引導(dǎo)學(xué)生參與科學(xué)實(shí)踐：解釋和論證

美國(guó)《K—12科學(xué)教育框架》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《框架》）確定了8種K—12年級(jí)課堂中的科學(xué)與工程實(shí)踐（practices）。這些實(shí)踐與核心概念、跨領(lǐng)域概念一起共同描述了國(guó)家規(guī)定的科學(xué)學(xué)習(xí)目標(biāo)。與稍早的標(biāo)準(zhǔn)（AAAS1993，NRC 1996）相比，它有一個(gè)重要的進(jìn)步，即這些實(shí)踐并沒(méi)有被作為獨(dú)立存在的學(xué)習(xí)目標(biāo)，定義成學(xué)生應(yīng)該了解的有關(guān)科學(xué)過(guò)程的內(nèi)容。相反，科學(xué)實(shí)踐確定了科學(xué)活動(dòng)中核心概念背后的推理過(guò)程、對(duì)這些核心概念的論述及其運(yùn)用。

在《框架》中列出的實(shí)踐類(lèi)型有：

·提出問(wèn)題和明確需要解決的難題

·建立和使用模型

·設(shè)計(jì)和實(shí)施調(diào)查研究

·分析和解釋數(shù)據(jù)

·利用數(shù)學(xué)和計(jì)算思維

·建構(gòu)解釋和設(shè)計(jì)解決方案

·基于證據(jù)進(jìn)行論證

·獲取、評(píng)估和交流信息

本文中，我們分別研究關(guān)于解釋和論證的第6和第7種實(shí)踐類(lèi)型。這兩項(xiàng)實(shí)踐相互依賴(lài)：那些嘗試建構(gòu)解釋的學(xué)生，也必須參與到論證中。

《框架》詳細(xì)說(shuō)明了探究在先前的標(biāo)準(zhǔn)中是如何被表述的，以此對(duì)于科學(xué)的建構(gòu)意義（sensemaking）的方面進(jìn)行強(qiáng)調(diào)（Bybee，2011）。有關(guān)“實(shí)踐”的觀(guān)點(diǎn)從把科學(xué)視為一系列過(guò)程轉(zhuǎn)變?yōu)橥瑫r(shí)強(qiáng)調(diào)社會(huì)交往和討論交流，這兩者是在課堂中構(gòu)建科學(xué)知識(shí)時(shí)伴隨而來(lái)的。這一轉(zhuǎn)變所指向的科學(xué)實(shí)踐，需要我們認(rèn)識(shí)到在建構(gòu)科學(xué)知識(shí)時(shí)論證所起的作用，因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)調(diào)查活動(dòng)、發(fā)展模型和構(gòu)建解釋時(shí)所做的周到而深入的工作，需要對(duì)各種方案進(jìn)行仔細(xì)地比較、評(píng)估，并達(dá)成一致。在本文中，我們首先分別定義了論證（argumentation）和解釋?zhuān)╡xplanation），然后再通過(guò)課堂案例探討它們之間的關(guān)系。

構(gòu)建解釋

課堂上對(duì)于“你能解釋一下嗎？”這個(gè)問(wèn)題會(huì)得到各種不同的回答。通過(guò)澄清某一想法（提供定義），確定一種因果機(jī)制（解釋為什么有些事情發(fā)生了），或者證明一種觀(guān)點(diǎn)（解釋為什么會(huì)相信這種觀(guān)點(diǎn)），教室里的學(xué)習(xí)共同體能夠進(jìn)行“解釋”（Braaten和windschitl，2011）?！犊蚣堋分小敖忉尅北欢x為“將科學(xué)理論與科學(xué)觀(guān)察結(jié)果或現(xiàn)象相聯(lián)系的描述”

（第3章），它強(qiáng)調(diào)科學(xué)中（課堂上或?qū)I(yè)的）

“解釋”的一種核心形式是因果關(guān)系的解釋?zhuān)軌蜃R(shí)別潛在的因果關(guān)系鏈。對(duì)這類(lèi)解釋的評(píng)價(jià)可以基于它是否能夠前后一致地說(shuō)明——或解釋一學(xué)生收集到的所有數(shù)據(jù)（第3章）。

“解釋”這種科學(xué)實(shí)踐超越了對(duì)指定過(guò)程的定義或描述，而是把一系列對(duì)需要解釋的現(xiàn)象的推理聯(lián)系起來(lái)。因此，與其簡(jiǎn)單要求學(xué)生解釋細(xì)胞呼吸作用，我們不如讓他們解釋為什么人體呼出氣體中的含氧量比吸入氣體中的低。對(duì)這個(gè)的解釋不僅應(yīng)該描述呼吸作用，而且還要產(chǎn)生一個(gè)符合證據(jù)的因果鏈，那些證據(jù)引向?yàn)槭裁葱枰鯕獾恼摂唷＿@樣的一個(gè)因果鏈可以詳細(xì)說(shuō)明葡萄糖進(jìn)入體內(nèi)的位置，以及什么物質(zhì)可以進(jìn)出細(xì)胞，并得出結(jié)論：在細(xì)胞內(nèi)一定發(fā)生同時(shí)需要葡萄糖和氧氣的化學(xué)反應(yīng)，從而把能量轉(zhuǎn)換成一種可使用的形式（第9章）。

為明確“解釋”的目標(biāo)，《框架》強(qiáng)調(diào)了“評(píng)估各種觀(guān)點(diǎn)以得到最好的解釋”這個(gè)過(guò)程，包括學(xué)生應(yīng)該能夠做到：

·使用原始的或二手的科學(xué)證據(jù)和模型，支持或反駁對(duì)一種現(xiàn)象的解釋性說(shuō)明。

·找出各種解釋性說(shuō)明間的差異或弱點(diǎn)（他們自己的或是別人的解釋?zhuān)?/p>

因此，形成解釋性說(shuō)明不僅僅包括構(gòu)建，還包括比較和批判。嘗試構(gòu)建新的解釋通常需要論證元素，以支持和質(zhì)疑可能的解釋。事實(shí)上，為“解釋”搭建腳手架的有效課堂教學(xué)支持反映了這些論證元素，例如促進(jìn)學(xué)生用證據(jù)和推理來(lái)支持他們的主張（McNeill和Krajcik，2012；Sutherland等，2006）。我們接下來(lái)將具體解析這個(gè)方面的科學(xué)實(shí)踐。

基于證據(jù)進(jìn)行論證

基于證據(jù)進(jìn)行論證的實(shí)踐強(qiáng)調(diào)了這樣一種認(rèn)知，即科學(xué)知識(shí)是通過(guò)一種推理過(guò)程而建立的，“這種推理過(guò)程需要科學(xué)家提出一種關(guān)于世界的合理化說(shuō)法。作為回應(yīng)，其他科學(xué)家嘗試去找出這種說(shuō)法的缺陷和局限”（NRC，2011）。當(dāng)一種說(shuō)法，可能是一種提出的解釋?zhuān)艿綉岩苫蛴袪?zhēng)議時(shí)，這種科學(xué)論證的過(guò)程就出現(xiàn)了（Osborne和Patterson，2011），因此就會(huì)激發(fā)參與者為他們自己的觀(guān)點(diǎn)辯護(hù)，同時(shí)質(zhì)疑或挑戰(zhàn)其他的說(shuō)法（Berland和Reiser，2009）。《框架》的第3章（NRC，2011）梳理分析了涉及支持和質(zhì)疑知識(shí)論斷的幾個(gè)目標(biāo)：

·構(gòu)建科學(xué)論證，顯示數(shù)據(jù)是如何支持論斷的。

·在科學(xué)論證中找出可能的弱點(diǎn)，適合學(xué)生的知識(shí)水平，利用推理和證據(jù)進(jìn)行討論。

·識(shí)別他們自己論證中的缺陷，根據(jù)批評(píng)意見(jiàn)進(jìn)行修改和完善。

科學(xué)知識(shí)的建立結(jié)合了這些實(shí)踐，構(gòu)造對(duì)自然現(xiàn)象的備選解釋?zhuān)?duì)這些論斷進(jìn)行論證。由于科學(xué)家們對(duì)于相同的觀(guān)察結(jié)果考慮了不同的可供選擇的解釋?zhuān)麄冇懻摯_認(rèn)不同解釋的缺陷并逐漸形成一致的描述（可能是從多個(gè)來(lái)源中抽取元素），得到最符合證據(jù)的解樣。這種相互依偎是實(shí)踐如何相互關(guān)聯(lián)的一個(gè)例子：作為對(duì)問(wèn)題的回答，通過(guò)對(duì)調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得出解釋?zhuān)⒔?jīng)過(guò)論證得到優(yōu)化。

這些實(shí)踐由什么構(gòu)成？

在《框架》中使用“‘實(shí)踐’取代諸如‘技能（skills）’這樣的術(shù)語(yǔ)，是為了強(qiáng)調(diào)參與科學(xué)探究需要同時(shí)協(xié)調(diào)好知識(shí)與技能”（NRC 2011，第3章）。Bybee（2011）強(qiáng)調(diào)這種把探究拓展到實(shí)踐的觀(guān)點(diǎn)是為了學(xué)習(xí)有關(guān)“實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)和證據(jù)、社交對(duì)話(huà)、模型和工具”等方面的知識(shí)和技能，以及為了使用這些參與到“評(píng)價(jià)知識(shí)論斷、進(jìn)行實(shí)證調(diào)查研究和形成解釋”的活動(dòng)中。這些“實(shí)踐”包括在科學(xué)領(lǐng)域從事構(gòu)建知識(shí)的工作，以及理解當(dāng)我們從事這些工作時(shí)為什么要構(gòu)建、測(cè)試、評(píng)價(jià)和完善知識(shí)。這涉及到讓學(xué)生參與并反思實(shí)踐，以形成對(duì)科學(xué)共同體是如何構(gòu)建知識(shí)的認(rèn)識(shí)。這在詳細(xì)闡述了學(xué)生應(yīng)該能夠解釋他們?nèi)绾魏蜑槭裁磪⑴c論證的附加目標(biāo)中得以明確：

·認(rèn)識(shí)到科學(xué)論證的主要特征是論斷、數(shù)據(jù)和原因，以及在實(shí)例中辨別這些要素。

·解釋一個(gè)特定科學(xué)概念的發(fā)展過(guò)程中所存在的爭(zhēng)論的性質(zhì)，描述概念發(fā)展初期的辯論，并指出為什么某一特定理論能在爭(zhēng)論過(guò)程中勝出。

·說(shuō)明當(dāng)今科學(xué)界是如何對(duì)知識(shí)的論斷進(jìn)行判斷的，并能清晰指出同行評(píng)議的優(yōu)點(diǎn)與局限性，以及關(guān)鍵調(diào)查研究需要獨(dú)立重復(fù)進(jìn)行的必要性。

要形成對(duì)科學(xué)知識(shí)構(gòu)建的這些理解需要接受這些與實(shí)踐有關(guān)的目標(biāo)。如果我們希望學(xué)生了解科學(xué)界是通過(guò)構(gòu)建解釋和論證而形成知識(shí)的話(huà)，那么他們必須親自應(yīng)用這些實(shí)踐去處理他們發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題。另外，學(xué)生的參與必須是有意義的，這樣學(xué)生可以通過(guò)爭(zhēng)論去解決他們解釋中不一致的部分，而不是因?yàn)樗麄兊睦蠋熞笏麄冞@樣做（Berland和Reiser，2009）。

我們通過(guò)4個(gè)課堂教學(xué)實(shí)例具體說(shuō)明“有意義地參與到解釋和論證中”這一觀(guān)點(diǎn)。

案例1——對(duì)預(yù)測(cè)的論證加強(qiáng)解釋

在第1個(gè)案例中（Hammer和van Zee，2006），我們看到學(xué)生被鼓勵(lì)去捍衛(wèi)他們的預(yù)測(cè)，建構(gòu)關(guān)于為什么不同形狀的物體以不同速率落向地面（核心概念PS2.A和PS2.B）的因果解釋。在調(diào)查活動(dòng)的第一天，一年級(jí)學(xué)生和他們的教師努力去解釋當(dāng)他們從高處丟下一張紙和一本書(shū)時(shí)發(fā)生了什么。他們得出結(jié)論：書(shū)首先落地是因?yàn)樗小案嗟牧α浚╯trength）”（學(xué)生們對(duì)于重量的描述）。這次討論同時(shí)引出了與重力和空氣阻力相關(guān)的概念。第二天，全班同學(xué)預(yù)測(cè)如果在高處丟下一本書(shū)和一張揉皺的紙后會(huì)發(fā)生什么。Brianna預(yù)測(cè)道：“它們將會(huì)同時(shí)落地，因?yàn)樗鼈兌加邢嗤牧α?。”這種想法與其他學(xué)生關(guān)于揉皺的紙比最初的紙“更重”的意見(jiàn)一致。當(dāng)教師提出重量如何改變的問(wèn)題時(shí)，Rachel補(bǔ)充了Brianna的觀(guān)點(diǎn)，“這張紙……原來(lái)，嗯，確實(shí)很輕，但現(xiàn)在它可能已經(jīng)與這本書(shū)有一樣火的力量，因?yàn)檎麖埣?，嗯，都被揉得團(tuán)在一起了。”

停頓了一會(huì)兒，Brianna說(shuō)道：“如果把它捏成球形，它也不會(huì)重，紙的大小是相同的?！盉rianna對(duì)自己的解釋進(jìn)行了質(zhì)疑，這促使全班同學(xué)重新考慮他們對(duì)紙被揉皺后重量增加的假設(shè)。很多學(xué)生說(shuō)他們同意揉皺后的紙將不會(huì)改變它的重量。Diamond接著說(shuō)：

“第一次，紙像這樣（平的），然后它被揉成了一個(gè)球?！睋Q句話(huà)說(shuō)，紙張改變了形狀。Diamond補(bǔ)充說(shuō)被揉皺的紙張沒(méi)有像展平的紙那樣飄落到地面。正如Brianna所說(shuō)的那樣：“它只是下落，就像那本書(shū)一樣?！彪m然在討論中還有梳理分析形狀和重量等重要的事情要做，但這個(gè)案例已展示了如何通過(guò)解釋事件發(fā)生的原因啟發(fā)學(xué)生調(diào)查和質(zhì)疑他們對(duì)于紙張和紙張形狀與它掉落地面快慢關(guān)系的初始假設(shè)。

案例2——協(xié)調(diào)相互矛盾的解釋

在第2個(gè)案例中，學(xué)生們就像案例1一樣形成解釋來(lái)捍衛(wèi)他們的預(yù)測(cè)，但同時(shí)還將協(xié)調(diào)他們之間的分歧，幫助他們形成更加科學(xué)、準(zhǔn)確的理解。在這個(gè)案例中，一個(gè)由5年級(jí)和6年級(jí)學(xué)生組成的混合班級(jí)研究地球構(gòu)造板塊是如何移動(dòng)和相互作用的（核心概念ESS2.B，6—8）。在這個(gè)研究之前，學(xué)生討論地幔對(duì)流運(yùn)動(dòng)，并構(gòu)建特定板塊邊界的模型：三分之一的學(xué)生模擬會(huì)聚邊界，三分之一學(xué)生關(guān)注于離散邊界，另外三分之一學(xué)生研究轉(zhuǎn)換邊界。在第3天，學(xué)生們根據(jù)這3種構(gòu)造板塊邊界類(lèi)型形成小組，探索一個(gè)出現(xiàn)的問(wèn)題：隨著所有板塊的運(yùn)用，地球是保持著相同的大小，還是變大或者變小了？

在一個(gè)有4個(gè)學(xué)生的小組中，兩個(gè)學(xué)生認(rèn)為地球會(huì)保持相同大小，另外2位則認(rèn)為它會(huì)變大。Pint爭(zhēng)辯說(shuō)恐龍化石“證明”了地球不斷變大，因?yàn)樗鼈兪堑貙硬粩嘧兒竦淖C據(jù)。

Pint：你得不斷地挖（才能找到恐龍骨骼化石）。這樣就意味著地球已經(jīng)在逐漸變大，因?yàn)槟惚仨毻诰虻煤苌畈拍苷业焦趋阑?）

Olive：是的，我們看了電影《侏羅紀(jì)公園》，我想是這樣的。

（2）

額外插入的關(guān)于恐龍化石的討論和教師的中斷干預(yù)

Fern：我理解你是怎么看待恐龍骨骼化石的。但那些覆蓋恐龍骨骼化石的是會(huì)聚地殼層。不過(guò)，不是所有的會(huì)聚地殼層都會(huì)形成山巒。一些板塊就是相遇[做手勢(shì)，地殼板塊相遇且保持平坦]。因此恐龍骨骼化石在一個(gè)板塊中，然后板塊移動(dòng)，與另一板塊相遇會(huì)聚并重疊。

（18）

插入會(huì)聚邊界是否總能形成山巒的討論

Fern：因此，比如說(shuō)一些泥土移動(dòng)到這里，但還有些并沒(méi)有移動(dòng)到那兒。那里可能還留有一些泥土。所以它仍然是平衡的，因?yàn)橐苿?dòng)到這里的泥土來(lái)自那里。所以這個(gè)世界是相同的，它并沒(méi)有增長(zhǎng)，因?yàn)閹r漿可以流進(jìn)來(lái)，但它們也會(huì)分流出去或者崩潰。

（24）

學(xué)生們選擇了自己的代用名

這段對(duì)話(huà)展示出當(dāng)學(xué)生們有目的地參與實(shí)踐時(shí)，論證和解釋之間的關(guān)系。這種情況發(fā)生在學(xué)生們積極地聆聽(tīng)并回應(yīng)他人發(fā)言的時(shí)候。例如，在第2行Olive把她自己的經(jīng)歷和Pint的觀(guān)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)。Fern，在第18行，同樣地提到了她的隊(duì)友關(guān)于他們所形成的解釋的想法：“我理解你是怎么看待恐龍骨骼化石的……”（第18行）。然后Fern形象化地用語(yǔ)言對(duì)Pint的理解進(jìn)行重新表述——恐龍骨骼化石證明地殼板塊是層疊的——把談話(huà)引入她自己的理解上（更加科學(xué)和準(zhǔn)確），地球“仍然是相同的”（相同大?。ern陳述到：“比如說(shuō)一些泥土移動(dòng)到這兒，但還有些泥土沒(méi)有移動(dòng)到那里……所以它仍是平衡的，因?yàn)橐苿?dòng)到這里的泥土來(lái)自那里?！保ǖ?4行）。

學(xué)生談話(huà)的自發(fā)性——他們不是看著一張工作單或是明顯地在考慮老師的期望——表明這些互動(dòng)是有意義的。學(xué)生們積極參與到解決問(wèn)題的過(guò)程中——在建構(gòu)一種關(guān)于板塊運(yùn)動(dòng)是否以及如何影響地球的形狀和大小的解釋。不那么有意義的活動(dòng)是容易想象的——給學(xué)生提供一張要求尋找證據(jù)的工作單：“這就是說(shuō)我們需要尋找證據(jù)支持我們的觀(guān)點(diǎn)。”或者，學(xué)生可以獨(dú)自努力回答問(wèn)題，而沒(méi)有多少交流，或者要求老師告訴他們問(wèn)題的答案。然而在這里，學(xué)生正參與到看起來(lái)有目的的知識(shí)建構(gòu)的互動(dòng)中。

這種互動(dòng)同時(shí)提供了解釋和論證這兩種實(shí)踐的證據(jù)。學(xué)生努力去建構(gòu)一種地殼板塊運(yùn)動(dòng)如何影響地球大小和形狀的解釋。例如，在第24行，F(xiàn)ern提供了一種關(guān)于地殼板塊如何能在不改變地球整體大小的情況下運(yùn)動(dòng)的解釋。學(xué)生們一起推斷這是如何發(fā)生的，并對(duì)Pint關(guān)于恐龍骨骼化石“被埋”的觀(guān)察結(jié)果進(jìn)行了解釋。當(dāng)他們參與到《框架》的前兩個(gè)論證性目標(biāo)的初期形式時(shí)——證明他們自己的想法（第1和第24行）和挑戰(zhàn)不同的觀(guān)點(diǎn)（如Fern挑戰(zhàn)Pint的觀(guān)點(diǎn)），討論的辯論性質(zhì)就顯而易見(jiàn)了。

案例3——從多種解釋中建立共識(shí)

在第3個(gè)案例中，5年級(jí)學(xué)生利用他們的想法去辯護(hù)、理解和達(dá)成共識(shí)。學(xué)生研究凝結(jié)（Kenyon，Schwarz和Hug，2008）并利用關(guān)于狀態(tài)變化的圖解模型去描繪水是如何出現(xiàn)在一個(gè)冷的易拉罐上的。這個(gè)單元的教學(xué)目標(biāo)是建立粒子模型的最初形式（核心概念PS1.A 3—5），其中氣體狀態(tài)下水以粒子形式存在，這能夠解釋凝結(jié)過(guò)程中水從哪里來(lái)和蒸發(fā)過(guò)程中又到哪里去。在這個(gè)討論的前一天，學(xué)生們分組評(píng)價(jià)彼此的模型。這里他們已經(jīng)基于小組各成員的模型達(dá)成共識(shí)，形成了一個(gè)小組一致的凝結(jié)現(xiàn)象模型（在這堂課中，教師擴(kuò)展了PS1.A 3—5的學(xué)習(xí)目標(biāo)，同時(shí)引入了動(dòng)能的概念，核心概念PS3.A 6—8，作為解釋的一部分）。

Amy：大家等等！我們?yōu)槭裁凑J(rèn)為會(huì)出現(xiàn)凝結(jié)現(xiàn)象？誰(shuí)能說(shuō)說(shuō)嗎？（1）

Amy：是的，但是為什么你認(rèn)為它會(huì)在那兒？因?yàn)榭諝庵杏兴畣幔?/p>

（2）

Jenny：因?yàn)椋且驗(yàn)闇囟取?）

Amy：寒冷（coldness）正在帶走空氣中的動(dòng)能……（4）

Ivan：寒冷不是一個(gè)實(shí)物詞！

（5）

Amy：好吧，所有人都同意動(dòng)能被從空氣中帶走，并使它凝結(jié)成了一種液體嗎？

Ivan：當(dāng)然！

Amy：我們記下：當(dāng)氣體失去動(dòng)能（KE），它將變成液體；當(dāng)液體失去動(dòng)能，它將變成固體。或者我們可以這樣記錄：氣體減去動(dòng)能等于液體。液體減去動(dòng)能等于……（8）

Ivan：那么我們接下來(lái)要干什么？

（9）

Amy：解釋?zhuān)。?0）

Mary：凝結(jié)總是發(fā)生在比空氣冷的表面。

（11）

Jenny：好的！

（12）

Ivan：當(dāng)水蒸氣失去動(dòng)能（KE）并變成液體時(shí)，凝結(jié)發(fā)生。

（13）

Amy/Jenny：這正是我們所說(shuō)的！

（14）

Ivan：我知道！

（15）

Matthew：我們不能說(shuō)凝結(jié)總是在發(fā)生！

（16）

Lori：……總是發(fā)生在冷的表面！

（17）

Matthew：如果你在一個(gè)沒(méi)有任何濕氣的地方，將會(huì)發(fā)生什么？

（18）

Jenny：史密斯先生說(shuō)過(guò)把溫暖的罐子放在一個(gè)加濕器前，什么也不會(huì)發(fā)生。

（19）

Matthew：好的。

（20）

這場(chǎng)試圖填補(bǔ)空缺的談話(huà)，涉及了一些重要的闡明完整解釋的重述技能?！翱諝庵械乃帧薄皽囟取焙蜕院蟮摹皠?dòng)能”的出現(xiàn)是這個(gè)機(jī)制中的重要步驟。3次對(duì)于他們已經(jīng)想出的內(nèi)容進(jìn)行明確闡述的嘗試（第8、11、13行）導(dǎo)致了Ivan的總結(jié)，提到了水蒸氣失去動(dòng)能，和變成液體。Matthew提出最后一個(gè)關(guān)注向題（第16、18行），澄清凝結(jié)發(fā)生的條件。作為回應(yīng)，Lori（第17行，表面必須比空氣冷）和Jenny（第19行，空氣中必須有足夠的水分）添加了重要的附加條件。因此，Matthew提出的問(wèn)題也通過(guò)修正Ivan提出的解釋而產(chǎn)生一個(gè)新的綜合體而得到解決，這些都反映在小組表述清晰的模型中（見(jiàn)圖1）。

案例4——評(píng)論導(dǎo)致清晰的解釋

最后一個(gè)案例展示了評(píng)論是如何促使學(xué)生完善和澄清他們的解釋的。在這個(gè)案例中，一組8年級(jí)學(xué)生進(jìn)行了一項(xiàng)種群變化的調(diào)查（核心概念 LS4.B）。學(xué)生們分享他們對(duì)加拉帕戈斯地雀種群數(shù)量隨時(shí)間而變化的原因的分析。學(xué)生們發(fā)現(xiàn)在某一次干旱期，大多數(shù)鳥(niǎo)類(lèi)死亡，他們?cè)噲D解釋為什么一些鳥(niǎo)死亡而其他鳥(niǎo)卻能幸存的原因。

（Tabak和Reiser 2008）

N先生：因此，我已經(jīng)知道Ina思考的方向了。有誰(shuí)能換一種說(shuō)法？你們說(shuō)的“種群適應(yīng)”是什么意思？Ina，現(xiàn)在輪到你了，你可以請(qǐng)別人發(fā)言，當(dāng)然你也可以繼續(xù)闡述你的觀(guān)點(diǎn)（1）

[Ina請(qǐng)Joe發(fā)言]（2）

Joe：嗯，就像是喙的長(zhǎng)度這樣。為什么那么多鳥(niǎo)類(lèi)有著更大的喙，是因?yàn)?，擁有更大的喙的鳥(niǎo)生存了下來(lái)，它們交配，有了自己的后代，這些后代有著一樣的特征——更大的喙。這就是為什么它們大多數(shù)的后代和成鳥(niǎo)有著更大的喙而不是中等或者小的喙，因?yàn)檫@個(gè)特征幫助它們?cè)诟珊禃r(shí)期生存了下來(lái)。[Joe請(qǐng)Jeff發(fā)言]（3）

Jeff：種群適應(yīng)的原因是為了生存。如果它們不適應(yīng)，那么將會(huì)死亡，它們的種群也將會(huì)消失，所以……是吧？Kelly！

（4）

Kelly：嗯，我想正是因?yàn)槎锑沟镍B(niǎo)類(lèi)的死亡，有著長(zhǎng)喙的鳥(niǎo)類(lèi)才能夠繁殖后代，它們的后代也擁有較長(zhǎng)的喙，因此它們生存下來(lái)，這個(gè)特征才得以長(zhǎng)久地延續(xù)。Ina，你認(rèn)為呢？

（5）

Ina：嗯，我不這么認(rèn)為。因?yàn)槲覀兊倪@張圖顯示從1975年的濕季到1978年的旱季，過(guò)渡得非常迅速。期間不只是那些短喙的鳥(niǎo)死亡。在1978年，即使是最長(zhǎng)喙的鳥(niǎo)也與種群中中等長(zhǎng)度喙的鳥(niǎo)類(lèi)數(shù)量基本持平，是這樣的吧？N先生！

（6）

N先生？那么你是說(shuō)并不總是短喙的鳥(niǎo)全都會(huì)死亡了？

（7）

Ina：是的。

（8）

N先生：好吧。這對(duì)飛蛾也適用嗎？是不是白樺尺蛾全都死了嗎？[學(xué)生在之前已經(jīng)解釋過(guò)為什么一些變種的白樺尺蛾生存下來(lái)渡過(guò)了19世紀(jì)后期的污染。]

大多數(shù)學(xué)生：不。（9）

N先生：只是，即使是飛蛾，它就像是幾率發(fā)生了一些變化，對(duì)嗎？

（10）

大多數(shù)學(xué)生：是的。

（11）

教師：好的，我想我明白了你們正在爭(zhēng)論的內(nèi)容了。

（12）

這一段情節(jié)分享了之前片段的一些重要方面。與案例2一樣，有提出的解釋性描述和產(chǎn)生的評(píng)論。一個(gè)解決方案被提了出來(lái)（在這個(gè)案例中，由教師引入了一個(gè)先前解釋的特性）。這使得進(jìn)行評(píng)論時(shí)，保證了所提出解釋的核心內(nèi)容（提出，一種性狀的優(yōu)勢(shì)更像是“幾率變化”，而不是“每一個(gè)”缺失這種性狀的鳥(niǎo)類(lèi)或飛蛾總是會(huì)死亡）。盡管這個(gè)先前解釋的引用并沒(méi)使得學(xué)生們清晰表達(dá)出能解決這一評(píng)論的共識(shí)，但全班都同意教9幣所提出的關(guān)于Ina所關(guān)注的情況（第6行）的改變方案，同時(shí)也設(shè)法保留了Joe（第3行）和Kelly（第5行）所提出的因果鏈的核心部分。在這個(gè)簡(jiǎn)短的實(shí)錄中，學(xué)生們形成了一個(gè)反映自然選擇中一些最為重要的步驟的邏輯鏈：一種先前存在的性狀變異（喙的長(zhǎng)度）一改變的環(huán)境條件（干旱）一生存差異（短喙的鳥(niǎo)類(lèi)死亡）一性狀的遺傳（傳遞了許多）。（描述中缺失的是對(duì)為什么長(zhǎng)喙的鳥(niǎo)類(lèi)更容易生存下來(lái)的解釋?zhuān)┛偨Y(jié)

通過(guò)這4個(gè)案例，我們可以看到學(xué)生對(duì)他們的解釋進(jìn)行爭(zhēng)論的過(guò)程，能夠加強(qiáng)那些解釋?zhuān)椭鷺?gòu)建出一致同意的解釋。我們?cè)诎咐?和3中看到了這個(gè)現(xiàn)象，其中支持、辯護(hù)和共識(shí)的建立，使得解釋更加詳盡和精確；在案例2和4中，這個(gè)論證使得解釋能夠更好地處理可能的矛盾。通過(guò)這種方式，解釋在《框架》所列出的幾個(gè)維度都得到了提高，完善因果關(guān)系的描述（填補(bǔ)空缺），以及清晰表達(dá)和提高它們與證據(jù)的符合度。

另外，在每個(gè)案例中，學(xué)生參與到有意義的科學(xué)實(shí)踐方式中——他們努力去理解科學(xué)現(xiàn)象，而不是去復(fù)制書(shū)本或者其他權(quán)威所傳播的知識(shí)。這些案例都說(shuō)明了學(xué)生參與到了科學(xué)實(shí)踐當(dāng)中，而不是科學(xué)過(guò)程或技能當(dāng)中?？傊@些案例都說(shuō)明“論證”這項(xiàng)科學(xué)實(shí)踐在把解釋帶入K—12年級(jí)科學(xué)課堂中所起作用的重要性。

這些案例及其相關(guān)研究表明課堂環(huán)境可能會(huì)支持對(duì)這種科學(xué)實(shí)踐的積極參與。作為教育工作者，我們必須創(chuàng)設(shè)情境，使學(xué)生能夠展示出“解釋”和“論證”這兩類(lèi)實(shí)踐是他們?cè)诮?gòu)知識(shí)的活動(dòng)中能夠合理使用的方式（Berland和Hammer，2012）。這需要關(guān)注想法產(chǎn)生的原因，而不是僅僅關(guān)注一個(gè)特定概念的準(zhǔn)確性（Sutherland等，2006）。需要?jiǎng)?chuàng)造出一種寬松的氛圍，使學(xué)生在形成更為完整的解釋的過(guò)程中不怕犯錯(cuò)。還需要向?qū)W生提出豐富的、具有多種合理答案的問(wèn)題，這樣學(xué)生才能夠進(jìn)行討論和協(xié)調(diào)各種答案，最終形成一致的解釋。