科學論證教學中支架類型對學生論證能力影響的研究

鄭藝芳 李雪峰

（華南師范大學生命科學學院 廣東廣州 510631）

《普通高中生物學課程標準（2017 版）》明確將科學思維作為生物學核心素養(yǎng)的要素，科學論證作為一種重要的科學思維方式，反映在論點提出、數(shù)據(jù)分析、證據(jù)權(quán)衡和邏輯推理等層面的能力上。在生物學課堂應用科學論證教學，通過培養(yǎng)學生的論證技能，可讓學生學會如何提出、支持、評價及修正主張，運用證據(jù)支持自己的主張，為研究問題構(gòu)建合理的解釋。在論證的過程中，學生的思維能力得到提高，而且這種思維能力可運用到其他任何情境中［1］。

支架式教學理論，源于維果茨基的“最近發(fā)展區(qū)”理論，即為學習者構(gòu)建對知識的理解提供一種概念框架，這種概念框架是發(fā)展學習者對問題的進一步理解所需要的，為此，事先就需要將復雜的學習任務加以分解，以便把學習者的理解引入深入［2］。

支架式教學理論為教學中更好地融入科學論證提供新切入點，在論證教學中合理嵌入支架，為學生構(gòu)建論證提供強有力的支撐。本文以支架理論為基礎，提出“概念支架”和“論證支架”2 種類型的支架，通過教學實踐探討其對學生論證能力的影響，以期幫助學生跨越“最近發(fā)展區(qū)”，提高科學論證能力。支架與論證教學的具體關(guān)系如圖1。

圖1 支架與論證教學的關(guān)系

1 研究設計

1.1 研究工具的設計

1.1.1 論證模式和論證任務類型的確定 論證模式采用圖爾敏論證的基本模式，包括主張、證據(jù)和推理3 個基本結(jié)構(gòu)要素。主張即針對研究問題的結(jié)論、猜測或解釋；證據(jù)即用于支持主張有效性或合理性的觀察或測量；推理即闡明證據(jù)為什么支持 主張［3］。

為了體現(xiàn)生物學科的特點，同時適合中學生完成，故以中學生物學課程內(nèi)容為書面論證任務設計的背景，即論證任務類型為學科性論證任務。此次研究過程涉及的課程內(nèi)容具體為人教版高中生物學必修2 第2 章第3 節(jié)，第3 章第4 節(jié)，第4章第2 節(jié)，第5 章第1～2 節(jié)。

1.1.2 支架類型的確定 支架理論認為支架有2個互補機制：①幫助構(gòu)建問題解決任務；②使主題問題化。如果由于任務的復雜性或開放性而導致學生論證困難，支架可通過提供結(jié)構(gòu)化的工作空間幫助學生獲得提示，構(gòu)建論證［4］。

因此本研究提出“概念支架”和“論證支架”2種類型的支架?！案拍钪Ъ堋敝饕獮橹R內(nèi)容或操作步驟的提示（主要以問題的形式呈現(xiàn)），“論證支架”為論證結(jié)構(gòu)要素名稱的提示。

1.1.3 學科性論證任務的設計 依據(jù)支架的類型將學科性論證任務分為A，B，C 3 類，其中A 類論證任務：學生針對一個科學問題，按照要求提出主張，并用證據(jù)、推理支持它（該過程同時提供概念支架和論證支架）；B 類論證任務：論證過程僅提供概念支架；C 類論證任務：論證過程不提供支架。

以“基因?qū)π誀畹目刂啤币还?jié)教學設計中的某個論證任務為例，圖2中呈現(xiàn)的是A 類學科性論證任務。

圖2 A 類學科性論證任務實例

1.2 研究對象 選取廣東省廣州市某中學的某平行班學生（共46 人）作為研究對象。

1.3 研究過程 在本次科學論證教學實踐中，以學案形式先后發(fā)放5 次學科性論證任務，每個學案都包括3 種類型的論證任務。5 個學案共包括5個A 類論證任務，6 個B 類論證任務，6 個C 類論證任務。

共發(fā)放230 份學案，回收206 份，其中有效學案為190 份。無效學案為僅填寫基本信息，未填寫任何與論證任務有關(guān)內(nèi)容的學案。最后利用SPSS 25.0 軟件對有效數(shù)據(jù)進行方差分析和多重比較分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 支架對學生論證能力的影響情況 本研究主要探討2 種類型的支架對提高學生書面論證能力所起的作用，結(jié)果見表1。學生在A 類論證任務的得分高于C 類論證任務得分，具有顯著差異（P＜0.05）；B 類論證任務的得分高于C 類論證任務得分，具有極顯著差異（P＜0.01）；但A 類論證任務得分與B 類論證任務得分無顯著差異（P＞0.05）。說明提供支架有助于學生構(gòu)建完整的論證，并且相較于論證支架而言，概念支架的作用更明顯。即在學科性論證任務中提供適當?shù)闹Ъ?，尤其是概念支架，以問題形式暗示學生思維的方向，從而能幫助學生表現(xiàn)出更高的論證能力。

表1 支架對論證能力的影響的多重比較分析結(jié)果（總體）

2.2 支架對論證各結(jié)構(gòu)要素的影響情況 為了進一步衡量2 種類型的支架對論證各結(jié)構(gòu)要素的影響情況，從主張、證據(jù)和推理3 個基本要素再進行分析，結(jié)果見表2～表4。

由表2可知，從“主張”這一結(jié)構(gòu)要素分析，學生在A 類論證任務的得分高于C 類論證任務得分，具有極顯著差異（P＜0.01）；但A 類論證任務與B 類論證任務、B 類論證任務與C 類論證任務，得分均無顯著差異（P＞0.05）。說明同時提供2個支架有助于學生提出準確科學的主張，而單獨提供概念支架/論證支架的作用效果則較不明顯。

表2 支架對“主張”的影響的多重比較分析結(jié)果

由表3可知，從“證據(jù)”這一結(jié)構(gòu)要素分析，學生在A 類論證任務的得分高于C 類論證任務得分，具有極顯著差異（P＜0.01）；B 類論證任務的得分高于C 類論證任務得分，具有極顯著差異（P＜0.01）；但A 類論證任務得分與B 類論證任務得分無顯著差異（P＞0.05）。說明提供支架有助于學生從資料中提煉證據(jù)，且概念支架的作用更明顯。即提供概念支架時，學生能提煉出更完整、更準確的證據(jù)支持自己的主張。

表3 支架對“證據(jù)”的影響的多重比較分析結(jié)果

由表4可知，從“推理”這一結(jié)構(gòu)要素分析，學生在A 類論證任務的得分低于C 類論證任務得分，具有顯著差異（P＜0.05）；也低于B 類論證任務得分，具有極顯著差異（P＜0.01）；而B 類論證任務得分高于C 類論證任務得分，具有極顯著差異（P＜0.01）。說明提供概念支架對學生進行推理有一定的幫助，提供論證支架反而不助于學生進行推理；但學生在3 類論證任務的推理得分都很低，也說明推理是論證中最難的環(huán)節(jié)。

表4 支架對“推理”的影響的多重比較分析結(jié)果

3 討論

綜上，在科學論證教學中合理嵌入支架，能幫助學生構(gòu)建更完整、科學的論證。在教學初期，學生對論證的模式、方法等都較為陌生，而支架能為學生提供概念、元認知、程序和策略等方面的支持［6］。例如，通過提供論證支架暗示論證的隱形框架，提供結(jié)構(gòu)化的空間，從而幫助學生構(gòu)建完整的論證結(jié)構(gòu)；同時通過提供概念支架，為論證指引方向，降低任務／問題的復雜性，利于學生抓住科學問題的核心，從而更好地完善論證的內(nèi)容。

相較于論證支架，概念支架的作用會更明顯。Belland 等［7］的研究則發(fā)現(xiàn)論證支架對于成績差的學生有更顯著的影響，而對于成績好的學生則影響頗微。對于促進學生理解的支架，需要建立在學生的最近發(fā)展區(qū)中；而學生的最近發(fā)展區(qū)因個體而異，若支架對于某些學生造成了冗余效應，則無法促進其達到更高水平。概念支架是依據(jù)特定的論證任務而設計，而論證支架僅為論證結(jié)構(gòu)要素的暗示，可能更容易在后期產(chǎn)生冗余效應導致作用較小。

從論證的基本結(jié)構(gòu)要素分析，提供支架對于學生提煉證據(jù)的幫助最為明顯，尤其是概念支架；同時提供2 種支架對學生提出主張的幫助更為明顯；推理是最難的環(huán)節(jié)，概念支架對學生進行推理具有一定的幫助，論證支架對學生進行推理的促進作用不大。Gotwals 等［8］的研究也發(fā)現(xiàn)提供支架在支持學生提煉證據(jù)時發(fā)揮了最大的作用，但在推理部分沒有發(fā)揮太大作用。在特定的論證任務中，論證支架可提醒學生提出證據(jù)，概念支架可暗示學生如何提煉證據(jù)，需要提出多少證據(jù)等，從而促進學生提供更恰當、充分的證據(jù)。推理是為什么證據(jù)支持主張的邏輯，通常包括科學原則。如果學生不理解科學原則，則無法將其運用在論證中。雖然學生有時會將主張和證據(jù)聯(lián)系起來，但他們不太能闡明建立這種聯(lián)系的科學原則。這可能與學生很少在與科學有關(guān)的日常生活中使用規(guī)范性的科學原則有關(guān)。

由此可見，論證教學中，提供支架可幫助學生穿越“最近發(fā)展區(qū)”，更好地發(fā)展論證能力，尤其能提高學生提煉證據(jù)的能力；并且概念支架的作用效果更好。