科技自立自强，始于科学文化自信。中小学科学教育是培养“文化自信”的主阵地，如何在小学科学教学中提升学生的文化自信，厚植家国情怀，教师应该利用小学科学学科的特点，努力深挖、整合科学教材中的古代科学历程和当代科学魅力，让学生在亲历科学实验中不断沉淀文化自信，在师生协同学习中丰富文化自信，从而树立“科技创新、强国有我”的志向。
1 以古代科学历程滋养文化自信
《义务教育科学课程标准（2022年版）》（以下简称“2022年版课标”）指出：中小学科学教育应加强对科学史的教育，了解古代科学技术的发展历程、传承古代科学技术的实践方法、弘扬古代科学家的精神品质，帮助学生更好地理解科技与文化的关系，从而滋养学生的文化自信。
1.1 做好科学阅读，了解古代科学历程
科学阅读是提升学生科学核心素养的重要方式，“2022年版课标”强调，教师在小学科学教育中要合理利用科学史的相关资料，通过科学阅读等方式，了解古代科学发展的历程，有助于培养学生的民族精神，增强文化自信，埋下一颗科技报国的种子。
（1） 加强对科学阅读的指导。
加强对科学阅读的指导，融入文化自信的元素，可以帮助他们建立起对中华民族文化的深刻理解。在教科版科学教材和作业本中有大量的科学阅读资料，所涉内容是古今中外的科学发展历程和科学家精神。
例如，二年级下册“科学家这样做”介绍了北宋时期沈括提出的指南针的4种放置方法及其对航海事业发展的贡献，对人类文明的进步起到了不可估量的作用。然而，仅靠阅读材料学生很难有这样的体会，教师需结合当时的时代背景介绍指南针的发明历程。早在春秋时期，中国劳动人民就发现了天然磁石，并观察到磁石具有指向性。到了战国时期，古人制作出了指南针的原型——司南。直到北宋时期，为了强调方向的精准识别，科学家沈括经过反复试验，提出了指南针的4种放置方法，即水浮法、指甲旋定法、碗唇旋定法和缕悬法。法国科学家库仑在1777年提出的“用丝悬指南针”获得了头等奖，实际上是沈括在600年前就提出的缕悬法。
通过这样的科学阅读指导，学生深刻体会到在当时的科技背景下，中国人从发现磁石到提出指南针的4种放置方式，极大地推动了指南针的发展和应用，为后世指南针的发明提供了方向，遥遥领先于国外的研究，以此增强学生的文化自信。
（2） 拓宽科学阅读的视野。
拓宽科学阅读的视野有助于提升个人的科学素养，加深对科技发展史的认识和理解，增强对自身文化的认同感。教师应结合教材的内容有针对性地推荐课外书籍，每个学期重点推荐一本科学书籍进行阅读。
例如，教科版科学三年级下册“动物的一生”这一单元，教师除了带领学生一起养蚕外，还给大家推荐了《我的自然科学实践书·蚕》这一本书，学生通过养蚕活动，认识了蚕的4个不同阶段，观察到不同时期的蚕有不同的特点，对蚕的生命周期和习性有了更深入的了解。结合课外科学阅读，将理论与实践相结合，将历史文化和实践活动相结合，见证了古代劳动人民的智慧与创造力。从古代的嫘祖养蚕到丝绸之路，再到现代的丝绸产业，养蚕技术在不断发展，这都得益于历代蚕农和丝绸工匠的辛勤努力与智慧结晶。这种对技术的追求与创新，正是文化自信的重要体现。
1.2 讲好科学故事，弘扬古代科学精神
科学故事是传递科学精神和文化的重要途径，通过科学故事挖掘科学史中的瑰宝，强调科学家的精神品质，培养青少年的科学兴趣，促进科学与社会的和谐发展。
例如，教科版科学五年级上册“时间在流逝”一课中安排了这样一个教学活动：搜集、阅读资料，交流分享古人利用太阳计时的方法和事例。在此环节中，教师应提前布置学生做好课前的准备工作，引导学生将科学故事和时代背景、人文背景相结合，通过了解圭表的发展历史，感受古代劳动人民的智慧和创造力，传递积极向上的信息，增强民族文化自信。
2 以当代科学魅力激发文化自信
当代科学的飞速发展，不断推动着文化的创新和社会的发展。其挑战未知、创新生活的魅力，深深地吸引着每一个人。学生正处于人生观和价值观形成的关键阶段，教师需抓住当代科学的魅力，激发其文化自信，从小树立为建设科技强国作出贡献的伟大志向。
2.1 关注科技热点，感受中国科技实力
关注科技热点，帮助学生了解当前科技进步的方向和速度，以及这些技术如何影响生活和工作，可以更好地激发学生的文化自信。
国家开设了“天宫授课”“开学第一课”“百名科学家进中小学课堂”等许多科学教育活动，向学生宣讲中国科技发展的最新动态。在天宫课堂第4课中，神舟十六号的3位宇航员景海鹏、朱杨柱、桂海潮为广大学生带来一场精彩的太空科普课，他们向大家生动介绍了空间站梦天实验舱工作生活场景，演示了球形火焰实验、奇妙“乒乓球”实验、动量守恒实验等，引导学生关注太空探索、微重力环境、动量守恒等科技热点，让大家能近距离地感受宇宙的奥秘和科学的魅力。“天宫课堂”点燃科学梦想，点燃科技强国梦想，成为中国太空科普的国家品牌。
2.2 追踪科学原理，挖掘科技文化内涵
当代科学不断拓展和深化，为适应其发展的步伐，学生需要不断学习新的科学原理。追踪科学原理，可以深入理解科学的本质，帮助学生认识到科学促进人类进步和社会发展的重要性，更好地激发学生的文化自信。
在小学科学教学中，教师应加强对当代科技热点的了解和关注，更应引导学生追踪其科学原理。如教科版科学四年级下册“让小车运动起来”一课，教材安排了2个活动，主要活动是以垫圈的重力作为动力，研究动力大小与小车运动的关系。在驱动小车的过程中，学生认识了重力的大小和方向，丰富了重力对大自然作用的认知。
在拓展环节中，将科技热点引入课堂，播放天宫课堂中的“球形火焰”片段，引导学生深入思考：在地球上为什么看不到这样的火焰？天宫课堂中的“球形火焰”背后的科学原理是什么呢？教师在学生大胆猜测和简单交流后，和学生一起再次学习了“球形火焰”实验，通过天宫课堂的科普，知道形成“球形火焰”的关键因素就是梦天实验舱中的微重力环境，空间站中的微重力环境消除了浮力对流，蜡烛燃烧后产生的热量和气体不再受到地球重力的影响，因此火焰呈现球形。
在没有重力的宇宙中，人类是无法正常活动的，但中国太空技术的发展让不可能变成可能，这是中国对外展示实力的一种方式，极大增强了学生的民族自豪感，有助于激发学生的文化自信。
3 以亲历科学实验积淀文化自信
“2022年版课标”指出：小学科学教学要加强探究实践。学生亲历科学实验，不仅能够增进对科学原理的认识和理解，提升个人的创新精神和能力，增强社会责任感，还能沉淀对文化的自信。
3.1 亲历科学实验，树立科学实证意识
实证意识是科学文化的重要组成部分，它是一种基于证据的思考和决策。树立实证意识，可以帮助学生更科学地理解世界，更加开放和包容地对待不同时期的文化，促进各时期文化之间的交流和理解。
例如，教科版科学四年级上册“运动与摩擦力”这一课，教师创设古人用滚木搬运巨石的情境，引导学生思考滚木的作用，学生根据生活经验猜测使用滚木能减少摩擦力，从而使搬运巨石更省力。本课的重点就是组织学生设计实验进行实证。教师给学生提供合适的支架——实验材料和实验计划书，小组通过合作完成计划书的制定和完善，并根据计划书开展实验探究。实验中，学生将重物和托盘固定在棉线的两端，用吸管模拟“滚木”，往托盘里放置螺母，借助螺母的重力拉动重物在平面和“滚木”上运动一段距离。教师将各组的数据进行汇总，引导学生对实验数据进行分析、对比、归纳，寻找共性。使用“滚木”只需要5~8个螺母就可以拉动重物，不使用“滚木”则需要25~30个螺母才能拉动相同重物，验证了使用“滚木”可以减少摩擦力。随着时代的进步，古人在生活实践中对滚木进行了优化迭代，使用轮子替代滚木得到了发展和普及，一直沿用至今。学生在实证中学会用科学的眼光观察社会的变迁，感受时代的伟大。
3.2 解决真实问题，形成科学精神气质
从解决真实问题入手，形成用科学知识解决问题的精神气质，是学生建立文化自信的重要途径。解决真实问题不仅能让学生体会科学对生活的价值，还能让他们建立起学以致用、回报社会的责任感。
例如，教科版科学四年级下册“导体和绝缘体”这一课，通过前面的学习，学生已经获得了一些关于电的基本知识。教材安排用“电路检测器”来检测身边的物体是否导电，学生检测了铅笔芯、回形针、干木头、湿木头、布条、橡皮、自来水、湿泥土、空气等生活中常见的物体，发现铅笔芯、回形针等金属能点亮小灯泡，干湿木头、泡沫块、自来水、湿泥土、布条、橡皮、空气、人体等其他物体不能点亮小灯泡，但实验结果中的湿木头、自来水、湿泥土、人体这几个物体与预测不符，引发了大家新的思考，这些生活中严令禁止接触电的物体怎么不能点亮小灯泡呢？
经过激烈的头脑风暴，大家将问题聚焦在电路检测器的电源上，猜测是电压太小的原因，如果换成220 V的家用电路也许能点亮小灯泡，但是家庭用电是不能用来做实验的。此时，教师出示“新型电路检测器”，让学生再次检测不能点亮小灯泡的物体，惊奇地发现湿木头、自来水、湿泥土、人体成功点亮了小灯泡，学生由此对导体和绝缘体有了更深刻的认识和理解。最后，播放一段10 kV高电压击穿空气放电的视频，更是打破了学生的固有思维，在特殊的环境中，连空气都能导电，学生也真正理解了“高压危险，止步”的含义。学生初步认识到生活中没有绝对的绝缘体，物体的导电性和特定环境是有密切关系的。在这一过程中，学生积淀了用科学知识解决真实问题的文化精神。
4 以深度协同学习丰富文化自信
学习不是学生个人的事情，往往在师生之间、生生之间的交流与互动中完成。深度协同的学习方式，不仅能帮助学生体验和谐的人际交往，还能让其在交往中学会相互帮助和理解，进一步丰富文化自信的内涵
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4.1 加强课内协同，培养个体交往自信
学生的协同合作能力在小学科学学习中是非常重要的。在实际的科学探究中，存在许多的假协同、伪合作，协同合作浮于表面。如小兴是一位学习能力强、成绩优秀的男生，但在科学实验探究时，小兴所在小组经常出现实验数据误差较大或无法按时完成实验的情况，教师发现小兴是实验小组中的“劳模”，几乎一人完成所有的实验操作，团队中的小伙伴没有真正参与，导致他们组的实验探究效果大打折扣。
为了解决小兴的问题，加强课内协同学习，教师从以下几个方面入手：首先，邀请小兴一起看篮球赛，在他感兴趣的球赛中引导他认识到协同合作的重要性，在很多活动中，出色的个人能力在强大的团队中不堪一击。其次，在实验探究活动中，教师加强指导，明确小组分工，确保人人都能参与到实验过程中，而不仅仅是“观看”实验。最后，在实验活动中，教师加强巡视，及时解决实验中可能出现的问题，并作好实验评价。在此过程中，教师既提升了小兴同学的领导能力和协同合作能力，又很好地保护了其他学生的好奇心和探索欲望，进一步加强同学之间关于知识、技能和文化的交流。
4.2 推动课外协同，推进团队合作共赢
学校应通过劳动实践、跨学科项目和科技竞赛等来激发学生对科学的兴趣，培养学生的实践能力和社会责任感，以此来推动社会与学校间的联系，推动父母、教师、学生间的协同。例如，跨学科项目“琥珀的制作”起源于教科版六年级下册“古代生物的多样性”这一课。学生对琥珀充满了好奇，渴望探索琥珀形成的奥秘，通过制作仿自然环境的人工琥珀这一项目，将一群志同道合的学生聚在一起。在制作过程中，学生与教师一起搜集了琥珀的资料，与化学专家一起确认了琥珀的制作材料，与美术教师一起进行了模具的设计，与科学教师一起制作、改进。另外，学生还会将学校的文化如劳动成果、学校特色、吉祥物等制作成琥珀进行展示，还将各类奖杯制作成琥珀奖励给学生。在此活动中，不仅推动了社会人士、教师、学生之间的深度协同，还使学校的文化得到了传承。
综上所述，在小学科学教学中，教师需重视探索古代科学历程，以当代科学魅力激发文化自信，让学生亲历科学实验，深度协同学习，厚植家国情怀，将学生的文化自信内化于心、外化于行。
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