論證式教學在化學教學中的應用

宋怡 吳玥

[摘要]論證在科學教育中具有構建科學概念、培養(yǎng)科學探究能力、促進科學本質觀理解以及提高決策水平等功能。借由論證式教學經歷，學生可以體會到科學家構建理論知識類似的過程，即通過評價資料、提出主張、為主張進行辯駁等過程獲得知識或理論。以原子理論為例，借由鏈式問答展開原子理論及其模型構建以呈現課堂論證過程。

[關鍵詞]論證式教學 化學教學 原子理論

[中圖分類號]G633.8[文獻標識碼]A[文章編號]16746058（2015）140071

論證是人類在特定社會情境下的活動，它既可以產生于個體內部的心智，又可以借由個體或群體通過調整與協(xié)商共同構建;[1]是在解決某些問題、議題、爭論中達成具有理性決定的過程，是個人在不同的解釋與理由中做出選擇的能力。

2006年，國際學生評價項目（PISA）中提出的科學素養(yǎng)包括“學生必須能辨別個人意見并能在基于證據的基礎上發(fā)展出主張，能夠應用所學的科學知識，做出具有證據的結論并向他人解釋與溝通”。由此，“論證”逐漸進入科學教育的視野，在科學課堂中得以應用。

一、 論證式教學

將論證應用于科學教育，最常見的形式有兩種，一是在討論與辯論的過程中評價多個不同觀點，也叫做辯證法論證;二是遵循邏輯規(guī)律，并在討論過程中經由對基本事實的歸納演繹形成論點或達成共識，也叫做分析法論證。[2]

論證是一個讓學生思維活動和推理過程外顯的行為，不僅是學生有意識地構建科學概念、提高科學素養(yǎng)的平臺，而且也給師生提供了進行形成性評價、及時反饋的機會。學生在科學探究過程中以小組為單位通過觀察事實提出理論假設，運用邏輯對現象進行預測和解釋，以了解獲取知識的科學方式，鍛煉思維能力。引入論證式教學對培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)，促進學生將已學知識應用到實際情境中，將生態(tài)化知識和概念性知識及價值判斷相結合有重要意義。

論證式教學具有以下四方面的教育功能。

1. 促進科學概念的構建。學生可以通過小組內“知識的對談”（Epistemic Dialogues）建立科學概念的構建和變化的觀念。[3]“知識的對談”包括解釋和論證，是指在學習小組內，根據個人學習體驗，對知識概念進行闡述解釋，引起討論，形成概念理解的有效途徑。論證過程中，學生將科學概念與個人生活經驗作為資料進行思考，對其做出印證、詮釋;或者對同一主題進行反駁并提出不同的主張。

2. 促進科學探究的深入開展?？茖W研究中，科學家需考慮實驗目的、優(yōu)化設計、數據采集以及相同數據的多維度解釋等問題。科學解釋的建立是通過討論與爭議尋求知識和理解的過程。在探究式學習中將論證加入教學環(huán)節(jié)可讓學生體驗真正的科學情境，即將證據與理論融合在一起構建出科學解釋。

3. 促進學生對科學本質的理解。當前學校中的科學實驗多半為驗證性的，規(guī)避呈現爭議性的實驗結論，因此得出的理論或定律具有“絕對正確”的特性。但科學知識不是絕對真理，隨著人類對世界認識程度的加深，科學知識會被不斷修正;科學理論不具備絕對正確性，科學并不能對所有問題提供完全正確的答案。在課堂中進行論證式教學，可以提供給學生體驗科學家構建概念的機會。通過理論基礎的可信度和合理性，考慮證據的可行性、可信性，從而論證與評估該理論的可能性。

4. 促進學生提高決策水平。社會科學性論證（Socio-scientific Argument）即針對科學知識應用于生產生活對社會、環(huán)境等產生的影響，通過收集資料，在一定支持證據和限定的范圍內就已有資料形成的主張進行辯論，[2]是通過科學教育將科學與學生生活相聯(lián)系的重要途徑之一。學生對社會科學性的兩難問題進行論證的過程，勢必將從人類社會生活對自然的影響、科學知識解決社會問題的道德考量、科學知識發(fā)展的暫定性本質等方面進行思考，搜集證據，通過論證最終形成主張。

二、論證式教學在化學教學中的應用案例

美國國家科學教育案例教學中心網站（http：//sciencecases.lib.buffalo.edu/cs/

collection/）提供多個科學教育案例，涵蓋多學科領域，理科教師可以通過關鍵詞搜索以及設定案例涉及的學科類別、案例適用對象、案例教學具體呈現形式、案例主題領域等來搜尋教學所需案例。[4]筆者以“化學”“科學論證”為檢索詞，檢索得20余則案例?？紤]到“原子理論”是化學學科的核心概念和教學重難點，筆者選擇了與高中化學選修模塊3《物質結構與性質》中的“原子結構與性質”相關的案例：“原子模型的發(fā)展歷程” ，[5]嘗試運用化學史素材來創(chuàng)設論證式教學情境。

[基金項目]

2013國家級大學生實踐創(chuàng)新訓練計劃項目“理科師范生科學本質觀調查及其對科學教師教育的啟示”（項目編號201311460002Z）階段性成果。

教學課時：兩課時。

教學目標：

（1）了解組成物質的基本粒子;

（2）通過學習歷史實驗認識到原子模型的建構是發(fā)展變化的;

（3）理解原子模型，認識原子數和原子量的概念;

（4）應用歷史證據及資料判斷并理解原子模型的構建與發(fā)展。

教學流程：

1.教學準備。教師提供古代先哲對原子的論述的相關材料，并布置課前閱讀、收集資料的任務。

2.課程導入。

教師簡要介紹原子理論的形成過程，通過“誰能說說原子概念的起源”“原子真實存在的證據是什么”“原子模型是怎樣根據時間演化的”等問題引入學習主題，開啟原子模型的穿越時空之旅。

3.鏈式問答推進論證 。（有刪節(jié)）

教師通過一系列鏈式問答，引導學生構建論據、開展論證，推進學生對原子理論與原子結構模型構建過程的理解和認識。

（1） 古希臘哲學家德謨克利特利用什么證據得出原子是真實存在的？

學生需要通過獲取資料來構建論證，進行解釋、舉證和推理。學生與教師討論，解釋德謨克利特的觀點：如果我們將物質無限分割成更小的粒子，將會最終以不存在的粒子告終;既然物質不是由不存在的粒子構成，那它必定有一個基本的、最小的、不可分割的組成單位，即為原子。

（2）道爾頓通過哪些證據證明原子存在？

教師運用多媒體向學生演示：道爾頓時代的科學家們通過測定含有鉻、氧元素的不同形式化合物的質量，得到鉻、氧元素分別所占的質量這一原始數據，經過簡單計算得出化合物中各元素所占數量比率。得出結論：兩種氧化鉻樣品中所含氧元素的質量與質量比率在兩化合物中并不相同，說明這兩種化合物含有不同數量的氧原子。

學生圍繞以上結論，通過理解證據和推理間的關系形成意見并予以表達;對自己的意見、解釋和推理進行辯護，接受同學提出的質疑，對自己的觀點進行批判和修正，最后達成共識：

一系列由相同元素組成的不同化合物中，同一元素的相對原子質量在任何化合物內保持穩(wěn)定不變，但各元素原子個數比的不同造成了化合物物理性質和化學性質的差異。

（3） 科學家如何根據陰極射線管實驗推導出“原子內部同時具備陰極和陽極電荷”這一結論的？

教師利用多媒體演示湯姆生陰極射線管實驗，并簡要解釋圖中磁場是如何改變陰極射線的。提問：右圖中哪一個是合理的原子模型？

（4） 哪一個原子模型是基于盧瑟福金箔實驗繪制的？

多媒體演示盧瑟福金箔實驗。通過金箔實驗可以得出結論：原子必然具備小而緊湊的帶正電荷的粒子簇（即質子），粒子簇被帶有負電荷的電子包圍（“核”模式），但是這一結論并未提供“電子圍繞原子核高速運動的精確結構”的相關證據，因而教師應當鼓勵學生進一步思考：現有證據是否支持主張，是否需要收集更多證據。展開以下討論：①盧瑟福金箔實驗的工作原理;②金箔實驗如何推導出結論;③中子是如何被發(fā)現的;④盧瑟福金箔實驗提供的資料對推導出結論有怎樣的作用。并對問題（3）中合理的原子模型做出進一步選擇。

4.交流總結。師生討論、回顧論證過程，總結闡述原子結構模型從道爾頓實心球模型——湯姆生棗糕模型——盧瑟福行星模型——玻爾量子化軌道模型——現代電子云模型的發(fā)展歷程。

5.課后作業(yè)。以科學學習小組為單位，選取鏈式問答階段中的一個問題，對其探究方案提出改進意見，撰寫研究報告，并在學習小組內相互評價。

教學設計評析：此論證式教學案例將提問法與講授法相結合進行化學史案例學習。

整個教學流程隨著論證的展開而展開，從任務提出、收集數據和資料、構建論據、論證、研究報告、學生相互評論、改進到討論反思。

在“鏈式問答推進論證”中，教師引導學生收集資料，以小組為單位構建論據，進行論證：認為某個選項是相對正確的答案的原因是什么？用什么資料來支撐該的論點？對需要討論的問題形成個人觀點，用獲取的資料支撐觀點，用科學語言加以闡述推理與論據間的關系，組內共同選擇有效證據來支持提出的假設。隨后，不同小組之間展開辯論，學生需要對提出的假設進行立論辯護，接受其他小組的質疑，對自己組別的意見加以修改。

在此過程中，教師應注意培養(yǎng)學生使用科學用語進行辯論，將“科學知識會有所變化，并被不斷修正”的觀念貫穿論證過程;控制討論時間，同時鼓勵學生根據同學的質疑和意見修改自己的意見，以增強學生的批判性思維。

在“交流總結”這一環(huán)節(jié)中，學生通過學習共同體中其他成員的交流與評價修正自己的結論，通過撰寫研究報告和探究方案增強科學寫作能力，通過對科學語言的使用增強對科學概念的理解與運用。

三、論證式教學的有效策略

1.應用具有多種替代性觀念的科學理論。以此類科學理論為論證題材時，通過權衡、評估、選擇各種不同理由與解釋之后推論出自己的論點，或利用實證的證據或是其他來源的資料支持自己的論點。[1]例如本文案例中通過鏈式提問由原子概念的起源，引導學生通過辨析多種推測性觀念，對形成相對正確的理論進行辨證思考，切實體會原子理論的發(fā)展過程。學生在尋找證據的過程中提高了論證與推理能力。

2.應用社會性科學議題。此類議題關注科學知識，也注重科學知識與社會、價值、倫理和情感等方面的相互作用。學生可以經由實驗的設計和對資料的詮釋促

進其對科學方法與過程的體驗，通過對環(huán)境和科技議題的爭辯來增加對科學與社會的關系的認識，更可以體會科學知識的暫時性和社會建構等特質。[6]社會性科學議題通過創(chuàng)設與生活相關的科學學習情境，將決策的可能性后果承擔納入論證課題，有助于培養(yǎng)有責任心和決策能力的未來公民。

3.應用開放的對談情境。為了讓學生了解一個論證活動是如何開展與進行的，如何提出合理的主張與觀點并為其辯護，可以運用怎樣的技巧反駁他人觀點，教師需要給學生提供兩種重要情境：①問題情境。學生自己提出假設，采用實驗設計、實驗操作、公開發(fā)表與說明及同伴間的辯駁以發(fā)展論證活動。②交談情境。使得客觀條件上每一個小組成員都有機會發(fā)表和評論意見，再將討論結果對全班發(fā)表，讓學生在共同體中達成共識。

四、 結語

學生通過論證式教學，可以了解論證活動的流程，學習反駁他人觀點與辯護個人觀點的技巧，體會科學本質觀中科學知識的暫定性和社會性本質，通過從環(huán)境自然的視角認知科學技術解決社會問題所帶來的可能性問題。

論證式教學的效果受教學時間、學生學習水平以及課前準備影響較大，需要教師對教學流程與時間分配有較好的掌控。教師在論證課題的選擇方面應當要注意論題需具備與學科相關的、造成社會關注與道德辯論的特點;組織課堂辯論時，應當注重形成大小合適的科學共同體，使得每一個組員都有表達個人觀點、提出意見的機會。

[參考文獻]

[1]潘瑤珍.基于論證的科學教育[J].全球教育展望，2010（6）.

[2] Chirstine Tippett. Argumentation：The Language of Science.Journal of Elementary Science Education， Vol. 21， No. 1.

[3]de V ries， E.， Lund， K.， & Brker， M. Computer-mediated epistemic dialogue： Explanation and argumentation as vehicles for understanding scientific notions [J]. The Journal of the Learning Science， 2002：11（1）， 63-103.

[4]宋怡.科學教育中案例教學的應用與思考——以美國國家科學教育案例教學中心網站為例[J].天津師范大學學報（基礎教育版），2013，14（4）.

[5] http：//sciencecases.lib.buffalo.edu/cs/collection/detail.asp？case_id=667&id=667 ?[EB/OL].

[6]潘瑤珍.科學教育中的論證教學[J].全球教育展望，2011（2）.

（責任編輯羅艷）