圖爾敏論證模型在“社會性科學議題”教學中的應用

李繼良　方艷

摘要： 圍繞M制錳企業(yè)是否應該擴建一座硫酸廠的議題，展開論證活動，學生基于科技資料，依據(jù)社會效益最大化問題展開分角色論辯。在專家團隊科學信息引導幫助下辯論雙方逐漸形成論證體系，在論證過程中充分運用了化學原理，深刻體驗并領會科學與社會協(xié)同作用的重要性，有效提升了審辯式思維能力。

關鍵詞： 圖爾敏論證模型; 社會性科學議題; 角色論辯

文章編號： 1005-6629（2019）5-0065-04 ? ? ? ? ? ?中圖分類號： G633.8 ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： B

科學教育的目標之一是提高學生的科學素養(yǎng)，即希望學生具備發(fā)現(xiàn)問題、提出觀點、搜集和分析資料以獲得證據(jù)、具備與他人進行交流溝通的能力[1]。有別于講授或問題情境下的知識探究教學，我們運用圖爾敏論證模型，引導學生分組代表不同社會群體，整合已有知識開展“是否建設一座硫酸廠”的社會性科學議題論證課;激發(fā)了學生關注現(xiàn)實生產和生活的熱情，在系統(tǒng)應用有關硫元素的知識的同時，也提高了搜集資料進行嚴密科學論證的能力。

1 ?社會性科學議題與圖爾敏論證方法

1.1 ?社會性科學議題

科技的進步使得人類生活質量得到極大改善，同時也帶來了不少負面影響。如硫酸廠污染、白色污染等。因科技使用，人類活動對經濟、社會和倫理產生了較大沖擊，由于民眾之間的立場、信仰和思考方式不同，在面對這些裨益和弊害共存的科技時，會引發(fā)團體間的爭議與沖突。這些由科技應用于社會所引起的爭議事件稱為社會性科學議題（Socioscientific issues， SSI議題）[2]。SSI議題牽涉廣泛，如人與自然（人的生存與物種的消失）、個體與社會（女性生育權利與國家人口負擔）、現(xiàn)在與未來（經濟發(fā)展與資源的枯竭）[3]等。這些議題，都是由科技應用于社會的不確定性所引發(fā)，大都具有“開放、跨領域、結構不佳、兩難”的特性，因而可以為學生提供充分的探討空間，讓其有機會針對議題的內容展開論證。

1.2 ?圖爾敏論證模型

資料、主張、限定、反駁、支援、根據(jù)這六個成分共同構成了圖爾敏論證模型[4]（見圖1）。其中主張、資料、根據(jù)是模型必須存在的成分，而支援、限定、反駁則可根據(jù)具體情況來定。任何一個論證“背景”，都可以被組織到這個模式中來，以得到一個對應那個特定論證的結構。

2 ?高中教材中的硫酸工業(yè)問題重新整合

人教版教材以“硫元素”的知識為線索，將不同價態(tài)硫元素知識結構化;蘇教版從二氧化硫的污染引入，通過對酸雨的思考，引發(fā)對二氧化硫來源的討論，并在之后“硫酸的制備和性質”中介紹硫酸工業(yè)生產的內容，內容編排滲透了化工思想和方法;將二者融合以研討是否建設一座硫酸廠為載體，在運用硫元素知識和硫酸化工思想方法的過程中，既讓學生學到基礎知識和技能，又能使學生學會嚴謹?shù)恼撟C方法，較好地提升了高階思維能力。

2.1 ?化工技術思維在高中化學教學中的意義

為了培養(yǎng)和發(fā)展學生的核心素養(yǎng)，在教學中滲透化工技術思維是一種有效嘗試。能夠充分認識化工生產知識源于實際應用的特殊教育價值，使學生將已有的理論知識和化工生產融在一起，在感性與理性交融中促進學科思維深刻化;此外，結合教材適當介紹一些化工生產中的難題，將激發(fā)學生的科學探索精神，滲透并強化學科核心素養(yǎng)中的“科學態(tài)度與社會責任”。

2.2 ?硫元素教學中的化工思維設計

硫是自然界中廣泛存在的元素，許多含硫化合物作為工業(yè)生產的重要原料，有著極高的需求量。例如硫酸，廣泛應用于農業(yè)、醫(yī)療、材料等多個領域，是重要的工業(yè)基礎原料。循環(huán)經濟已成為社會發(fā)展的主流，人類更加注重資源利用與環(huán)境保護，作為工業(yè)中核心物質的硫酸，其工業(yè)生成涉及腐蝕性和環(huán)境污染，若將其作為硫元素性質運用和社會性科學議題教學的載體，通過運用圖爾敏論證模型對合成原理、環(huán)境保護、經濟效益的綜合論證分析，可以幫助學生建構起嚴謹?shù)纳鐣钥茖W議題的思辨模型。

2.3 ?“是否建設一座硫酸廠”論證活動的要求

圖爾敏論證模型強調論證的普遍程序性結構，更關注論證的過程。如食品藥品行業(yè)人員不贊成再建設一座硫酸廠，其限定理由是制錳企業(yè)的主業(yè)是處理錳礦，建設一座中小型硫酸廠對環(huán)境污染不可避免，建設一座高端硫酸廠會造成原料不足、產率有限等資源浪費。其支援是制錳廢氣可凈化處理成焦亞硫酸鈉用于食品防腐，從而提高錳企附加值，不用另建一座硫酸廠;其反駁可能是錳企規(guī)模逐漸擴大，有大量廢氣需要處理，利用廢氣制取硫酸既能滿足自己的需要，還可以增加產品種類;利用廢氣生產硫酸技術也比較成熟等。

為了保證論證活動的順利展開，首先，教師要增強論證教學探究的意識?？稍诨瘜W課堂教學中設計適合論證教學的課堂環(huán)境，多問一些“為什么”等之類的問題，分辨主張和理由之間的差異，從而引導學生進行邏輯推理，增強論證的意識。其次，教師需要給學生提供充足的時間和豐富的資料，這是學生獨立思考，進行知識建構的必要條件。最后，教師還應該為學生提供模型，將大的或復雜的問題分解為更小的問題;為思維拓展提供提示和線索，設計開放式結尾的話題。

3 ?論證教學設計

3.1 ?教學目標

（1） 通過價類圖的構建和展示，以及氧化還原反應理論，系統(tǒng)認識硫元素的互變規(guī)律。

（2） 通過含硫化合物的實際生產、應用及無害化處理案例分析，體會自然資源可持續(xù)發(fā)展的價值和意義。

（3） 通過M錳業(yè)集團是否增建一座硫酸廠的論證與答辯，基于科學、技術、社會和環(huán)境的綜合分析，學會運用批判性思維方法處理實際問題。

（4） 通過小組自評和互評、評委會點評，學會聆聽、分析和論證。

3.2 ?教學方法

（1） 小組確定研究項目、立論展示穿插小專家點評： 根據(jù)學生興趣將學生分組，分別代表食品藥品行業(yè)代表、環(huán)保部門、工商部門、科研人員、政府及當?shù)孛癖?（2）選擇6人作為學生評委，課前認真研究硫酸制備的科學問題，在論證過程中進行科學信息引導，把控論證方向;（3）初步論證： 閱讀“中國硫酸工業(yè)現(xiàn)狀及‘十三五發(fā)展思路”及“硫酸的用途”，分組查找資料并制作初稿;（4）展示論證： 小組展示（合作學習）、組間辯論（論證）、評委點評（科學與技術銜接）、

教師總結（規(guī)范論證方法）。

課堂論證活動圍繞活動、思維和知識三條線索展開（見圖2）。

3.3 ?論證教學基本流程

3.3.1 ?創(chuàng)造情境提出問題

[資料1]位于中寧縣的M錳業(yè)集團，地處寧夏回族自治區(qū)中部、寧夏平原南端，是一家跨地區(qū)、跨行業(yè)的大型民營企業(yè)。中寧縣地處黃河兩岸，為內蒙古高原和黃土高原過渡帶，北溫帶大陸性季風氣候區(qū);是中國枸杞、商品糧、瘦肉型豬生產基地。中國貧錳，M錳業(yè)所在地更是一個“無錳之地”，其錳礦石幾乎全部依靠進口。但經過多年發(fā)展，M錳業(yè)已形成完整成熟的礦石貿易產業(yè)鏈，與國際礦業(yè)巨頭的合作也極為緊密。硫酸在工業(yè)用酸中應用較廣，M錳業(yè)自身發(fā)展需要硫酸、當?shù)亟洕l(fā)展需要企業(yè)聯(lián)合發(fā)展，但據(jù)2014年的數(shù)據(jù)，中國硫酸實際產量達92.51Mt，產能發(fā)揮率不及75%，尤其是硫黃制酸以及硫鐵礦制酸開工率更低，另外污染嚴重甚至危及當?shù)芈糜螛I(yè)、特色產業(yè)。

目前M錳業(yè)集團公司搶抓“一帶一路”戰(zhàn)略的重要機遇期，為實現(xiàn)節(jié)約發(fā)展、清潔發(fā)展、循環(huán)發(fā)展、安全發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展，M錳業(yè)集團公司就是否建設一座硫酸廠向您征求意見。

[設計意圖]拋出實際問題，在當?shù)剡@種情況下是否還要建設一座硫酸廠？

3.3.2 ?立論展示，初步論證

各部門代表選定論點，現(xiàn)場制作展示海報，內容以涉及的化學原理與技術說明為論據(jù)，能較為合理分析環(huán)境與社會的容納能力、倫理道德和輿論導向等方面的作用。

[資料2]電解法冶煉錳的基本原理（見圖3）

[資料3]節(jié)選自朱曉明的博士論文“中國二氧化硫污染的經濟分析”。

我國空氣二氧化硫二級濃度標準為每立方60微克，是國家要求城市必須達到的標準，也是保護人體健康的最低標準，但2008年還有40%以上的城市達不到二級標準，這是我國空氣污染最需要解決的問題之一。

[資料4]城市有毒顆粒物來源（百度百科）：

第一： 是汽車尾氣。機動車的尾氣是霧霾顆粒組成的最主要的成分。第二： 北方到了冬季燒煤供暖所產生的廢氣。第三： 工業(yè)生產排放的廢氣。比如冶金、窯爐與鍋爐、機電制造業(yè)……

[設計意圖]培養(yǎng)學生總結歸納、獲取信息的能力。各組之間相互質疑、不斷修正，保證中學化學知識得到落實，又能科學、深入、有邏輯地論證。

3.3.3 ?深入論證，辯證互評

不同主張方進行駁斥，學生評委點評，聚焦科學、技術和環(huán)境，給予技術支持，引導論證走向深入。以下是學生評委事先準備的支持資料舉例。

（1） 三類制酸產量簡報（見表1）。

（2） 煙氣脫硫： 能有效減少二氧化硫的排放。實驗室用粉煤灰（主要成分Al2O3、 SiO2等）制備堿式硫酸鋁[Al2（SO4）x（OH）6-2x]溶液（見圖4）。

（3） 軟錳礦脫硫： 通過如下簡化流程既脫出燃煤尾氣中的SO2，又制得電池材料MnO2（見圖5）。

[設計意圖]學生評委介入科學技術支持，促使展示小組進行層次分明、理據(jù)協(xié)調的論證和辯駁。

3.3.4 ?系統(tǒng)總結，方法達成

教師明確不同主張及論據(jù)的優(yōu)缺點，各找出一組論證為案例，分析其論證的合理性，說明趨利避害的選擇依據(jù)，最后排除例外情況，取得科學、技術、環(huán)境和社會最佳結合的論證方案。例如：

（1） 贊成建設硫酸廠： 該集團需要硫酸并且礦渣的硫處理可以再生利用，能實現(xiàn)“有色金屬冶煉副產硫酸生產”的可持續(xù)發(fā)展，發(fā)展當?shù)亟洕Ｕ撟C資料舉例如下：

[資料5]制酸新技術： 貴州都勻電廠有機胺回收SO2制硫酸，獲國家發(fā)明專利的硫精砂制酸無污染開車法等。

（2） 反對建設硫酸廠： 硫酸產能過剩、該集團主產錳業(yè)的現(xiàn)實及制酸技術不能徹底防止污染，為保護黃河水質、發(fā)展特色農業(yè)，可以將含硫礦渣轉賣硫酸企業(yè)，不必分散公司人力物力建設硫酸廠。

[資料6]中國石油多為低硫油，硫資源嚴重不足已成為制約硫酸及下游工業(yè)健康發(fā)展的瓶頸。

[資料7]部分硫鐵礦制酸企業(yè)的燒渣中鐵含量低，無法綜合利用。小型企業(yè)環(huán)保問題較為突出。

[設計意圖]教師點評總結，強調基本論證過程要保證內在邏輯的一致性。核心要素： ①邏輯思維的起點及前提條件;②論據(jù)的科學性、真實性和可控性;③限定條件即特殊情況的合理轉化;④科學、技術、環(huán)境與社會的協(xié)調一致。

3.3.5 ?自評互評，反思提升

按照科學與技術、環(huán)境與社會、匯報講演的邏輯性等維度設計自評和互評量表，說明評價的標準與意義，對本節(jié)課的論證進行小組自評和互評。

[設計意圖]對照圖爾敏論證模型，反思自我表現(xiàn)，再次梳理論證的思維方法，改善自我心智模式，提升思辨思維能力。

4 ?課后反思

給予學生足夠的資料和時間，在角色責任的促使下，學生表現(xiàn)出色。嚴密的論證是在課前系統(tǒng)梳理資料基礎上生成的，而展示的過程是深入運用圖爾敏論證模型說明問題的訓練。

實踐證明圖爾敏論證模型可用于高中化學審辯式思維訓練，特別是針對社會性科學議題的教學活動。審辯式思維是一種我們通過理性思維達到合理結論的過程，在這個過程中，包含著基于原則、實踐和常識的探究和創(chuàng)造。

參考文獻：

[1]任紅艷， 李廣洲. 圖爾敏論證模型在科學教育中的研究進展[J]. 外國中小學教育， 2012， （9）： 28～40.

[2]Sadler T.D.， Barab S.A.， Scott B.. What Do Students Gain by Engaging in Socioscientific Inquiry [J]. Research in Science Education， 2007， 37（4）： 371～391.

[3]林樹聲. 科學教室中的社會性科學議題之教學[J]. 科學教育學刊， 2007， （2）： 24～25.

[4][英]斯蒂芬·圖爾敏. 謝小慶， 王麗譯. 論證的使用[M]. 北京： 北京語言大學出版社， 2016： 83～125.