談科學故事促進學生對科學本質的理解

繆健

[摘 要]以教學實踐中的案例講述依托科學故事在學習中進行追溯、驗證、質疑等活動，從中感受科學的樂趣、體驗科學的魅力進而理解科學的本質，揭示科學故事在學生的科學學習中所起的過程展現、探究引導和思維引領等作用，結合前人的相關研究淺談三點啟示。

[關鍵詞]科學 科學故事 科學本質 理解 發展

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

曾觀摩一位特級教師執教的《研究物體下落的規律》一課，課始教師先讓學生觀察沙包、塑料塊、羽毛這三種物體的下落現象，學生經過觀察在黑板上畫出這三種物體可能的運動軌跡。教師細致地引導學生認識到所畫的軌跡圖忽略了物體運動的方向，交談中學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。再呈現伽利略的觀點，即物體下落的快慢與物體的重量無關，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，學生根據生活經驗判斷是這一觀點是成立的。當介紹伽利略的觀點時學生又有點迷糊了——兩個觀點截然相反，究竟誰的正確呢？

教師引導學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球，讓學生先猜哪個會先落地，然后再自己動手體驗，等學生討論出結論后，教師又讓一位學生站在黑板前的高凳上演示一遍，教師在學生演示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？結論不是已經很明顯了嘛？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球先落地，此時不只是學生，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”似乎是不可能實現的，面對事實學生很自然地懷疑伽利略做的實驗似乎是不對的，無形中就對科學的經典實驗產生了質疑。

科學是在不斷地質疑中前進的，面對學生和不少聽課教師的質疑聲，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疑以及所做的“思想實驗”，并進行邏輯推理：根據亞里士多德的觀點設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該比重球快，這就出現了矛盾，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，課堂上的偉大科學家伽利略的觀點受到事實的挑戰，我們可以做些什么呢？這應該是上課教師最希望學生進入的思維狀態：一開始還挺明白的，兩位科學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現了現在課堂上一樣的情況，于是開始質疑伽利略的觀點，甚至有人懷疑伽利略是否真的做了“兩個鐵球同時著地”的經典實驗，其實伽利略在實驗中也曾質疑自己的觀點，同時想著運用別的假說試圖解釋為什么實驗結果與理論預測不相符，最終他得出了一個驚世駭俗的結論：在真空中（或在介質阻力可忽略時），任何物體，不管其重量、形狀和比重，下落的速度是一樣的。這一結論在后來技術條件進步與成熟的支持下得到了充分的驗證。

這節科學課的教師一開始讓學生明白了，隨即又迷糊了，但并不是簡單地反其道而行，也不是讓學生迷糊了就放手不管，而是讓學生在明白后進入迷糊，讓學生想去弄明白，學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，教師只是激起了學生學習的興趣，激發了學生探究科學的欲望；課堂上教師更在詮釋著科學的本質，科學的發展就是這樣一個去蕪存菁的過程，任何科學觀點科學解釋都需要不斷地接受檢驗，隨著思想的發展、思維的發散、技術的發展，要能夠敢于質疑。在學習科學時同學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，現在的學生普遍缺少這樣的素質，正如這位上課教師所言“課堂上我們除了給學生建立科學世界的技巧，還需要培養學生有摧毀科學經典的勇氣和力量！”

美國學者在1900年創造了一種教學方法——互動式科學小故事（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、有組織地指導學生學習科學史知識并引導他們思考和領悟科學的本質。精心設計、合乎史實的約10～15分鐘的小故事主要是科學家從事科學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科學的本質，而且能使學生深入地了解科學知識的發現過程和歷史背景。以故事形式表現的科學史和科學本質都是科學學習的重要組成部分，科學故事的選擇目的在于縮小科學知識與學生認知之間的距離，使科學概念更容易理解以及在特定問題上獲得啟發，更加期待一些好的故事能夠激發學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容。

一、科學故事是科學啟蒙教育的必備要素

著名教育家陳鶴琴在《活教育的教學原則》第十四條提出了“教學故事化”，這一項原則是從“兒童愛好故事”這一理論基礎所產生出來的，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習心理。故事是學生百看不厭、百聽不煩的一種形式，把蘊含著科學道理的小故事引入科學課堂，可以有效地激發學生的學習興趣、吸引學生的注意力、引發學生思考，并且潛移默化，給學生以智慧和啟迪?？茖W故事能夠使抽象的內容變得具體、易于接受，從而有效地幫助學生理解科學知識；同樣有些難以直接表述的科學概念可以在科學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故事通?？梢允箤W生在學習過程中受到啟發，促進學生對科學知識的理解和遷移。所以科學故事對于接受科學啟蒙教育階段的小學生來說有著非常直接與現實的意義，閱讀與講述科學故事可以成為這階段科學學習的主要方式和有效手段之一。

二、科學故事是滲透科學本質的有益載體

已故諾貝爾物理學獎得住理查德·費曼曾說過，“科學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規整整、仿佛綿延萬里的原子晶格?！笨茖W的美學成份不知有多少從小就立志成為一名科學家的學齡兒童能夠真正體會得到？科學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》《探索·發現》等節目都可以作為范例供廣大師生學習，在“讓故事做主，貼近百姓生活，以智慧贏得共鳴”的理念引領下，嘗試每次都用一個故事來講述一個科學現象和科學道理，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事件故事化到極致，轉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大的固定收視群。給予學?？茖W啟蒙教育的啟示是可以運用科學故事的結構和組成要素選擇或建構科學故事、根據教學需要合理滲透和穿插指導學生閱讀科學故事，這有利于學生對科學知識的理解、有利于教師對科學故事所體現的價值認可和把握。

三、科學故事是理解科學本質的有效途徑

建構主義認為，學習在本質上是學習者主動建構心理表征的過程，學生已有生活經驗是新的學習的起點，是學習之所以發生的中間環節，舊知識和新知識之間需要建立聯結點，受認知水平和思維能力的制約，學生有時候并不能自覺地聯系生活中的相關原形來解釋科學現象或規律，這就要求教師有針對性地把生活經驗以恰當的方式引入課堂，豐富課程資源，引導學生進行聯想和遷移。布魯納在《論意義行為》中告訴我們：“邏輯假設在置于正在進行的故事之中時最容易為學生所理解?！甭牴适聦τ诮^大多數學生來說是一大樂趣?？茖W學習中有一部分內容比較抽象、同步的課堂演示實驗也少，對于這樣的教學內容可以講一些與之相關的科學小故事，鼓勵學生思考故事中的問題，有助于學生突破思維障礙，在一個比較輕松的學習環境中忘卻了學習任務的負擔，教師在比較“隱蔽”的教學目標引領下使學生的學習過程“平易化”。在豐富的史料支持下，問題的提出解決與發展、科學概念的提出與發展、重大科學事實的發現、重要科學規律原理方法的建立應用與發展、科學理論體系的建立、新的科學分支學科的誕生等內容都可以演化成融知識性、趣味性、思想性為一體的科學故事，能夠吸引學生進入教學情境，再現科學的探索情境，激勵學生陶冶情操，培養發現精神，讓學生逐步理解并準確領悟科學的本質。

現在的科學教育強調探究過程， 那么科學家在特定的技術背景中怎樣開展研究以及所選擇的研究方法對于學生的科學學習正是非常好的引領和啟發，可以使學生以一種移情的方式設身處地地體驗以往科學家的探究與思考——科學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學生的好奇心，又可以促進學生利用科學史資源進行進一步的探究，教師還可以列舉說明當時其他科學家的不同觀念作為學生研究的參照系，引導學生討論或探索這些觀念產生的背景、條件，使學生認識到科學認識的歷史（時代）制約性。因此，以科學史為基礎的科學故事是科學教學的必備要素，因為科學故事能有效提供科學探究的情境，促進學生理解科學知識與科學探究的本質，這正反映了科學故事的特質與功能。

（責編 韋 迪）