談科學(xué)故事促進學(xué)生對科學(xué)本質(zhì)的理解

繆健

[摘 要]以教學(xué)實踐中的案例講述依托科學(xué)故事在學(xué)習(xí)中進行追溯、驗證、質(zhì)疑等活動，從中感受科學(xué)的樂趣、體驗科學(xué)的魅力進而理解科學(xué)的本質(zhì)，揭示科學(xué)故事在學(xué)生的科學(xué)學(xué)習(xí)中所起的過程展現(xiàn)、探究引導(dǎo)和思維引領(lǐng)等作用，結(jié)合前人的相關(guān)研究淺談三點啟示。

[關(guān)鍵詞]科學(xué) 科學(xué)故事 科學(xué)本質(zhì) 理解 發(fā)展

[中圖分類號] G623.6 [文獻標(biāo)識碼] A [文章編號] 1007-9068（2016）33-074

曾觀摩一位特級教師執(zhí)教的《研究物體下落的規(guī)律》一課，課始教師先讓學(xué)生觀察沙包、塑料塊、羽毛這三種物體的下落現(xiàn)象，學(xué)生經(jīng)過觀察在黑板上畫出這三種物體可能的運動軌跡。教師細致地引導(dǎo)學(xué)生認識到所畫的軌跡圖忽略了物體運動的方向，交談中學(xué)生進一步明確了不同物體從高處落下時有快有慢，緊接著教師先出示了亞里士多德的觀點，而物體越重，下墜的傾向性越大，下落得也就越快；物體越輕，下墜的傾向性越小，下落得也就越慢；物體下落的快慢和它的重量成正比。再呈現(xiàn)伽利略的觀點，即物體下落的快慢與物體的重量無關(guān)，任何兩個物體從高處自由落下，總是同時著地的不同觀點，在介紹亞里士多德的觀點時，學(xué)生根據(jù)生活經(jīng)驗判斷是這一觀點是成立的。當(dāng)介紹伽利略的觀點時學(xué)生又有點迷糊了——兩個觀點截然相反，究竟誰的正確呢？

教師引導(dǎo)學(xué)生可通過實驗進行驗證。于是教師拿出了一個乒乓球和一個網(wǎng)球，讓學(xué)生先猜哪個會先落地，然后再自己動手體驗，等學(xué)生討論出結(jié)論后，教師又讓一位學(xué)生站在黑板前的高凳上演示一遍，教師在學(xué)生演示2個球下落時，用相機拍下了整個過程。聽課的教師不禁納悶起來，拍下來看什么呢？結(jié)論不是已經(jīng)很明顯了嘛？教師將剛才拍的視頻通過電腦軟件的慢放功能播出，大家一起看到了兩個球下落的每一個瞬間，特別是兩個球落地前的逐幀播放更是可以清晰地看到黃色的網(wǎng)球先落地，此時不只是學(xué)生，很多聽課教師一片嘩然，被這個瞬間震撼了。這時，大家面對的事實是“較重的網(wǎng)球先落地”， 事實說明了一切，“兩個球同時著地”似乎是不可能實現(xiàn)的，面對事實學(xué)生很自然地懷疑伽利略做的實驗似乎是不對的，無形中就對科學(xué)的經(jīng)典實驗產(chǎn)生了質(zhì)疑。

科學(xué)是在不斷地質(zhì)疑中前進的，面對學(xué)生和不少聽課教師的質(zhì)疑聲，上課教師并沒有馬上解疑，而是列舉了伽利略對亞里士多德觀點的質(zhì)疑以及所做的“思想實驗”，并進行邏輯推理：根據(jù)亞里士多德的觀點設(shè)想有一重一輕兩個球在同一位置同時下落，那重球的下落速度將比輕球快；他又設(shè)想把這兩個球綁在一起，下落時下落慢的輕球肯定會“拖后腿”，因此它們一起下落的速度應(yīng)該是比重球慢比輕球快，但是兩個球綁在一起的總重量肯定大于重球，那么它們一起下落的速度又應(yīng)該比重球快，這就出現(xiàn)了矛盾，由此伽利略推斷亞里士多德的觀點是不成立的。對于亞里士多德的觀點，伽利略有著質(zhì)疑，并且通過邏輯推理證明其不成立；此時此刻，課堂上的偉大科學(xué)家伽利略的觀點受到事實的挑戰(zhàn)，我們可以做些什么呢？這應(yīng)該是上課教師最希望學(xué)生進入的思維狀態(tài)：一開始還挺明白的，兩位科學(xué)家的觀點雖然不同但似乎都有道理，問題是伽利略用推理否定了亞里士多德的觀點，課堂現(xiàn)場的實驗不支持伽利略的觀點，這就有種從明白反而進入迷糊的感覺了。緊接著上課教師的一段介紹和講述讓大家豁然開朗，為了進一步驗證伽利略的觀點，后來有人在實驗中發(fā)現(xiàn)了現(xiàn)在課堂上一樣的情況，于是開始質(zhì)疑伽利略的觀點，甚至有人懷疑伽利略是否真的做了“兩個鐵球同時著地”的經(jīng)典實驗，其實伽利略在實驗中也曾質(zhì)疑自己的觀點，同時想著運用別的假說試圖解釋為什么實驗結(jié)果與理論預(yù)測不相符，最終他得出了一個驚世駭俗的結(jié)論：在真空中（或在介質(zhì)阻力可忽略時），任何物體，不管其重量、形狀和比重，下落的速度是一樣的。這一結(jié)論在后來技術(shù)條件進步與成熟的支持下得到了充分的驗證。

這節(jié)科學(xué)課的教師一開始讓學(xué)生明白了，隨即又迷糊了，但并不是簡單地反其道而行，也不是讓學(xué)生迷糊了就放手不管，而是讓學(xué)生在明白后進入迷糊，讓學(xué)生想去弄明白，學(xué)生迷糊就是下一次明白的前提和動力。整堂課教師是在詮釋著新課程的精髓，教師只是激起了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，激發(fā)了學(xué)生探究科學(xué)的欲望；課堂上教師更在詮釋著科學(xué)的本質(zhì)，科學(xué)的發(fā)展就是這樣一個去蕪存菁的過程，任何科學(xué)觀點科學(xué)解釋都需要不斷地接受檢驗，隨著思想的發(fā)展、思維的發(fā)散、技術(shù)的發(fā)展，要能夠敢于質(zhì)疑。在學(xué)習(xí)科學(xué)時同學(xué)們可以像伽利略一樣有自己獨特的思考，“別讓自己的頭腦成為別人思想的跑馬場！”很重要，現(xiàn)在的學(xué)生普遍缺少這樣的素質(zhì)，正如這位上課教師所言“課堂上我們除了給學(xué)生建立科學(xué)世界的技巧，還需要培養(yǎng)學(xué)生有摧毀科學(xué)經(jīng)典的勇氣和力量！”

美國學(xué)者在1900年創(chuàng)造了一種教學(xué)方法——互動式科學(xué)小故事（Interactive Historical Vignettes，簡稱IH-Vs），使有心改革的教師能在有限條件下有目的、有計劃、有組織地指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)史知識并引導(dǎo)他們思考和領(lǐng)悟科學(xué)的本質(zhì)。精心設(shè)計、合乎史實的約10～15分鐘的小故事主要是科學(xué)家從事科學(xué)研究的重要事件或事件的片段，他們認為這些精彩的小故事不僅能清晰地展現(xiàn)科學(xué)的本質(zhì)，而且能使學(xué)生深入地了解科學(xué)知識的發(fā)現(xiàn)過程和歷史背景。以故事形式表現(xiàn)的科學(xué)史和科學(xué)本質(zhì)都是科學(xué)學(xué)習(xí)的重要組成部分，科學(xué)故事的選擇目的在于縮小科學(xué)知識與學(xué)生認知之間的距離，使科學(xué)概念更容易理解以及在特定問題上獲得啟發(fā)，更加期待一些好的故事能夠激發(fā)學(xué)生提出一些他們認為有趣的和重要的問題。因此從上述例子的闡述中可以嘗試以下三點注意內(nèi)容。

一、科學(xué)故事是科學(xué)啟蒙教育的必備要素

著名教育家陳鶴琴在《活教育的教學(xué)原則》第十四條提出了“教學(xué)故事化”，這一項原則是從“兒童愛好故事”這一理論基礎(chǔ)所產(chǎn)生出來的，認為故事的作用有四點：故事與兒童的情感有交流作用；故事情節(jié)的神奇能滿足兒童的好奇心；故事能激起兒童的想象力；故事組織的完整適合于兒童的學(xué)習(xí)心理。故事是學(xué)生百看不厭、百聽不煩的一種形式，把蘊含著科學(xué)道理的小故事引入科學(xué)課堂，可以有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、吸引學(xué)生的注意力、引發(fā)學(xué)生思考，并且潛移默化，給學(xué)生以智慧和啟迪。科學(xué)故事能夠使抽象的內(nèi)容變得具體、易于接受，從而有效地幫助學(xué)生理解科學(xué)知識；同樣有些難以直接表述的科學(xué)概念可以在科學(xué)故事的演繹過程中會變得生動且清晰，而且生動形象的科學(xué)故事通常可以使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中受到啟發(fā)，促進學(xué)生對科學(xué)知識的理解和遷移。所以科學(xué)故事對于接受科學(xué)啟蒙教育階段的小學(xué)生來說有著非常直接與現(xiàn)實的意義，閱讀與講述科學(xué)故事可以成為這階段科學(xué)學(xué)習(xí)的主要方式和有效手段之一。

二、科學(xué)故事是滲透科學(xué)本質(zhì)的有益載體

已故諾貝爾物理學(xué)獎得住理查德·費曼曾說過，“科學(xué)世界是如此的美麗動人，就像你給情人戴上的金戒指里還包含著規(guī)規(guī)整整、仿佛綿延萬里的原子晶格?！笨茖W(xué)的美學(xué)成份不知有多少從小就立志成為一名科學(xué)家的學(xué)齡兒童能夠真正體會得到？科學(xué)世界的美麗和魅力其實在于隱藏在每件事情背后的故事。中央電視臺第十套科教頻道中像《走近科學(xué)》《探索·發(fā)現(xiàn)》等節(jié)目都可以作為范例供廣大師生學(xué)習(xí)，在“讓故事做主，貼近百姓生活，以智慧贏得共鳴”的理念引領(lǐng)下，嘗試每次都用一個故事來講述一個科學(xué)現(xiàn)象和科學(xué)道理，采用抽絲剝繭、層層揭秘的方式在故事的進行中將科學(xué)道理一點點闡釋，并且運用了懸疑、推理等手段以及大量的視頻制作特技特效將深邃的科學(xué)事件故事化到極致，轉(zhuǎn)化成了集欣賞性與教育性于一體的電視故事深深吸引著觀眾的眼球，與之類似的還有discovery探索頻道中的許多欄目一樣依然有著相當(dāng)大的固定收視群。給予學(xué)校科學(xué)啟蒙教育的啟示是可以運用科學(xué)故事的結(jié)構(gòu)和組成要素選擇或建構(gòu)科學(xué)故事、根據(jù)教學(xué)需要合理滲透和穿插指導(dǎo)學(xué)生閱讀科學(xué)故事，這有利于學(xué)生對科學(xué)知識的理解、有利于教師對科學(xué)故事所體現(xiàn)的價值認可和把握。

三、科學(xué)故事是理解科學(xué)本質(zhì)的有效途徑

建構(gòu)主義認為，學(xué)習(xí)在本質(zhì)上是學(xué)習(xí)者主動建構(gòu)心理表征的過程，學(xué)生已有生活經(jīng)驗是新的學(xué)習(xí)的起點，是學(xué)習(xí)之所以發(fā)生的中間環(huán)節(jié)，舊知識和新知識之間需要建立聯(lián)結(jié)點，受認知水平和思維能力的制約，學(xué)生有時候并不能自覺地聯(lián)系生活中的相關(guān)原形來解釋科學(xué)現(xiàn)象或規(guī)律，這就要求教師有針對性地把生活經(jīng)驗以恰當(dāng)?shù)姆绞揭胝n堂，豐富課程資源，引導(dǎo)學(xué)生進行聯(lián)想和遷移。布魯納在《論意義行為》中告訴我們：“邏輯假設(shè)在置于正在進行的故事之中時最容易為學(xué)生所理解?！甭牴适聦τ诮^大多數(shù)學(xué)生來說是一大樂趣?？茖W(xué)學(xué)習(xí)中有一部分內(nèi)容比較抽象、同步的課堂演示實驗也少，對于這樣的教學(xué)內(nèi)容可以講一些與之相關(guān)的科學(xué)小故事，鼓勵學(xué)生思考故事中的問題，有助于學(xué)生突破思維障礙，在一個比較輕松的學(xué)習(xí)環(huán)境中忘卻了學(xué)習(xí)任務(wù)的負擔(dān)，教師在比較“隱蔽”的教學(xué)目標(biāo)引領(lǐng)下使學(xué)生的學(xué)習(xí)過程“平易化”。在豐富的史料支持下，問題的提出解決與發(fā)展、科學(xué)概念的提出與發(fā)展、重大科學(xué)事實的發(fā)現(xiàn)、重要科學(xué)規(guī)律原理方法的建立應(yīng)用與發(fā)展、科學(xué)理論體系的建立、新的科學(xué)分支學(xué)科的誕生等內(nèi)容都可以演化成融知識性、趣味性、思想性為一體的科學(xué)故事，能夠吸引學(xué)生進入教學(xué)情境，再現(xiàn)科學(xué)的探索情境，激勵學(xué)生陶冶情操，培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)精神，讓學(xué)生逐步理解并準(zhǔn)確領(lǐng)悟科學(xué)的本質(zhì)。

現(xiàn)在的科學(xué)教育強調(diào)探究過程， 那么科學(xué)家在特定的技術(shù)背景中怎樣開展研究以及所選擇的研究方法對于學(xué)生的科學(xué)學(xué)習(xí)正是非常好的引領(lǐng)和啟發(fā)，可以使學(xué)生以一種移情的方式設(shè)身處地地體驗以往科學(xué)家的探究與思考——科學(xué)家在歷史上也曾進行過這樣的研究，這些故事既能有效激發(fā)學(xué)生的好奇心，又可以促進學(xué)生利用科學(xué)史資源進行進一步的探究，教師還可以列舉說明當(dāng)時其他科學(xué)家的不同觀念作為學(xué)生研究的參照系，引導(dǎo)學(xué)生討論或探索這些觀念產(chǎn)生的背景、條件，使學(xué)生認識到科學(xué)認識的歷史（時代）制約性。因此，以科學(xué)史為基礎(chǔ)的科學(xué)故事是科學(xué)教學(xué)的必備要素，因為科學(xué)故事能有效提供科學(xué)探究的情境，促進學(xué)生理解科學(xué)知識與科學(xué)探究的本質(zhì)，這正反映了科學(xué)故事的特質(zhì)與功能。

（責(zé)編 韋 迪）