摘 要：科学课程的核心理念就是培养学生通过学习科学知识内化为带有学科特征的品质，而这一品质的实现离不开对科学本质的理解。在课堂教学中合理有效利用科学史将有助于学生理解科学本质。本文讲述的教学设计是以氧气的发现史为线索，学生活动为主体，完成“聚焦主任务、初探科学史、建立科学本质、再探科学史、感悟科学精神”五个环节的学习。
关键词：核心素养；科学史；科学本质
一、研究背景
当前以知识传递为中心的课堂教学已逐步走向培养学生核心素养为中心的新课堂教学， 核心素养注重的不仅是传递知识和技能，更注重的是获得知识的能力，解决问题、动手动脑的能力，全面发展和提升学生的综合能力水平，并突破以往的被动的传统受教育局面，建立以核心素养背景下的学生课堂自主学习、积极探索、自主求新等能力的提升与促进。面对着科学发展的日新月异，科学作为剖析事实、解决疑惑、探索求真的一门学科，从其自身的基础文化、理论、发展史，我们不难看出，科学在融入教育过程中，科学史将是学生探究一切事物的根本及追溯并见证事实的源泉，从而使学生了解科学从产生到发展的历史过程，感受科学家当初的研究情景，感悟科学家们追求真理的精神，从而深刻理解科学本质，养成良好的科学素养。纵观近几年中考科学，出题者对于出题重点倾向于知识迁移、知识应用等能力提升的题型，充分体现了对科学本质理解的要求及培养科学素养的重要性，如何促进对科学本质理解的课堂已成必然。
二、概念界定
1.核心素养
核心素养从宏观来看，它包括传统的双基指向，即基础知识和基本技能，也包括问题解决指向及学科思维和价值观指向；具体来说包括人文素养、信息素养、公民素养等。就科学而言，科学学科核心素养包括思维与方法、探究与交流、观念与应用、态度与责任。它们将科学知识与技能的学习、科学思想观念的建构、科学探究与解决问题能力的发展、创新意识和社会责任感的形成等方面的要求融为一体，形成完整的科学学科核心素养体系。
2.科学史
萨顿（G.Sarton，188仁1956），最早已经明确了科学是定义不同时期不同地点所系统化的实证知识，而科学史将是科学知识发展的记载和说明。在传统的科学教学中，经常把科学史作为一种附加知识放在教学中，老师大多以讲故事的方式进行课堂教学。随着素养立意的时代到来，在教育实践中以建构主义理论为指导，提出一种新的课堂教学模式。在科学教学中把科学史、知识、技能、人文社会相关内容有效结合融入课堂，以促进学生对科学本质的理解。
3.基于核心素养理念促进科学史对科学本质理解的模型课
科学的探索自当以学生的自主学习与发现为依托，建立自主的课堂学习模式，展现出课堂主体的主观作用，深入学习和探讨科学文化知识，形成课堂发散思维的一致律动，并伴随着主观能动意识的逐渐增强，对事物的根本进行本质的剖析，加之教师的客观引导，巧妙借用科学发展史，加速学生科学思维“律动”的积极展开，从而加快了学生探索真理下的思维蠕动。而科学史教学与传统教学模式最大的区别在于：科学史教学要教育学生通过积极的思考、知道知识的来源与发展、从本质上理解、获取知识，发展自己的能力，形成自己的品格。怎样让学生本质理解？这正是教育者该认真研究的一大课题，笔者认为可以从“聚焦主任务、初探科学史、建立科学本质、再探科学史、感悟科学精神”五个环节建立科学史课堂的模式（如下图）。
三、科学史对课堂教学的具体实施过程
1.情景导入，聚焦主任务
建构主义学习理论将知识的传授问题归结为学习者在一定的情境即社会文化背景下，借助其他人的帮助并通过意义建构的方式而获得。我们知道课堂情景导入的方式以及题材的选择是课堂设计首先需要解决的问题，也是影响学生学习兴趣，决定课堂学习效率的重要因素，課堂导入有复习法、认知冲突法、情景导入法等，笔者认为情景导入法更能激发学生的学习积极性，尤其是针对我们初中学生，学生素养不高、学习有惰性、自主学习能力不强等现实问题，避免在课堂上出现“老师拖着学生走”的现象。所谓情景导入，是指利用学生生活中的情景认引出课堂需要解决的核心问题，让学生知道知识源于生活，一定程度地推动学生主动获取新知。
【案例】
笔者有机会参加2017年的初中科学年会展示课，内容选自初二科学是“空气中的氧气”。 作者以氧气的发现史为线索，学生活动为主体，教师为主导，完成“聚焦主任务、初探科学史、建立科学本质、再探科学史、感悟科学精神”五个环节的学习。
【情景导入】聚焦主任务
公元2018年1月18日农历十二月初二，是我们班***同学生日，上课前请每一个小组同学点燃生日蜡烛，我们一起来祝福这位同学：生日快乐、学习进步。
思考：在祝福中，蜡烛为什么不断的减少？燃烧的本质是什么？将其中的一支蜡烛用玻璃杯罩住，蜡烛为何熄灭？这与什么有关？空气中氧气的体积分数是多少？
反思：生活情境导入能从一定程度激发学生学习欲望，使学生带着问题进行思考。通过这样的预设大家都迅速进入课堂实验，通过观察分析实验，表达了自己的见解与想法。这种教学方式老师将学生的学习能动性变得更为主动，有效培养学生动手解决问题的核心素养能力。
2.追溯历史，初探科学史
科学史既是对过去实际发生的事情的述说也是对这种“述说”背后起支撑作用的观念、理论进行反思和解释。从施塔尔的“燃素说”到普利斯特利的“脱燃素说”，再到拉瓦锡的“氧化说”在这几位科学家探寻科学史可能会花费一点上课时间，但能潜移默化的构建了学生观察实验的方法。学生在理解科学史上科学家的观察实验方法和建构科学理论的方法的同时，理解了科学的本质。
【案例】
初探科学史
燃素说--- 1703年，德国化学家施塔尔在总结了前人关于燃烧本质的各种观点基础上，提出了“燃素学说”。“燃素学说” 认为有一种看不见的所谓的燃素，存在于可燃物质内。例如蜡烛燃烧，燃烧时燃素逸去，蜡烛缩小下塌而化为灰烬，认为燃烧失去燃素现象，即：蜡烛-燃素=灰烬。
脱燃烧气体说---普利斯特里在1774年用凸透镜聚焦加热 “三仙丹”（汞的氧化物）时收集到一种气体，通过实验发现这种气体能够助燃，蜡烛在其中燃烧能发出耀眼的光芒，老鼠在这种气体中生活自如，并且能够比在相同体积的空气中多存活一段时间，他还亲自试吸，感到十分轻松舒服。因此他成为历史上第一位报道氧气性质的人，可是由于他是一位虔诚的燃素说信徒，所以他不仅没有对自己的发现给出正确的解释，反而错误的推断这种气体是“脱燃烧气体”。
氧化说---1774年，拉瓦锡在实验中发现：密闭容器内锡和铅经加热后表面形成了一层金属灰，加热后容器内物体的总重量未改变，但锡和铅的重量增加了，而空气减少了。他意识到这一现象的本质是金属与空气中某些成分发生了化学变化。在这不久，拉瓦锡知道了这个事情，他重新做了普里斯特利的实验，通过自己的观察与实验最终发现了：与金属发生反应的是空气的氧气。
1777年，法国化学家拉瓦锡正式提出了氧化学说：燃烧的本质是物质与氧的化合。
反思：科学史纪录着科学发展的历程，是真理不断被揭示。但是科学史的优势并不在于简单的传递知识，而是提供了科学知识的生长点。科学史提供了知识产生的背景，重视科学家探究知识的过程，为学生知识的构建提供了天然的支架。让学生在历史背景或框架中学习氧气发现的有关知识，可以使学生更准确地理解氧气的发现及认识过程。
3.自主构建，建立科学本质
所谓自主建构，是指在教学过程中，强调学生通过实验的活动和思考（而不是由教师向学生进行单向的知识传递），在已有经验的基础上建构新知识。在此过程中学生不单纯是知识的接受者，更是一位对知识进行自主构建、发现的行动者。通过自身活动，与原有的经验、认知的相互作用，丰富和充实自己的知识、经验，从而得到持续发展，并逐步培养了学生对科学本质的真正理解。
【案例】
建立科学本质
科学家的伟大在于他能打破传统思想束缚，透过现象看本质，爱思考，同学们你们能不能像科学家拉瓦锡一样再动动脑筋，两个瓶内物质都发生了燃烧，左边的瓶我们可以通过观察气球大小变化来知道瓶内气体体积变化，那么右边的瓶内气体有没有减少？如果也减少了，请你设计一种方法。
反思：以科学史为主线，实验操作与演示为主体，通过问题情境的层层深入，从设问到解问，不断剖析，培养学生一种勤于思考，解决问题的能力。
4.感知真理，再探科学史
初中生好奇心强，对新事物感兴趣但对知识仅仅停留在表面，忽视了对知识本源的理解与探索。以科学史的实验再现，结合现在的科学实验和结论，能促进学生对基本概念的理解。通过再探科学史能有效展示科学本质的内涵，改变原有的科学观，让学生从科学概念、定理、理论的发现和演变基础上准确把握科学本质。
【案例】再探科学史
金属燃烧法
化学就爱拉瓦锡将少量汞放入密闭容器里持续加热，12天后观察到有一部分银白色的液态汞变成红色粉末，同时容器里的空气体积减少约为1/5。拉瓦锡继续研究余下气体，结果发现余下气体既不能供给呼吸，又不能支持燃烧。拉瓦锡又把红色粉末收集起来，放在另一个容器内加强热，得到了金属汞和可供给呼吸、可助燃的气体。
通过这些实验，拉瓦锡提出空气是由氧气和氮气组成，其中氧气体积约占空气总体积的1/5。
空气混合说
科学在不断的进步，技术在不断提高，现代科学家通过精确的实验，证明了空气中各组分气体的体积分数大约是：氮气78%，氧气21%，稀有气体0.93%，二氧化碳0.04%和杂质0.03%。在通常情况下，空气中各成的比例相对稳定。
反思：通过自己动手实践操作，既体会了科学家追求真理的过程又感悟出我们的实验原理与科学家当初研究问题时的共同性。经过实践与讨论让学生意识到科学的有用性和重要性，也体现了科学学习从生活走向科学，从科学走向社会的课程理念。
5.体验科学之旅，感悟科学精神
巴浦洛夫曾说过：“重要的是科学方法、科学思想的总结。”在课堂教学中重走科学家的探索之路，感悟科学家追求真理时那种忘我精神与人格魅力，为自己今后的学习打下基础，培养学生的科学素养。
四、基于核心素养提升科学史对科学本质理解的教学反思
（1）关注学生学情 优化教学内容
学习的过程是一个螺旋上升的过程。考虑到八年级的学生对空气的成分已有一定认识，对部分气体的证明已初步了解，因此对本节内容进行了选择处理，着重学习空气中的氧气。本节课氧气的发现史中从施塔尔的“燃素说”到普利斯特利的“脱燃素说”再到拉瓦锡的“氧化说”，在这几位科学家探寻科学史可能会花费一点上课时间，但能潜移默化的构建了学生观察实验的方法。学生在理解科学史上科学家的观察实验方法和建构科学理论的方法的同时，理解了科学的本质。
（2）创设情境 激发学习兴趣
情景的创设还原了事物发生的真实状况，我们单一的说讲和简单的描述已经不能满足学生的欲望，视觉效果的冲击力将大大提升了学生的观感认知，并深深吸引力学生的目光。我们在情景的创设中加入了现代化的元素，将多媒体的动画效果呈现在了课堂之上，我们将科学的实验用视频的形式投放到了课堂，将科学史中学者完成的实验淋漓尽致的展现，变化的动态效果加之相关文字和图片的注释，很好的激发了学生的学习兴趣和探索的欲望。如在氧气体积分数测定时我采用了循序渐进的手法，没有直接告诉学生用进入水的体积来替代空气中氧气的体积。而是从实验现象层层递进不断在问题中解决，在解决中提高，让学生自己建立起等效替代的思想。有效的解决了本节课中的难点。
（3）建立问题主线 强化探究意识
为何要建立问题主线，实际上问题的提出即是对结果的初始探讨和判断，我们在实验中以问题为驱导，目的是为了强化学生的自主探究意识，以实验的形式进行考证，从而达到深化问题和解决问题的目的。我们将发展史中的经典实验进行分解和解析的同时，是从感官上让学生认识到发展史中学者的思想和应用方法，提升学生的理性判断能力。如在空气中氧气的体积分数测量实验时，不能只把实验器材放在学生桌上让他们自己完成，而是需要通过一系列的问题设计与引导，使学生逐渐摸索和理解获得正确的测量方法。在实验操作的过程中学生通过仔细观察实验，记录实验结果，并有效的对实验结果进行小组讨论、组间交流，最终概括出合理有序的影响实验测量结果的因素。通过这样的课堂教学，我们不仅教会学生知识，更培养学生的综合能力和提升学生的科学素养。
利用科学史教学来理解科学本质是培育核心素养的关键一环，对教学目标的达成具有现实意义，“空气中氧气”这一堂课是笔者进行科学史教学的良好开端，笔者深刻认识到它的重要性，有效性，初步了解了科学史课堂模式，并在接下来的课堂中不断实践、不断改进与提升。作为一线教师，更要努力的探索教育新模式，琢磨教育新方法，有意识地在科学知识和技能教学时，注重学生科学兴趣的培养，提升学生的核心素养，让学生的思维灵动起来，更好地体味学习的乐趣和奥妙！
参考文献：
[1]朱文芳主编：《建构主义学习理论简介》人民教育出版社.
[2]田玲玲.中学物理教学培养学生核心素养教学策略探究[D].山东师范大学，2015.
[3]張明生 关文信《新课程理念与初中科学课堂教学实施》，首都师范大学出版社，2009.5.
