基于科学史论证的教学实践

科学史研究不仅揭示了科学知识的动态发展过程，而且强调了科学理论的相对性和发展性。通过学习科学史，学生能够把握科学知识的历史脉络，提升批判思维能力，认识科学本质观。论证往往通过逻辑推理和实验验证来支持或反驳某个观点或结论，是科学课程标准强调的基本能力之一。将科学史与论证相结合，能让学生了解科学知识的历史发展过程，从而深入理解科学知识的本质和内涵。

小学科学史论证教学，主要可以分为以下几个环节：依托生活情境，明确研究问题；借鉴科学史实，提出论证主张；搜集多方证据，支撑论证主张；推理质疑辩驳，完善论证主张；回顾复盘省思，践行拓展应用。

一、依托生活情境，明确研究问题

对未知充满好奇是学生的天性。生活是他们最直观的经验，无疑也是最好的问题来源。在教学“地球的运动”单元时，我曾经做过一个调查，班级里有90% 以上的学生有暑假外出旅游的经历，有将近一半的学生去过大西北，还有不少学生有出国旅游的经历。他们好奇为什么新疆晚上10点太阳才落山，地处南半球的澳大利亚7月会下雪。他们同古人一样，也好奇昼夜交替现象、不同地区迎来黎明的时间不同、四季变化、南北半球的季节差异，想知道这些自然现象到底会跟什么因素有关。

学生对上述自然现象的成因做出猜测时，大部分人都提到了可能跟地球的运动有关。地球到底是如何运动的？这既是学生的疑惑与兴趣点，又是单元研究的核心问题，其主要对应三个子问题：如何证明？地球的运动与昼夜交替现象有何关系？地球运动与四季变化有何关系？子问题将核心问题细化，为学生搭建思维脚手架，符合他们的认知特点。

子问题“如何证明"引发学生提出“关于地球如何运动”的观点，并思考“怎么去寻找证据”“哪些证据可以证明我的观点”和“如何呈现我的观点”。此时，他们会很自然地思考和收集人类历史上不同的科学家关于地球运动的不同观点和不同理论，看哪些证据可以支撑自己的观点。这也是基于科学史论证的主要环节，学习的过程就是科学论证的过程。

子问题“地球运动与昼夜交替有何关系”“地球运动与四季变化有何关系”是单元的主要学习内容，同时又对应解释学生在旅游过程中产生的困惑，体现了从生活中来、到生活中去的理念。

善于观察生活，对生活现象产生思考并提出问题，是一个人适应社会的基本能力之一。在小学阶段有意识地培养学生的观察生活并提出问题能力，对他们的终身发展有益。这可以让学生对科学与生活的联系产生更多的思考，将眼光聚焦到现实的生活情境中，体会到科学源于生活，思考学习科学的现实意义。

二、借鉴科学史实，提出论证主张

在核心问题指引下，学生可以基于已有的经验，借鉴科学史实，提出自己的论证主张。部分学生对地球如何运动有一定的知识储备，但要提出具体的论证主张还是很难的。人类认识宇宙历史源远流长，在不同地区不同年代，都存在一些影响深、范围广的学说和代表人物。在中国古代，影响比较大的是“盖天说”和“浑天说”；在西方，影响最为深远的是“地心说"和“日心说”，代表人物分别是托勒密和哥白尼。四个学说蕴含着无数的人类智慧，教学中教师适时介绍，能促进学生更加全面、深人地了解相关科学史。

“盖天说"是中国古代最早的一种宇宙结构学说。古人认为，天是圆形的，像一把张开的大伞覆盖在地上，地是方形的，像一个棋盘，日月星辰则像爬虫一样爬过天空。“盖天说”也被称为“天圆地方说”。

“浑天说”的代表人物张衡，主张天和地的关系类似蛋白和蛋黄的关系，天是蛋白，地是蛋黄，地被天包裹着。地球不是孤零零地悬在空中，而是浮在气体上，认为日月星辰都附在一个天球上，绕着浑天中心——地球运动。

“地心说”由天文学家托勒密总结亚里士多德等科学家的观点提出，认为地球静止不动且是球形的，是宇宙的中心；宇宙是球形的；日、月、星辰等所有天体都围绕地球做圆周运动。

“日心说”由天文学家哥白尼创立，认为太阳是宇宙的中心并静止不动，地球和其他行星都围绕太阳做圆周运动，同时地球本身也在自转。

学生初步了解各个学说后，教师采用“自主申报 + 抽签”的方式，将他们分成“盖天说”“浑天说”“地心说”“日心说”“未来说"五个小组。设置“未来说”，是考虑到现在有些学生的知识面很广泛，学习能力也很强，已经知道科学教材中未涉及的宇宙大爆炸等知识。

赋予学生“学说代表”身份，有利于促进他们讨论完善本组的主张，整理相关观点。同时，还会让他们有代入感，更好地了解当时的科学发展水平，探索学说的产生背景和对当时社会的影响，更深刻地体会科学观点的提出是为了解释某些现象，但也会受很多因素的影响和限制。

学生对相关观点进行整理，发现“盖天说”“浑天说"和"地心说"其实有相似之处，都认为日月星辰绕地球运动。在后面的搜集证据过程中，教师可以将学生分成“地球中心说”和“地球非中心说"两个大组。这个体验非常重要，能让学生提出并修正主张，切身体会到科学理论是在不断质疑中发展的，这也促进了他们论证能力的发展。

三、搜集多方证据，支撑主张验证

确定主张后，学生需要搜集更多的证据，而科学史就是一个极好的证据来源。教师可以推荐一些网上资源，如天津科学技术馆公众号上的"天文课堂”科普中国网站以及其他天文网站等，也可组织学生以小组为单位前往图书馆借阅书籍，从不同渠道深入探索与地球运动相关的资料。学生自主学习，逐渐归纳整理出人类认识地球运动的主要代表人物，如亚里士多德、托勒密、哥白尼、伽利略、第谷、开普勒、牛顿、傅科等科学家的观点或贡献（如图1）。

例如，亚里士多德首先提出了水晶球理论，天体围绕一个地球做圆周运动，是“地心说”的雏形。后来，托勒密完善了亚里士多德的观点，提出了完整的“地心说"理论。哥白尼通过观测和计算，在建立天文台获取大量观测数据后提出了“日心说”，他的理论对当时的宗教理论和哲学体系构成了巨大挑战，被认为是科学革命的开端。伽利略是“日心说"的坚定支持者和验证者，他通过观察木星的卫星和太阳黑子等现象，进一步证明了“日心说”的正确性，同时他还改进了望远镜，使得天文观测更加精确。第谷通过观测积累了大量数据，开普勒的三大定律让他收获“天空立法者”的称号，牛顿的万有引力定律奠定了天体力学的基础，傅科第一次用实验证明了地球自转，哈勃的宇宙膨胀定律让学生理解到太阳和银河系都不是宇宙的中心。

除了科学史，现代的科技发展也为地球绕太阳运动提供了间接证据，如全球定位系统和其他卫星导航系统的工作原理，正是基于地球绕太阳公转和自转的精确模型。

学生通过梳理人类认识地球运动的科学史，锻炼了信息搜索能力、信息筛选能力、信息概括能力等，这些信息以时间轴的方式呈现，不仅让他们对地球运动的认识更加深刻和全面，也让他们深刻体会到科学观念具有相对性、暂时性的特点，加深了对科学本质的理解。通过整理信息，有些“盖天说代表”“浑天说代表”“地心说代表”主动修正了自己的某些观点，甚至想加入“日心说”和“未来说”的阵营。

四、推理质疑辩驳，完善论证主张

在论证过程中，寻找证据支撑自己的主张是重要的一环，教师可以引导学生采用各种方法、从各个维度来证明自己的观点，如逻辑推理、实验论证等。虽然学生经历了梳理人类认识地球运动的科学史过程，对“地球中心说”和“地球非中心说”都有了较为明确的认知，但这更多的是一种被动接受，而非主动构建。理不辩不明，通过辩论会、角色代人，可以让学生对论证过程尤其是论点与论据的对应性理解更加深刻。

活动一：辩论会。学生以小组为单位整理好各自观点，分成正方和反方，分别代表“地球中心说”和“地球非中心说”，开展“古今对话"辩论会（见表1）。辩论会上，他们有机会充分展示自己的观点和论据，且对每条不同意的观点都提出反驳的具体理由。

活动二：实验验证。实验验证是科学学习非常重要的一种方式，学生观察地球仪或中国地图，发现新疆横跨东经约95°到东经约 75^∘ ，杭州处在东经约120^∘ ，当地球在自西向东自转时，靠东边的杭州比靠近西边的新疆更早迎来黎明，新疆比杭州晚2＼～3小时日落。我曾在课堂上做过一次视频连线，冬天杭州上午8时30分，学生已经开始上课，而新疆还是漆黑一片。

关于四季成因，有很多学生认为这跟地球与太阳的距离有关，地球距离太阳越近，温度越高，为夏季；地球距离太阳越远，温度越低，为冬季。但实际上，地球与太阳的近距点是每年一月初，为北半球冬季，真正影响四季气温变化的是太阳的直射点和太阳的照射角度。为了更好地解释四季变化与地球公转的关系，教师可用实验支持论证：将4个相同的地球仪放在地球公转轨道（模拟）的4个位置上，地轴朝向同一个方向。太阳在中心，用细木条模拟太阳光线，细木条的高度指向地心。观察细木条与地球仪的接触点，分别代表处于春分、夏至、秋分、冬至4个不同的位置时，太阳的直射点发生的变化。该实验很直观呈现了在一年中不同时间，地球公转导致太阳直射点的变化。为了让实验更加直观，可以用浴霸灯代替太阳，并在地球仪上涂上感温油墨，或固定电子温度计，便于学生直观发现不同直射点的温度不同。

学生经过逻辑推理和实验验证，已经基本理解科学知识的暂时性，认识到当新的证据出现时，科学理论可能会被修正或更新。关于“日心说"中“宇宙是球形的”“太阳是不动的，处于宇宙的中心，地球以及其他的行星都围绕着太阳做圆周运动”这两个观点，他们已经能用宇宙大爆炸理论来予以反驳：因为宇宙在不断膨胀，光线还没有到达的地方是暗区，所以人们无法确定其整体形状；目前已经可以证实的是太阳只是银河系中一颗极为普通的恒星，不是宇宙的中心等。能够学以致用，说明学生对论证的理解更进了一步。

五、回顾复盘省思，践行拓展应用

学生经历推理质疑辩驳并完善自己的论证主张后，教师要引导他们回顾复盘，并用所学践行实际，回归生活。

科学论证的评价标准一般包括：学生提出的主张质量，学生如何产生主张，学生的证据能否支持自己的主张，论证过程是否有助于学生加深认识或者改变原先的看法，学生自己的反思过程。在基于科学史论证的教学中，教师可把评价量表前置，让学生提前了解评价标准，从而在论证过程中有更加明确的学习目标。评价内容主要包括：整理出科学史的主要观点、流畅表达自己的主张、用证据证明自己的主张、敢于反驳质疑别人的不同观点、论证过程完成情况、小组伙伴合作情况、相关内容掌握情况等。评价方式主要是自评和小组互评两部分。通过评价量表聚焦学生的论证能力和有待提升的地方，让他们对自己的学习有成就感和更明确的努力方向。

例如，对“相关内容掌握情况”的评价，可以通过学生对知识点的掌握情况及运用所学知识解决实际问题来落实。经历了一个完整的单元学习之后，学生对地球的运动有了清楚的认知，知道地球绕着太阳在公转，且自西向东绕着倾斜的地轴在自转。这时，教师可以让他们解释新疆为什么晚上10点太阳才下山、澳大利亚为什么7月会下雪，从而评价他们的掌握情况。

（作者单位：浙江省杭州市钱塘区学正小学）

参考文献

[1]邹兰.基于科学论证的科学教学[D].南京：南京师范大学，2018.

[2]王丽丽.科学史有效融入小学科学教学的策略研究[J].小学教学研究（教学版），2023（25）.