教科版五下科学用水测量时间磨课历程及思悟
教科版五下科学用水测量时间磨课历程及思悟
【摘 要】将科学史融入科学教育之中，是当前我国科学教育研究的新取向。在现行以探究学习模式为主流的教学中，该如何定位科学史学习的时间比重，该以何种方式介入科学史的学习仍是一个有待研究的空白领域。为此，研究组成员以《用水测量时间》课例为范，通过磨课方式探索了《以科学史为支架的探究式教学研究》课题，经过扎实的研究，团队成员不仅认清了探究与史实之间的关系，同时建构了有效的教学原则，即“史实应成为一个情境贯穿探究学习始末；史实的学习应是形神兼备的立体探究过程；史实脉络的再现应紧紧寇准经典探究步伐”。
【关键词】科技史 发展脉络 探究
■缘起
将科学史融入科学教育之中，是当前我国科学教育研究的新取向。综观教科版小学科学教材，教材在编排体系上也以一定的简约篇幅将科学史、科学家的故事渗透在科学探究活动之中。在实际教学中，该如何定位科学史学习的时间比重，该以何种方式介入科学史的学习仍是一个有待研究的空白领域。因此，在2010年10月，我向学校学科教研组申报了《以科学史为支架的探究式教学研究》小课题。按照学校小课题管理办法的要求，我必须在研究期间开设一堂与课题有关的课例研究课，并接受团队成员的检查、监督与指正。
为了确保研究课能有所收获，我选择了《用水测量时间》这篇课文，它是教科版小学科学教材五年级下册《时间的测量》单元中的第3课，是一堂科学史味比较浓厚的教学内容。之后的半个月时间，我积极准备，仔细阅读教材内容与教参建议，期望能磨出一堂与研究主题相符合的课。
■备课
备课中，我通过阅读教材和教参认识到整个教材内容有两部分组成：第一部分为认识古代的水钟，第二部分为探究“滴漏实验”。教材在第一部分教学中介绍了“泄水型”和“受水型”这两种古代的水钟，其主要目的是帮助学生理解古人是怎样利用流水的滴漏来计时的；第二部分教学是学生探究滴漏实验，教材设计了三个探究活动，一是让学生估计并观察从300毫升水中缓慢流出100毫升水需要多少时间？二是用同样的瓶子装水，观察从300毫升水中，漏出10毫升、50毫升水分别需多少时间？三是推测并观察流完杯中全部的300毫升水需多少时间？前两个实验的目的是让学生认识到流水式可以模糊计时的，后一个实验的目的是让学生认识到教材中设计的受水型水钟存在着重大问题——水流的速度是在不断地变化的，那用水怎么计时啊?从而引导学生重新关注古人在水钟设计上的改进措施，以体会到古人的聪明才智。
总之，从教材编排体系看来，学生对科学史的学习主要集中在两个环节，一是教学之初，学生通过观察图片认识古人的水钟；二是三个滴漏实验探究之后，重新引发学生观察古人的受水型水钟，从而加深对水钟的认识。
基于上述认识，在教学中，我按照教参建议将第一部分教学作为第二部分的基础，先用5分钟时间详细讲述了古人在设计水钟时从泄水型走向受水型的简要发展过程，而后引出滴漏实验的探究活动，以求得先前介绍的验证，最后在遭遇受水型水钟计时越来越慢的情况下引导学生阅读古人改进水钟的史实。故而教学中，把大部分时间分配给了“三个滴漏实验”，并引导学生充分的观察、记录、研讨。
■磨课
一、初次教学，史实学习犹如蜻蜓点水
按照上述思路，我展开了教学，前来听课诊断的有学科教研组长及同组的老师。课堂在我的预设中有条不紊地完成了，学生也在预期中感受到了古人在设计水钟时所表现出来的智慧。
课后评课，团队成员认为这样的教学，虽然思路清晰，史实学习也占据了一定的时空，但学生从史实中收获的仍然浅薄。
组长方老师首先提出了疑问，认为“以科学史为支架的探究式教学”，难道科学史仅仅是探究的“引子”，仅仅是3-5分钟的介绍与说教？
她的质疑得到了组员的认同，大家议论纷纷。
张老师说自己曾经在《科学究竟是什么》以书中读到过张红霞博士对科学史教学的论述。张博士认为“科学史、科学家的故事学习有两层意义，一是科学自身的，包括科学发展的过程性、积累性、可修正性；二是人文的，能够让孩子们理解近代科学发展是与社会需求紧密相关的，并从中领悟一些构成人的修养的东西。”他认为张教授的观点可作为这个话题讨论的依据。
“用张博士的观点来指导‘以科学史为支架的探究式教学’这一论断，至少得体现四个要素，即科学史的学习其功能要能让学生体验到史实发展的‘过程性、积累性、可修正性以及人文性’。从今天的课看来，科学史实的学习，学生最多只是体验到了可修正性，感受到了古人的聪明才智，至于科学发展中的过程性，是老师说给学生听的，而且由于学生没有参与史实的发展过程，期间的情感积累、思维积累也没有很好地体现。”王老师承接着说道。
同伴的理解与想法打破了我对本课的认知平衡，我认识到今天课堂上的史实教学并没有达到深刻之境，这样的史实教学模式只是蜻蜓点水，对学生的发展所起到的作用浅薄。当我问及“到底该建构怎样的思路才能淋漓至尽地彰显史实作用？”的话题时，整场研讨陷入了一片沉思……于是组长决定大家先去查找一些文献资料，看看他人对待这一话题是如何解决的？之后的一个星期时间，我们组员分头行动，通过图书室、网络、资料数据库检索“科学史教学”、“科学教学中渗透科学史学习”、“科学探究中科学史的作用”等关键词，从中找寻一些有价值的参考资料，以便建构出更优质的教学思路。
二、二次会谈，捋直史实与探究的关系
一星期之后，团队的4位成员在参阅了一定文献资料后再一次集中会谈，在会谈中各个成员都呈现了自己觉得有价值的研究资料。
科学史渗透教学就是在教学过程中，结合教材内容和学生实际，选择与教学相关的科学史内容，将科学的运作方式传递给学生。换言之，就是将知识产生的真实背景和历史经过，或者将科学思维和科学方法的发展过程，根据学生当前的认知水平和简约化教学原则有选择地再现在学生面前，让学生充分感受前人的智慧能力、思维轨迹、认识路线、科学方法以及科学探索的艰辛。
——王老师在《小学科学教学渗透科学史教育的研究》资料中获取的观点
科学史的学习可以结合探究式教学模式，让学生经历与科学工作者进行科学研究时的相似过程。
——方老师在《渗透科学史教育提高学生科学素养》资料中获取的观点
……从这里可以看出读懂古人发明的过程,有很重大的意义。它是后续发明的基础，同时也告诉我们科学实验是需要记录的，这些原始凭据是后人科学研究的一手资料，他可以帮助我们在科学研究领域缩短历程。在教学中,我们要把握以下三点:一是学生需要经历古人发明的完整过程,需要重复这个过程；二是在教学科学史的过程中要抓住古人对科学进程的“思维断点”；三是科学史的介入是一个曲折往复的过程,而不是一个听后笑笑的简短故事。
——张老师在《小学科学课科学史教学的几点思考》资料中获取的观点
……
众多文献资料的学习，不仅让我们对科学史的价值有了深刻的认识，而且也进一步捋直了科学史实与科学探究之间的关系——史实的学习不能只是简化地言传，而应蕴含在探究的行为之中，即在科学教学中可以以某一历史事件、某一特定环境或某位科学家的故事为生长点，创设一个情境，预设问题，简单模拟历史上某一科学概念或理论的研究过程，激发学生解释其中的问题和矛盾，调动他们的思维，让学生在探索历史的过程中学习知识和技能，帮助学生提高自身的科学素养。
基于上述认识，我重组了教材活动，将课分为三部分，一是认识古代的水钟，理解基本原理；二是观察老师与判断古人水钟的类型；三是连续探究泄水型水钟滴落“300毫升—200毫升、200毫升—100毫升、100毫升—0毫升”水需要多少时间并推测古人改进水钟的思路。在第三部分中，每一阶段的探究都吻合了古人对水钟的阶段性认识成果。
㈠初探（滴落300毫升—200毫升水），验证泄水型水钟的可计时性。古人是怎样想到用水钟来计时的呢？他们在面对太阳钟无法在阴天、雨天、夜晚计时的现状，想到了寻找另外一些有规律的事物来替代太阳钟。在长久的实践中，古人发现流水、水滴也同样具有一定的规律。所以，就在探索中制造了水钟。本环节就是让学生在探究中重演古人论文范文http://www.chuibin.com/ 的探索历程，发现泄水型水钟的可计时性。
㈡再探（滴落200毫升—100毫升、100毫升—0毫升水），认识泄水型水钟的不足。古人在实践运用中，发现了泄水型水钟的总会因为水位的不足而影响水以固定的速度往下流（滴），本次探究，主要让学生用实验的方法，从数据的收集与分析上，认识到水钟在制作和使用上必须要解决这个难题。
㈢三探，寻找影响滴漏速度的原因。怎样保持水钟里的水以固定的速度往下流呢？古人在面对困境的时候做出了思考，并在大量实践摸索中寻找到了一个解决的办法，用受水型水钟来替代泄水型水钟，并保持上位水位的不变。按照这样的思路，我们组织学生展开了分析研讨，寻求影响滴漏速度的原因，并提出了与古人改进思路相吻合的设计方案，即将泄水型水钟改为受水型水钟，而且实现两者的完美结合。
三、深入实践，史实脉络得以激情探究
11月18日，我参照新一轮设计进行了第二轮磨课。从现场教学看来，这种新颖的设计较前一轮教学更有魅力，整个课堂教学过程是一次跨界之旅，学生以古人的角色摆弄着计时的工具，在欣喜之余发现原有经验存在的不足，进而产生了要改进的念头，并为着心中的渴望做出了努力。在这样的课堂学生的情感淋漓、体验深刻、经验深厚，很有味道，用省教科院方展画教授的观点来说，课堂实现了“激发兴趣、催生想象、推动好奇、培养推理”的目标。现摘录几个教学片断加以说明。
【片断一】：
师：（课件播放古时候的泄水型水钟），问这些水钟能计时吗？
（学生的神情充满着好奇，议论纷纷。）
师：（出示一个古人计时的模型）让我们来体验一番，用这个模型泄水100毫升（300-200毫升），（出示古人打水的动画）看看古人打水的辘轳转了多少次？（在这里，辘轳实际是一个计时器，它每转动一圈为1秒）
（学生在教师的指导下实验了2次并记录了实验结果，大家的表现非常积极，较上节课而言也更加的投入与专注。）
【评析】：老师带来的是古人的计时模型，这对于学生来说是新奇的，而对于它能否用于计时的问题，不是老师告诉的，而是通过体验“用滴水测量辘轳转动的圈数”的活动来理解的，这对于学生来说，更是一件兴奋之事。学生的好奇之心、兴奋之心在探究之初就被点燃了。
【片断二】：
师：现在我们要用这个泄水型水钟“泄水200毫升-100毫升、100毫升-0毫升”，你认为古人的辘轳转动次数是多少呢？