历史”阶段.
继而全班复习指南针转动的工作原理,以及分析思考奥斯特面临的情境问题,也就是打雷时指南针胡乱转动的原因,并让学生独立作出猜想与假设,并对猜想与假设能够作出解释.同学们可能会认为,能够使小磁针转动,那磁针周围可能存在磁场,而磁场如何而来,同学们很容易就会想到来自于闪电,而闪电生成磁场,是否又可以大胆地猜想电流具有磁效应.这个阶段,就是“分析问题,引出观念,进行假设”阶段.
接下来,就是“设计实验”阶段.同学们可以根据自己所作的假设证明假设的正确性或者不正确性,不同的假设可以按照小组的形式进行实验验证.比如在这堂课里,同学们根据电流具有磁效应的假设,联系前面几堂课的电学知识,设计用一个通电导线和小磁针相互靠近,观察磁针反应情况的实验验证.并判断,如果小磁针转动,并不指向南北了,我们就确信电流具有磁效应；如果小磁针不转动（多次实验的情况下）,那么我们的假设就不成立,应该重新回到开始的问题,换一种思路进行设计.
设计完实验,同学们就可以着手进行实验了.进行实验的过程也是关键的一环,不仅对学生操作技能的提高非常重要,同时,规范、谨慎、仔细的实验过程能够减少实验误差,避免与预想的实验结果相左.这是“进行实验”的阶段.
实验完成,总结实验结果,并对假设进行判断.在这堂课里,不出意外的话,都能得到预期结果,那就是电流具有磁效应.得到结果之后,我们重新回到历史中,看看科学家奥斯特是如何处理他当时的困境的,他的处理办法是否与我们的类似,并最终看到,历史上奥斯特的想法与做法,竟然与在座的同学们的办法惊人地相似!这让学生身临其境,有种亲身经历了历史一般的感觉,这会在潜移默化中,让学生对科学的情感、态度、价值观产生微妙的变化!然后,教师简单介绍这个实验在历史上的地位和价值,对后人所作的贡献,以及在他身后的科学家对此的评价,以此让学生了解这个实验,了解这个科学发现的历史意义及其重要性.这就是“回到历史,进行评价”阶段.
最后的“展望和预言”阶段非常关键.在这一阶段,让学生身处那个年代里,站在历史的高度,根据这堂课揭示的科学发现,大胆猜想和预言在接下来的科学探索中会有哪些科学惊喜出现.在电流的磁效应这堂课里,学生根据电流具有磁效应,可能就会猜想,通过电流的磁效应创造出用电流制作的带有磁性的磁铁,也即电磁铁的发明.另外,电流具有磁效应,也即电生磁的过程,根据逆向思维,是否能够联想到磁生电的出现,磁生电也就是发电机的工作原理.这就使“电流具有磁效应”这一课并非处于孤立的状态下,发现它与现代生活紧密相连,同时能够让学生们间接地认识到,电流具有磁效应这一实验的重要性.
五、教学反思与总结
以科学史为背景进行教学,诚
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8982;有许多优势,但同样存在着诸多的不足.其中最大的问题在于往往过于强调科学历史的探究过程,导致脱离教材课本太远.在设计之时,总有这样的困惑,当课本教材要求的重点与科学史意义上的重点产生一定距离感时,在有限的课堂时间里,到底该如何处理与取舍?这种取与舍,最后对于教学效果和教学目的的影响有多少?换句话说,课本教材到底应扮演一种什么样的角色,它会不会对科学史教学造成束缚和限制?这是一.其二,科学史教学是否会使科学史知识喧宾夺主,成为学生兴趣的对象,而对科学知识本身却变得置若罔闻,如何把科学史与科学合理地安排是一个关键的步骤,处理得不好,会导致南辕北辙的结果.其三,科学史教学有时强调历史上从错误的观念转变为正确观念的过程,在这一进程中,是否蕴含的信息过于繁杂与丰富,既有历史作为背景体验,又需要对问题进行分析和思考,而后又要了解实验成果背后的意义,这么多的内容,学生需要一定的知识储备,在多大程度上,学生具备了处理这些信息的能力?其四,在沉浸模式中,需要使学生沉浸到历史情境中,并站在当时历史的格局之下思考问题,那这种沉浸状态如何能够更有效地实施?这些问题都将会做进一步的研究与解答,相信将来有更多人会重视科学史教学,也会有更多人尝试进行科学史教学,那时势必暴露出更多的问题.而科学史教学的研究,就是对这些挖掘出来的问题进行更深入、更细致的探讨与解答.我们不要忘了,这些不懈的努力,不仅是为了让科学史教学日臻完善,更为重要的是为了帮助更多的学生揭开科学的神秘面纱.