以科學(xué)論證為導(dǎo)向 實(shí)施科學(xué)探究教學(xué)

摘要：科學(xué)論證能力是當(dāng)前國際上科學(xué)教育的重要目標(biāo)?？茖W(xué)論證能力對于學(xué)生自我概念的轉(zhuǎn)變、科學(xué)思維的培養(yǎng)和科學(xué)探究的提效有著獨(dú)特的教學(xué)價(jià)值。在課堂中開展以科學(xué)論證為導(dǎo)向的科學(xué)探究教學(xué)，能夠改善探究活動的品質(zhì)，有效地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)論證能力。

關(guān)鍵詞：科學(xué)論證；科學(xué)探究；操作要點(diǎn)

中圖分類號：G623 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1673-9094（2017）10A-0076-04

所謂科學(xué)論證，可以被理解為學(xué)生通過對信息的獲取和證據(jù)的選擇，利用邏輯推理的方式，建立自己的科學(xué)主張或?yàn)樽约旱目茖W(xué)主張進(jìn)行辯護(hù)的過程。歐美國家非常重視科學(xué)論證教育。比如：美國將科學(xué)論證作為科學(xué)教育的重要目標(biāo)滲透在《K-12科學(xué)教育框架》《科學(xué)素養(yǎng)的導(dǎo)航圖》等帶有政策導(dǎo)向性和學(xué)術(shù)指導(dǎo)性的科學(xué)文本之中；英國則在最新的國家課程標(biāo)準(zhǔn)中要求學(xué)生對觀察到的科學(xué)現(xiàn)象、數(shù)據(jù)的合理解釋和由此得到的結(jié)論這三者之間形成說服力強(qiáng)的聯(lián)系。由此可見，科學(xué)論證能力已成為世界范圍內(nèi)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的核心內(nèi)容。而我國的科學(xué)課程設(shè)計(jì)，相對來說缺乏對學(xué)生科學(xué)論證能力的重點(diǎn)關(guān)注和系統(tǒng)架構(gòu)，從而造成了課堂實(shí)踐層面上科學(xué)探究活動表面熱鬧，實(shí)則低效的普遍現(xiàn)象，很多教師和學(xué)生甚至覺得科學(xué)探究就是驗(yàn)證已知的科學(xué)知識。本文分析了科學(xué)論證在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中的價(jià)值，并就課堂中如何開展以科學(xué)論證為導(dǎo)向的探究教學(xué)進(jìn)行了粗淺的探索。

一、科學(xué)論證的教學(xué)價(jià)值分析

（一）促進(jìn)自我概念的轉(zhuǎn)變和科學(xué)知識的形成

建構(gòu)主義理論認(rèn)為：學(xué)生在正式學(xué)習(xí)之前，頭腦中已存在著與科學(xué)概念相異或相背的個(gè)人理論，科學(xué)學(xué)習(xí)的實(shí)質(zhì)就是要促進(jìn)學(xué)生自我概念的轉(zhuǎn)變。聚焦于科學(xué)論證的課堂教學(xué)能夠讓學(xué)生更深刻地理解知識是如何一步步從事實(shí)中分析抽離而來。具體作用原理為：（1）在科學(xué)論證過程中，學(xué)生需要澄清自己的固有認(rèn)識，亮出有力的證據(jù)，明晰推理的過程，使其思維過程可視化，從而達(dá)到修正原有概念的效果。（2）自我概念的轉(zhuǎn)化需要探究活動的支持，學(xué)生在科學(xué)探究中通過對話交流，提出個(gè)人觀點(diǎn)，傾聽他人想法，這樣有助于更好地反思自我概念的不足，在理解他人的概念和論證過程的基礎(chǔ)上形成更為合理的科學(xué)知識。

（二）全面落實(shí)科學(xué)思維的培養(yǎng)和訓(xùn)練

科學(xué)論證不僅是對自然現(xiàn)象成因的解釋，它在科學(xué)學(xué)習(xí)上還推動著認(rèn)知向較高的層級發(fā)展。事實(shí)上，相比于科學(xué)知識而言，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力具有更大的意義。學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：能夠?qū)ψC據(jù)和理論作出區(qū)分；能夠尊重證據(jù)和理論；能不時(shí)地注意到理論和證據(jù)的不一致，并樂于作出協(xié)調(diào)的嘗試。[1]小學(xué)科學(xué)課中的科學(xué)探究活動大致分為三類：第一類重點(diǎn)研究“是什么”的問題，它竭力追求科學(xué)事實(shí)；第二類重點(diǎn)探討“為什么”的問題，它主要揭示事物間的因果聯(lián)系；第三類是“有什么規(guī)律”，它主要探討科學(xué)知識在現(xiàn)實(shí)中的具體應(yīng)用。我們通過這三類問題的解決，能夠幫助學(xué)生形成尊重證據(jù)和事實(shí)、學(xué)會邏輯推理、懂得任何結(jié)論都需要經(jīng)得起更多的事實(shí)和實(shí)踐的檢驗(yàn)。在科學(xué)學(xué)習(xí)活動中重視科學(xué)論證的滲透，能夠有效地促進(jìn)學(xué)生的科學(xué)思維由淺入深、循序漸進(jìn)地得到培養(yǎng)和訓(xùn)練。

（三）促進(jìn)科學(xué)探究的提質(zhì)提效

在小學(xué)階段，幾乎所有的科學(xué)探究活動都和觀察密不可分。問題在于學(xué)生在整個(gè)科學(xué)探究過程中只扮演了一個(gè)“純粹觀察者”的角色。即使如此，這個(gè)觀察者也時(shí)常沒有很好地履行仔細(xì)觀察的職責(zé)。離開了學(xué)生個(gè)體的鮮活觀察過程，探究就變成了指令般的機(jī)械操作活動。觀察的作用在于支持推理的線索，推理的價(jià)值在于暗示新的觀察。[2]所以，哪怕學(xué)生以觀察者的角色進(jìn)行科學(xué)探究，那也應(yīng)當(dāng)建立在搜集證據(jù)和邏輯推理的相互作用之上，以此提升探究活動的品質(zhì)和效果。比如在低年級學(xué)生的科學(xué)課上，教師要重點(diǎn)進(jìn)行觀察活動的指導(dǎo)和練習(xí)，讓他們盡可能準(zhǔn)確地描述事物，這一點(diǎn)在科學(xué)學(xué)習(xí)的起始階段非常重要。因?yàn)樗粌H可以促使學(xué)生之間互相比較觀察的結(jié)果，尋找不同觀察者之間的相同點(diǎn)和存異之處，更重要的是讓學(xué)生明白：當(dāng)人們對同一個(gè)事物或在同一個(gè)探究活動中出現(xiàn)不同的主觀描述時(shí)，通常最好的辦法就是再進(jìn)行新一輪的、更為聚焦性的觀察，而不是在課堂上爭論誰的描述才是正確的。對于中高年級的學(xué)生，要引導(dǎo)他們在觀察的基礎(chǔ)上區(qū)分清楚什么是事實(shí)，什么是觀點(diǎn)，努力在事實(shí)和觀點(diǎn)之間建立起邏輯關(guān)系，同時(shí)能夠從書籍、文章或數(shù)據(jù)庫中找到支撐自己觀點(diǎn)的各種論據(jù)，而不是僅僅靠著個(gè)人的感覺、經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行解釋和判斷。

二、科學(xué)探究與科學(xué)論證相融合的必要性

（一）科學(xué)探究需要改變?nèi)狈茖W(xué)論證的現(xiàn)狀

科學(xué)探究是科學(xué)教學(xué)最主要的方式，而它最核心的特征就是依靠證據(jù)進(jìn)行合理的解釋。一個(gè)科學(xué)觀點(diǎn)必須得到足夠多且可重復(fù)獲得的證據(jù)加以佐證，為此人們不斷開發(fā)出了效果更好的觀察工具和技術(shù)，以此來發(fā)現(xiàn)那些僅靠人體感官所無法觸及的證據(jù)。盡管人們常常會對獲得的證據(jù)采取完全不同的處理方式，甚至得出截然相反的結(jié)論，但是在把證據(jù)和結(jié)論聯(lián)結(jié)起來的過程中，他們都無一例外地自覺遵循邏輯推理的原則，從而使自己的解釋看上去是合理的。

科學(xué)探究也是最需要改善的一種教學(xué)方式。其最突出的問題主要表現(xiàn)為對科學(xué)結(jié)論的過度追求。比如，我們經(jīng)常可以在公開課上看到這樣的現(xiàn)象：學(xué)生在課堂中提出的假設(shè)明顯超出教師預(yù)料，卻很少有教師會為之單獨(dú)地、臨時(shí)地設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行求證，在絕大多數(shù)情況下，教師會巧妙地找個(gè)理由（如實(shí)驗(yàn)器材準(zhǔn)備不足、課堂時(shí)間有限等）將之排除在外，以保證課堂按照原有的計(jì)劃進(jìn)行下去。再比如，一旦學(xué)生通過探究后沒能出現(xiàn)教師期望的結(jié)果，實(shí)驗(yàn)往往不會被要求重復(fù)進(jìn)行，教師會作出貌似合理的解釋，如學(xué)生觀察得不夠仔細(xì)全面、實(shí)驗(yàn)操作不規(guī)范、屬于正常的數(shù)據(jù)誤差等等，這足以表明教師其實(shí)并沒有將探究活動所獲取的證據(jù)作為一種重要的生成性教學(xué)資源，至于科學(xué)論證過程更是一帶而過。如果從科學(xué)的道德規(guī)范層面來看，“不采用論證方式而使用教師或書本權(quán)威的判定最不可取……這是科學(xué)探究中的殖民主義。”[3]正是出于這種現(xiàn)狀，奧斯本指出：科學(xué)課堂缺少科學(xué)論證是現(xiàn)代教育的嚴(yán)重問題。endprint

（二）科學(xué)論證需要借助科學(xué)探究展開

托馬斯·庫恩指出：“科學(xué)教科書幾乎始終無例外地被理解為：科學(xué)方法僅僅是由收集這些課本資料的各種技巧，與把課本資料與理論聯(lián)系起來的邏輯運(yùn)作兩者湊合的結(jié)果?！盵4]這其實(shí)可被理解為對無科學(xué)探究基礎(chǔ)的純科學(xué)論證教學(xué)的一種婉轉(zhuǎn)式批評。一個(gè)較為完整的科學(xué)論證過程應(yīng)由提出假設(shè)、收集證據(jù)和邏輯推理三大要素構(gòu)成（見圖1）。假設(shè)是對研究問題的猜測或解釋，它應(yīng)該與證據(jù)相符；證據(jù)是指能夠支撐假設(shè)的各種事實(shí)，如觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，采集到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及從書籍、資料庫等其他途徑獲得的相關(guān)信息；推理則闡明證據(jù)為什么支持假設(shè)，如何支持假設(shè)。推理為證據(jù)提供解釋，而證據(jù)為推理提供辯護(hù)。[5]不難發(fā)現(xiàn)，這和科學(xué)探究的過程高度契合，也為兩者的互相融合提供了現(xiàn)實(shí)的可行性。

若科學(xué)教育的目的是掌握現(xiàn)有的科學(xué)知識，科學(xué)探究活動肯定不是最有效率的教學(xué)方式。若以獲得科學(xué)知識、認(rèn)識科學(xué)探究及科學(xué)本質(zhì)等綜合性科學(xué)素養(yǎng)為宗旨，那種純辯論性的科學(xué)論證學(xué)習(xí)同樣難以勝任。只有通過科學(xué)探究活動參與科學(xué)論證的學(xué)生，實(shí)踐能力和思維活性才能得到充分激發(fā)，可見讓學(xué)生參與科學(xué)論證活動是改善科學(xué)探究教學(xué)品質(zhì)的一種必然選擇。

三、以科學(xué)論證為導(dǎo)向的探究教學(xué)操作要點(diǎn)

我們發(fā)現(xiàn)，科學(xué)家在進(jìn)行研究時(shí)，除了要明確研究目的之外，還要思考如何把實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)得更合理有效，采取何種措施以保證取得全面可靠的數(shù)據(jù)，從這些數(shù)據(jù)背后可否做出多種不同的解釋等等?！耙蕴骄康倪^程來教科學(xué)，如果不能有機(jī)會讓學(xué)生進(jìn)行論證、解釋的建構(gòu)和證據(jù)的評價(jià)，那將無法呈現(xiàn)科學(xué)本質(zhì)的核心成分，或是建立一個(gè)發(fā)展學(xué)生理解的機(jī)會?！盵6]這對我們的課堂教學(xué)不無啟示。

（一）在提出假設(shè)時(shí)，要盡可能讓每個(gè)學(xué)生作出假設(shè)，明確自己要“將做什么”

世上并沒有眾人的真理，只有個(gè)人的真理；并沒有客觀的真理，只有主觀的真理。這種哲學(xué)觀雖帶有極端的唯心主義，但也能讓我們在明確并提出自己觀點(diǎn)的同時(shí)，尊重和理解他人的觀點(diǎn)。有這樣一種說法：差的教師直接告訴學(xué)生答案，合格的教師告訴學(xué)生到哪兒找答案，好教師是堅(jiān)持不給學(xué)生答案，而是引導(dǎo)學(xué)生去思考、辯論，理解和建立假設(shè)。科學(xué)教師可以把每一個(gè)學(xué)生的假設(shè)記錄下來，比如保存在電子白板上，或者專門在黑板上粘貼一張巨大的記錄紙，引導(dǎo)學(xué)生在上面寫下自己和他人不同的觀點(diǎn)。

以“水中的物體受到水的浮力”這一教學(xué)案例為主題，教師就可以先讓學(xué)生羅列出幾種不同假設(shè)：（1）只有浮在水面上的物體才受到水的浮力，沉在水里的物體不受到水的浮力；（2）在水里的物體，不管沉或浮都受到水的浮力；（3）同一個(gè)物體，浮在水面時(shí)受到水的浮力大，浸沒在水中時(shí)受到的水的浮力小；（4）與（3）觀點(diǎn)相反。 這些都是學(xué)生頭腦中對浮力可能存在的自我解釋。接著教師結(jié)合實(shí)驗(yàn)操作和生活經(jīng)驗(yàn)提供如下幾個(gè)證據(jù)：（1）不同的物體在水中的沉浮情況是各不相同的；（2）把充滿氣的皮球放在水中，它是浮著的，把它往水中下按時(shí)很費(fèi)勁；（3）硬幣在空氣中下落時(shí)基本是直線式的，而在水中下沉?xí)r的軌跡是非直線式的；（4）回想從水井中打水時(shí)，裝滿水的水桶會往下沉，往上慢慢提出水面的過程中手會覺得越來越重……最后重點(diǎn)組織學(xué)生通過討論來選擇哪些證據(jù)可支持某個(gè)假設(shè)，哪些假設(shè)之間是相互矛盾的，哪些解釋之間可以互相補(bǔ)充，最終形成關(guān)于浮力更為合理嚴(yán)密的科學(xué)知識。

（二）在收集證據(jù)時(shí)，要引導(dǎo)學(xué)生全面關(guān)注各種信息，為科學(xué)論證提供必要的論據(jù)

學(xué)生通過探究活動可以獲得各種證據(jù)。一類稱之為證實(shí)證據(jù)，它能夠支撐學(xué)生原先的觀點(diǎn)；另一類稱之為證偽證據(jù)，它不能夠支持原先的假說，用原先的觀點(diǎn)也無法解釋它為何出現(xiàn)。小學(xué)生一般更容易觀察到那些符合自己假設(shè)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，對那些與自己假設(shè)不一致的事實(shí)采取忽略的態(tài)度，很多有價(jià)值的事實(shí)和數(shù)據(jù)成為背景信息，這就導(dǎo)致學(xué)生不能正確全面地評估證據(jù)，甚至產(chǎn)生錯(cuò)誤的論證結(jié)果。教師應(yīng)該指導(dǎo)學(xué)生在探究活動中全面客觀地記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，特別是要重視證偽證據(jù)的獨(dú)特作用，有意識地引導(dǎo)學(xué)生思考證偽證據(jù)存在的價(jià)值，讓學(xué)生體會到不同類型的證據(jù)對假設(shè)所起的支撐作用。

以“人眼如何看見物體”為例。很多學(xué)生通過各種生活中的事實(shí)性證據(jù)發(fā)現(xiàn)：當(dāng)有光線照射在物體上，并且人的視線也到達(dá)物體上時(shí)，一般都能夠看到物體。這個(gè)推理雖然符合絕大部分生活經(jīng)驗(yàn)，但卻與科學(xué)結(jié)論并不嚴(yán)密相符（科學(xué)的解釋應(yīng)該是“光線照射到物體上再反射到人的眼中”）。這時(shí)教師不妨設(shè)計(jì)一個(gè)“看發(fā)亮的鏡子”的探究活動（見圖2），讓學(xué)生分別從A孔的正上方、緊貼B孔或C孔朝鏡子觀察，這時(shí)學(xué)生會驚訝地發(fā)現(xiàn)：從A孔能夠看到發(fā)亮的鏡子，但是從B或C孔觀察時(shí)鏡子幾乎不可見。這一證偽證據(jù)的出現(xiàn)，對學(xué)生頭腦中原本的看法造成了強(qiáng)烈的沖擊，逼迫其要么放棄原本的觀點(diǎn)，重新選擇或建立新的解釋，要么對它進(jìn)行細(xì)微的修正，得出一個(gè)更接近科學(xué)知識的解釋。

（三）在邏輯推理時(shí)，要充分進(jìn)行質(zhì)疑辯論，促進(jìn)學(xué)生在證據(jù)與假設(shè)之間達(dá)成協(xié)調(diào)

當(dāng)前課堂中的邏輯推理活動多以師生間的問答形式呈現(xiàn)，這種單一的固定模式造成學(xué)生缺乏質(zhì)疑他人觀點(diǎn)的熱情和欲望，對其他人提出的證據(jù)和想法漠不關(guān)心，只希望得到教師權(quán)威的定論。所以教師要采用多種形式盡可能地讓每一小組展示證據(jù)、表達(dá)推理過程，這樣有助他們在尊重事實(shí)的基礎(chǔ)上得出合乎邏輯的結(jié)論，同時(shí)也利于不同觀點(diǎn)之間的互相辯駁和補(bǔ)充，促進(jìn)不同的證據(jù)和作出的假設(shè)之間趨向協(xié)調(diào)。

比如教師可以圍繞人類科學(xué)發(fā)展進(jìn)程中一些具有代表性的科學(xué)問題，如“基因工程”“溫室效應(yīng)”等，把全班學(xué)生分為正、反兩方，圍繞各自所持有的觀點(diǎn)展開針鋒相對的辯論賽，要注意的是，當(dāng)學(xué)生在質(zhì)疑與反駁中出現(xiàn)僵持不下的情形時(shí)，教師要及時(shí)加以協(xié)調(diào)，讓學(xué)生理解科學(xué)辯論真正目的不是為了獲得暫時(shí)的勝出，而在于從證據(jù)出發(fā)推理出最具解釋力、最合理的觀點(diǎn)，學(xué)會以質(zhì)疑、辯護(hù)、反駁、發(fā)展等方式回應(yīng)他人想法。

科學(xué)論證能力并不是學(xué)生參與科學(xué)探究活動的一種必然結(jié)果和自然習(xí)得。這需要教師在開展科學(xué)探究教學(xué)活動時(shí)把科學(xué)論證列入教學(xué)目標(biāo)框架之內(nèi)，并在組織教學(xué)時(shí)有意識地予以關(guān)注和實(shí)現(xiàn)。唯有滿足這兩個(gè)條件，才能促進(jìn)學(xué)生對科學(xué)探究的真正理解和科學(xué)論證能力的提高。

參考文獻(xiàn)：

[1]許春良，冷巨豐.科學(xué)思維：小學(xué)科學(xué)教學(xué)的價(jià)值追求[J].江蘇教育研究， 2014（6A）.

[2]美國科學(xué)促進(jìn)協(xié)會.科學(xué)素養(yǎng)的導(dǎo)航圖[M].中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會，譯.北京：科學(xué)普及出版社，2008：16.

[3]張世成.探究教學(xué)中證據(jù)意識的培養(yǎng)[J].物理通報(bào)，2012（4）.

[4][美]托馬斯·庫恩.科學(xué)革命的結(jié)構(gòu)[M].金吾倫，胡新和，譯.北京：北京大學(xué)出版社，2003：1.

[5]季薛慶.科學(xué)論證取向的實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索[J].全球教育展望，2012（2）.

[6]潘瑤珍.基于論證的科學(xué)教育[J].全球教育展望， 2010（6）.

責(zé)任編輯：石萍endprint