科学史在科学教学中渗透的研究- 科学史在科学教学中的应用研究.doc

科学史在科学教学中的应用研究报告坛石初中 占寿法 黄荣耀 摘要 科学史的学科创始人乔治萨顿曾经说过“科学史是自然科学与人文学科之间的桥梁，它能够帮助学生获得自然科学的整体形象、人性的形象，从而全面的理解科学、理解科学与人文的关系。”因此，科学史在科学教学中有着重要的作用，是提高学生科学素养和人文素养的重要途径。科学史在科学教学中的可以作为引入新知识的背景材料；作为科学探究的事实来源；作为例题与习题；作为相关资料插入；作为扩展性阅读材料等。关键词 科学史；科学素养；课堂教学；方式问题提出初中科学(79年级)课程标准指出：初中科学课程的总目标是提高每个学生的科学素养。我国的科学课程标准又将科学素养分解成以下四个方面：科学探究；科学知识与技能；科学态度、情感与价值观；对科学、技术与社会关系的理解。对于科学教育者来说，这是全新的教学目标，首先在于它的多维性，这对于已习惯于传统教学的教师来说，要向真正的贯彻和落实多维目标难度是可想而知的。“科学史将科学思维形成自身文化的一部分：科学思想与科学精神作为科学文化的组成部分。科学史有助于理科教学；科学史有助于理解科学的批判性和统一性；有助于理解科学的社会角色和人文意义。”1科学史在课堂教学中的应用对课程标准提出的提高每一个学生的科学素养目标的实现有独特的作用，也是提高科学素养的重要途径。在义务教育阶段的科学课程中引入科学史，主要是作为学生学习科学的一种途径和手段，能够有效促进学生对相关科学知识的理解、对科学过程与方法的理解以及学生科学态度、情感与价值观的培育。课题研究的目标和主要内容1、科学史进入科学课堂教学的基本方式第一、作为引入新知识的背景材料。第二、作为创设问题情境，引发学生认知冲突的重要内容。第三、作为例题与习题。第四、作为相关资料插入。 第五、作为扩展性阅读材料。2、融入科学课堂教学的科学史的内容分析本课题将组织课题组成员认真学习科学史和课程标准，然后整理出初中科学79年级科学教学中能够融入科学史的内容，研究如何通过科学史的融入来优化科学教学内容。这需要大量的工作。3、基于科学史的科学课堂教学实践本部分内容主要研究利用科学史来优化教学过程。通过专题的课堂教学观摩、说课、教学设计等活动，探讨科学史在优化教学内容和优化教学过程的实践操作，提出可供操作的方法与模式。并通过各种活动提高教师应用科学史的能力。4、通过研究提高学生的学习科学的兴趣，培养学的科学精神，提高学生的人文素养和科学素养。课题研究的过程为了提高课题组成员对科学史的了解，在课题立项后将加强科学史的学习并对相关教学理论进行搜集和整理，并组织教师认真分析如何将科学史融入科学课堂教学，提出一些具体的措施。科学史在科学教学中的应用的主渠道在课堂教学，主要研究如何在课堂教学中有效地融入科学史来优化教学内容、教学方法和教学过程。因此，在研究过程采用边实践边研究的方法，通过课堂教学观摩确定科学史的内容融入教学的可行性。所以研究过程强调反思和总结。结果分析一、 科学史在科学课程中的地位与作用1、提供重要的科学事实、概念、原理、方法以及技术发明的历史背景、现实来源和应用。这些内容有助于启发学生的思维，加深学生对所学科学知识的理解；有助于促进学生对科学、技术与社会相互关系的理解，进而使学生感受科学在人类文化与社会进步过程中的地位和影响，认识到科学是一种生动的、基本的人类文化活动，引导他们重视科学在当代社会发展中的作用，并且关注科学各领域之间的内在联系。2、通过科学史有关内容的介绍，使学生感受到科学是一个开放的、不断发展的系统，但在广度和深度上不断发展，而且已有的结论也可能被修正，科学是一个永远不会完结的过程。3、通过对科学史上一些重大发现、发明过程的介绍以及一些简单而典型的著名案例的学习，激发学生对科学的兴趣，培养他们的探索精神和科学态度，促进和改善学生对相应的科学思想方法的理解，进而了解科学的本质，培育科学精神。4、通过历史上的一些著名的反例，从反面给学生以强烈的震撼，加深他们对相应问题的理解，培养严谨缜密的科学思维；通过一些科学家犯错误、遭遇挫折和失败的例子，引导学生正确看待学习过程中遇到的困难，增强信心和勇气；通过对科学思想形成中的曲折与艰辛以及那些伟大的探索者的失败与成功的介绍，使学生进一步体会科学的丰富人文内涵。5、应当强调指出，在义务教育阶段的科学课程中引入科学史，主要是作为学生学习科学的一种途径和手段，科学史不应作为新的知识点来考核，其教学效果应当通过学生对相关科学知识的理解、对科学过程与方法的理解以及学生科学态度、情感与价值观的培育来体现。二、科学史融入科学课程的基本方式1、作为引入新知识的背景材料例如，问题的提出、解决与发展，概念的提出与发展，重大科学事实的发现，重要科学规律、原理、方法的建立、应用与发展，理论体系的建立，新的分支学科的诞生。在光合作用的教学中，可以通过普里斯特利实验来创设问题情境。案例1 利用普里斯特利实验创设问题情境约瑟夫普里斯特利是英国著名的化学家。他做了一个非常著名的实验实验1：他把一支点燃的蜡烛和一只小白鼠分别放到密闭的玻璃罩里，蜡烛不久就熄灭了，小白鼠很快也死去了。为什么放在封闭容器中的小老鼠，几天后就会死去？容器中本来有空气，老鼠为什么不能长期活下去？实验2：他把一盆植物和一支点燃的蜡烛一同放到一个密闭的玻璃罩里。他发现植物能够长时间地活着，蜡烛也没有熄灭。实验3：他又把一盆植物和一只小白鼠一同放到一个密闭的玻璃罩里。他发现植物和小白鼠都能够正常地活着。 这又是为什么呢？皮亚杰认为：“一切有成效的工作必须以某种兴趣为先决条件。”学生学习科学知识的关键，首先在于能激发起学生强烈的求知欲望，即学习兴趣。将科学史料引入课堂，这样寓史于教、史教相融的教学形式，不仅增加了课堂的趣味性，同时也激发了学生探究客观世界的浓厚兴趣。像这样的用于创设问题情境的科学史很多，如帕斯卡的水桶实验、马德堡半球实验、阿基米德发现浮力原理等。 2、作为例题与习题科学史不应作为新的知识点来考核，其教学效果应当通过学生对相关科学知识的理解、对科学过程与方法的理解以及学生科学态度、情感与价值观的培育来体现。但可以通过科学史来对学生的科学探究的方法和科学探究的态度来进行考查。在近几年的科学中考试卷中也出现了一些与科学史相关的题目，其作为例题、练习或试题出现，对学生考查的主要有以下几个方面：u 科学探究的方法u 信息处理的能力u 科学探究的态度例1、历史上巨行星（如木星和土星）的大气成分变化可能变小，而现在它们的大气中都没有游离氧，其主要成分是氢气、氦气、甲烷和氨。由此推断，原始地球空气成分和木星、土星上的大气成分类似。1953年米勒做了一个探索地球上的生命是如何起源的实验（右图是米勒实验的装置图）。米勒向装置中通入推测的原始大气成分：甲烷、氢气、氨、水蒸气，通过放电和照射紫外线的方法代替原始地球的环境条件，获得了多种氨基酸。请根据右图回答下列问题： （1）米勒实验属于 （选填“黑箱实验”、“对照实验”、“模拟实验”）。（2）如果在实验装置的气体中有氧气存在，实验过程中极有可能发生 。（3）在绝大多数的实验中，往往用水作为冷却剂，主要原因是 。（4）从地球上的生命是如何起源的角度，观察到实验收集氨基酸混合物的现象，你得出的结论是 。（5）1972年米勒又开始做另一个实验，他把早期地球可能具有的氨和氰化物（一种小分子）的混合物溶液密封于小瓶内，置于78C的低温下达25年之久，结果发现小瓶内生成了生命的基本物质DNA和蛋白质的组成成分-碱基和氨基酸，据些可作出的推测 。例2、巴斯德曾进行了如下实验：把新鲜、清澈的肉汤等量放入甲、乙两个相同的玻璃瓶中，并将甲瓶的瓶口烧软拉成鹅颈状，然后将两瓶肉汤都煮沸，敞开瓶口放在温暖环境下，一段时间后甲瓶肉汤几乎没有变化，乙瓶肉汤变质发臭。此实验中，巴斯德将甲瓶口拉成鹅颈状的目的是（ ）A.防止空气进入 B.防止微生物进入 C.保持温度不变 D.防止肉汤蒸发3、作为科学探究的事实来源科学探究在科学课程中占有重要的地位；“突出科学探究”作为课程的基本理念之一，科学探究的题材选择是多方位、多角度的，教材中许多科学探究的事实来源就是引用科学史料。例如，在学习“牛顿第一定律”时，教材中科学探究的实验就类似地采用伽利略的研究方法和科学实验。同时，教材中还利用科学史介绍牛顿第一定律这一重要结论的历史发展过程。教材的具体内容呈现如图：牛顿第一定律的发现过程表明：科学往往是众多科学家智慧和劳动的结晶。300多年前，伽利略（Galieo Galiel）曾采用类似的方法得出结论：如果物体在运动中不受到力的作用，它的速度将保持不变。笛卡尔（Reme Descartes）补充了伽利略的认识，指出：如果运动物体不受任何力的作用，它不会向左、右方向偏，将永远沿原来的方向做匀速运动。牛顿总结了伽利略等人的研究成果，进一步得出：一切物体在没有受到外力作用的时候，总保持匀速直线运动状态或静止状态。这样就为学生提供一个清晰的历史背景，为此定律做出贡献的科学家及取得成果，科学发展历程等。或者让学生进行课外探究：案例3牛顿力学的建立【组织形式】个人或自由结组【活动目的】牛顿力学的建立不是牛顿一个人的功劳，而是许多科学家努力研究的最终结果，查阅资料了解牛顿力学的建立过程，及牛顿力学的体系。【活动流程】制订查阅和查找方式；收集相关的材料；分析材料并得出一些结论；写出论文；与其他组交流。【备注】1、网上查找的资料要有学习的过程记录。2、和其他成员交流。4、作为相关资料插入科学（79年级）教材共为教学提供篇幅较长的阅读材料就有40处，其内容主要是按原章节科学知识的介绍相关资料，主要有介绍科学家的生平及其取得的科学成果，介绍科学知识、科学技术的发展历程，介绍最新高科技成果等。将这些资源融入课堂教学和学生的课外自主阅读，是科学史渗透到科学教学中的主要途径。例如，在学习“力的存在”时，讲到力的单位，就可讲述“力的单位是牛（N），它是为了纪念英国科学家伊萨克牛顿而命名的”，接着可以让学生通过教材上的阅读材料“牛顿（第二册的第59、60页）”了解他的生平及做出的伟大的成就。还有在学习“动物新老个体的更替”时，教材中就有介绍生物学上的最新技术“克隆技术”，让学生了解这一技术的过程和原理，以及这一技术在繁殖品种优良的动物和人体器官移植等方面的应用。关于是否可用克隆技术来克隆人，可以让学生发表自己的见解来讨论，也来初试一下科学技术的“双刃剑”问题。5、作为扩展性阅读材料初中科学教材中引入有关科学史方面的材料共达69处。表1 科学史料在各册教材中分布第1章第2章第3章第4章小计 第一册 23914 第二册 22239 第三册 431311 第四册 42118 第五册 215311 第六册 12416 总计 6969科学史的内容主要是以介绍科学家及其成果、重大的科学事件为主，还有介绍科学、技术发展过程，科学史上的神话故事，科技给人类带来的影响等。科学史在科学课程中有着地位与作用。除了教材上科学史资料之外，教师还可以结合课堂教学进行有效的补充，作为扩展性阅读材料。三、科学史融入的科学课堂教学实践 案例4神奇的激素教学设计一、教学目标1、了解植物生长素发现的历史，体验科学发现的过程。2、了解科学探究的过程，控制变量法科学实验的方法。二、教学重点对植物生长素发现历史的了解，了解植物生长素与向光性的关系。科学实验的方法。三、教学过程引言：在前一节课中我们学习的知识发现，许多植物对环境中的各种不同刺激作出反应。例如：向日葵的向光性，捕蝇草的向触性，含羞草的向触性等等。为何在窗台上放一盆植物的幼苗，过一段时间后，会发现植物幼苗总是朝着太阳光照射的方向弯曲生长。向日葵的幼嫩花盘甚至从清晨到黄昏，整天跟着太阳转动。师：你能推测下这是什么原因引起的呢？生：讨论猜测。师：其实早在1880年英国科学家达尔文注意到了这个现象，他就进行了如下模拟实验达尔文向光性实验实验这是达尔文向光性实验的第一步，是单侧光照射下，比较甲乙两组实验，是控制变量：有无_的情况下，胚芽的生长情况。甲组：没有切去尖端的胚芽的生长情况是_。乙组：切去尖端胚芽的生长情况是_。对比甲乙两组中的实验现象，你的解释是_。这是达尔文向光性实验的第二步，是在单侧光照射下，比较丙丁两组用锡箔小帽罩住胚芽_部位或胚芽_部位，这两种情况下胚芽的变化。丙组：用锡箔小帽罩住胚芽顶端后，胚芽的生长情况是_。乙组：用锡箔小帽罩住胚芽基部后，胚芽的生长情况是_。对比丙丁两组中的实验现象，你的解释是_。小结：通过上述的向光性实验可知：胚芽的生长和弯曲与胚芽的顶端有关。推想：在单侧光的照射下，胚芽的尖端可能会产生某种物质，这种物质对胚芽的生长会产生影响。那么是否真的有这种物质吗？这物质又是什么呢？后来的科学家又进行的不懈探索。在1928年荷兰科学家温特又做了这样一个实验。模拟实验1928年，温特实验1、把胚芽尖端切下放在琼脂块上，几小时后，移去尖端，把琼脂分成小块，放在切去尖端胚芽的一侧，结果向对侧弯曲生长。2、如果把没有接触过胚芽尖端的琼脂小块，放在切去尖端的胚芽切面的一侧，结果发现这个胚芽既不生长，也不弯曲。说明：尖端确实产生了某种物质，并从尖端运输到下部，促进下面某些部分的生长。问：为什么要用没有接触过胚芽尖端的琼脂做实验？答：便于对比实验，用对比方法排除琼脂块促进胚芽生长的作用。1934年，荷兰科学家郭葛等人从一些植物中分离出了这种物质，由于这种物质能够具有促进植物生长的功能，取名为生长素。议一议：1、生长素是在哪里产生的？2、它的合成需要光照吗？3、单侧光对它会产生什么影响？4、它对植物有什么影响？生长素的发现历史：1、达尔文 向光性 实验（1880年）2、荷兰科学家 温特 实验（1928年） 3、荷兰科学家 郭葛 分离出生长素（1934年）问：前后经过了五十四年的研究，几代人的努力，人类终于认识了生长素。同学们，你们从中学到了什么？观察课本311，解释生长素与植物向光性的原因。当单侧光照射植物时，植物产生的生长素会在植物的体内分布不均匀，从而产生向光性生长。生长素的作用：1，能促进植物的生长。2，能促进扦插的枝条生根。3，有促进果实的发育，防止落花落果等。缺点：生长素浓度过高会抑制植物的生长，甚至植物死亡。人们常用这种方法来除杂草。后来，又陆续发现了赤霉素、细肥分裂素等，这些统称为植物激素。对植物的生命活动起重要的调节作用。四、练习：1、植物表现出向光性是由于（ ）A向光一侧生长素分布多、细胞生长慢B向光一侧生长素分布多、细胞生长快C背光一侧生长素分布多、细胞生长慢D背光一侧生长素分布多、细胞生长快2、三盆燕麦幼苗A、C盆中是正常幼苗，B盆中是切去胚芽鞘尖端的幼苗。将A、B分别放在慢匀速旋转的圆盘上，将C盆不旋转，三盆都有单侧光照射。几天后，A盆的幼苗 生长；B盆的幼苗 生长；C盘的幼苗 生长。3、植物的向光性与生长素有关。比较下图两组实验，我们可以发现，生长素是由胚芽哪个部位产生的？_尖端_；4荷兰科学家温特在实验中，把切下的胚芽尖端放在琼脂块上，几小时以后，移去胚芽的尖端，再将琼脂切成小块，放在切去尖端的胚芽切面的一侧，结果发现向放琼脂另一侧弯曲生长_