科學(xué)論證在探究式教學(xué)中的應(yīng)用

何燕玲

科學(xué)論證是利用證據(jù)建立科學(xué)的理由以支持科學(xué)觀點(diǎn)。從形式上看，科學(xué)論證大體包括個體論證和個體間的論證兩類，前者是指個體通過科學(xué)推理，利用證據(jù)建立自己的科學(xué)主張，后者是指人與人之間通過辯論、爭論等形式，對相互對立的主張進(jìn)行辯駁，從而鞏固個人主張?？茖W(xué)思維是核心素養(yǎng)的核心，科學(xué)論證是當(dāng)前課程改革提出的科學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)之一“科學(xué)思維與創(chuàng)新”所包含的要素，學(xué)生在每個探究環(huán)節(jié)都要有著眼整體的科學(xué)論證過程。在引導(dǎo)五年級學(xué)生對“小水珠從哪里來”的探究中，我著力培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)論證能力，進(jìn)而提升他們的思維能力。

教學(xué)分析

學(xué)生在探究“小水珠從哪里來”之前，已經(jīng)對水的特點(diǎn)有比較清晰的認(rèn)識，對水蒸氣以及水變成水蒸氣有了一定的理解，初步建立了蒸發(fā)和沸騰的概念，這為本課學(xué)習(xí)凝結(jié)以及進(jìn)一步認(rèn)識水的三態(tài)變化奠定了基礎(chǔ)。

為更好地幫助學(xué)生探究“小水珠從哪里來”這個問題，在教學(xué)設(shè)計前，我對學(xué)生進(jìn)行了前測，了解他們對凝結(jié)現(xiàn)象的認(rèn)識情況。前測題是：夏天，我們從冰箱里拿出一瓶礦泉水，過一會兒外壁會出現(xiàn)很多小水珠，這是怎么回事？參與調(diào)查的五（1）班39名學(xué)生的回答主要有三種情況：根本不知道的1人;能正確作答的有5人（通過課后訪談，了解到這5名學(xué)生是看了一些科普書籍，知道答案）;33人關(guān)于凝結(jié)現(xiàn)象的解釋很混亂，他們的解釋中存在許多錯誤的概念，如許多學(xué)生認(rèn)為“冰箱里會產(chǎn)生小水珠，這些水珠凝固在杯子上”。

通過測查前概念發(fā)現(xiàn)，學(xué)生的回答中會提到凝結(jié)現(xiàn)象發(fā)生的其中一個條件——水蒸氣或溫度。有學(xué)生認(rèn)為“礦泉水瓶外壁出現(xiàn)的水珠可能是從瓶子里漏出來的”，也有學(xué)生認(rèn)為“瓶外壁不會出現(xiàn)小水珠”。學(xué)生對冷藏的礦泉水瓶外壁出現(xiàn)的水珠的解釋，暴露了他們對凝結(jié)現(xiàn)象的認(rèn)識，大部分學(xué)生糾結(jié)冰箱里是否帶出來了冷氣、水蒸氣、霧或霜，想不到是空氣中的水蒸氣遇冷凝結(jié)在瓶子的外壁而出現(xiàn)了小水珠。因為水蒸氣不可見，學(xué)生很難想到瓶子的外壁出現(xiàn)了小水珠是水蒸氣凝結(jié)所造成的。面對學(xué)生的這些千奇百怪的解釋，該如何設(shè)計論證式的教學(xué)，才能更好地引領(lǐng)他們在課堂上開展有效的科學(xué)探究呢？根據(jù)這些情況，我決定在課堂上先解決學(xué)生對水蒸氣的認(rèn)識問題，然后解決凝結(jié)的另外一個條件溫度。當(dāng)學(xué)生初步理解了凝結(jié)現(xiàn)象發(fā)生的兩個條件后，再結(jié)合生活中的一些證據(jù)進(jìn)行引導(dǎo)，學(xué)生就很容易理解從冰箱里拿出來的礦泉水瓶子外壁出現(xiàn)水珠的現(xiàn)象。

教學(xué)過程及策略

1.結(jié)合學(xué)生的生活創(chuàng)設(shè)情境

科學(xué)論證式的教學(xué)所創(chuàng)設(shè)的問題情境要盡可能來源于學(xué)生的生活。問題情境離學(xué)生生活越近，越容易激發(fā)他們探究的興趣和進(jìn)行論證的欲望。本節(jié)課開始，我把裝有茶水的杯子舉起，掀開杯蓋，面向?qū)W生。學(xué)生很快發(fā)現(xiàn)杯蓋上面有小水珠，并解釋小水珠出現(xiàn)在杯蓋的原因。學(xué)生的回答：它們是杯子里的水跑上面去了;杯子里的熱氣會上升到杯蓋上，凝結(jié)了。學(xué)生的回答中有“凝結(jié)”一詞，但究竟什么是凝結(jié)，他們并不能進(jìn)行科學(xué)解釋。我進(jìn)一步聚焦問題：杯蓋上的小水珠是怎么形成的？學(xué)生論證的問題有兩個方面：水蒸氣、溫度。學(xué)生的觀點(diǎn)有三類：一部分學(xué)生認(rèn)為只要水蒸氣遇到物體就會形成小水珠，和溫度無關(guān);一部分學(xué)生認(rèn)為水蒸氣遇熱就出現(xiàn)小水珠;還有一部分學(xué)生認(rèn)為水蒸氣遇冷才會出現(xiàn)小水珠。學(xué)生在論證過程中要對問題進(jìn)行多種可能的解釋或闡述，論證的問題可以引發(fā)他們的認(rèn)知沖突，這樣就形成了一個論證氛圍。在學(xué)生科學(xué)論證的過程中，我鼓勵他們說出自己的觀點(diǎn)和理由，并幫助他們有理有據(jù)地表達(dá)出來。

2.依據(jù)證據(jù)提出觀點(diǎn)或形成假設(shè)

杯蓋上的小水珠到底是怎樣形成的？要弄清楚這個問題，學(xué)生需要獲取更全面的證據(jù)。我讓學(xué)生分組觀察。

首先，需要考慮該準(zhǔn)備什么樣的水做實驗。實驗中的水一定是熱水，但一定不能看出冒著熱氣（熱氣容易讓學(xué)生產(chǎn)生白汽這個錯誤概念）。學(xué)生看不到杯子中的水如何到杯蓋，有利于呈現(xiàn)他們原有的想法，為后面不斷獲取證據(jù)、理解凝結(jié)的概念奠定基礎(chǔ)。

其次，情境的創(chuàng)設(shè)應(yīng)該是一個持續(xù)的系統(tǒng)，即持續(xù)圍繞杯蓋里的現(xiàn)象進(jìn)行。學(xué)生用培養(yǎng)皿模擬杯蓋，用燒杯模擬杯身，靜靜觀察兩分鐘后，他們觀察到了水蒸氣凝結(jié)的現(xiàn)象：“開始的時候杯蓋沒有小水珠，過了一會兒杯蓋變得像蓋了一層霧，再過一會兒就出現(xiàn)小水珠了。”針對這個現(xiàn)象，學(xué)生提出自己的觀點(diǎn)：杯蓋上的小水珠與杯里的水有關(guān)，杯里的熱氣到杯蓋上去了。有部分學(xué)生會聯(lián)系到之前學(xué)習(xí)的蒸發(fā)知識，提到是水蒸氣到杯蓋凝結(jié)而成。盡管學(xué)生之間的表達(dá)略有不同，但他們很容易達(dá)成一致，那就是杯蓋上要有小水珠出現(xiàn)就必須有充足的水蒸氣。

水蒸氣為什么會在杯蓋上出現(xiàn)呢？學(xué)生對于凝結(jié)的第二個條件即溫度產(chǎn)生了爭論。有學(xué)生認(rèn)為水蒸氣遇到杯蓋就會出現(xiàn)凝結(jié)，和溫度無關(guān)，有學(xué)生認(rèn)為與溫度有關(guān)，也有學(xué)生認(rèn)為水蒸氣遇到了冷的物體就會出現(xiàn)水珠，還有些學(xué)生認(rèn)為水蒸氣遇到了熱的物體就會出現(xiàn)水珠。學(xué)生在論證的過程中，依據(jù)觀察到的現(xiàn)象作為證據(jù)，不斷明確自己的觀點(diǎn)，即形成假設(shè)。如果這節(jié)課僅憑借杯蓋上水珠的問題就讓學(xué)生猜想，而忽視他們的細(xì)致觀察、體驗的思考過程，就會影響到后面的論證。

3.依據(jù)假設(shè)設(shè)計實驗方案

學(xué)生有了自己的觀點(diǎn)，就可以引導(dǎo)他們?yōu)樽约旱挠^點(diǎn)尋找證據(jù)。于是，教學(xué)進(jìn)入到實驗設(shè)計環(huán)節(jié)，即怎樣證明觀點(diǎn)是正確的。如果有學(xué)生認(rèn)為杯蓋上的小水珠形成條件與水蒸氣、溫度有關(guān)，他們就要依據(jù)自己的假設(shè)來設(shè)計實驗方案。教師應(yīng)當(dāng)提示學(xué)生闡明自己的想法時，要說說自己這樣想的理由。從個人思考到小組研討達(dá)成一致，學(xué)生將會經(jīng)歷個體論證和個體間的論證過程。

有學(xué)生在小組研討后提出本組的實驗方案：“我們認(rèn)為水蒸氣遇冷變成小水珠。所以，我們可以把杯蓋變冷，如果杯蓋上出現(xiàn)小水珠就說明我們的想法是對的?！边@組學(xué)生認(rèn)為不需要對比實驗，直接驗證就可以了。這位學(xué)生還沒有匯報完，其他組的同學(xué)就開始質(zhì)疑：“我們先拿一個冷的杯蓋蓋在杯子上，再拿一個熱的杯蓋蓋在杯子上。如果冷的杯蓋上有小水珠就說明水蒸氣遇冷會形成小水珠，如果熱的杯蓋上有小水珠就說明水蒸氣遇熱會形成小水珠。如果兩個杯蓋上都出現(xiàn)了，就說明小水珠的形成與溫度無關(guān)。如果只做其中一個實驗，就不能證明我們的觀點(diǎn)?！?/p>

在實驗方案產(chǎn)生的過程中，同學(xué)之間出現(xiàn)了不一致的意見，有的對實驗設(shè)計進(jìn)行補(bǔ)充，有的對實驗設(shè)計不合理的地方提出質(zhì)疑，最終通過集體論證獲得大家都認(rèn)可的實驗方法。

4.在論證與假設(shè)間建立聯(lián)系

實驗設(shè)計是否合理，是否能夠達(dá)成實驗?zāi)康模枰趯嵺`中檢驗。對學(xué)生而言，說和做之間是有差距的。比如，冷熱不同的杯蓋該如何處理？學(xué)生想到可以把杯蓋放進(jìn)熱水和冷水來實驗。在這個實驗里，學(xué)生對“水蒸氣遇冷”這個條件理解上有難度，即水蒸氣要遇到比自身冷的物體才可以凝結(jié)。如果學(xué)生能夠分清實驗中燒杯里的熱水、杯蓋上的熱水和冷水的作用，他們就能根據(jù)事實較好地進(jìn)行論證和解釋。

在學(xué)生制訂實驗方案后，我組織他們進(jìn)行實驗，收集、整理證據(jù)，并與當(dāng)初的假設(shè)建立聯(lián)系，使實驗探究成為一個有邏輯的整體。課堂上我通過提問引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實驗匯報，讓他們經(jīng)歷一個科學(xué)論證過程。

師：你們觀察到了什么現(xiàn)象？你們原來的猜想是什么？根據(jù)觀察到的現(xiàn)象，你得到了什么結(jié)論？

生：我發(fā)現(xiàn)冷的杯蓋底部出現(xiàn)了小水珠，熱的杯蓋的底部沒有出現(xiàn)小水珠。我原來猜想水蒸氣只要遇到物體就會出現(xiàn)小水珠。根據(jù)觀察到的現(xiàn)象，我得到的結(jié)論是：水蒸氣遇到比自身冷的物體會形成小水珠。

生：我發(fā)現(xiàn)，冷的杯蓋下面很快出現(xiàn)了很多小水珠，而熱的杯蓋下面沒有小水珠。我原來認(rèn)為水蒸氣遇到比自己冷的物體會出現(xiàn)小水珠，通過實驗驗證了我的猜想是對的。

學(xué)生這樣的論證、表述，體現(xiàn)了他們的科學(xué)思維過程，讓他們的科學(xué)探究更加深入、持久。在以前的教學(xué)中，我往往忽略將科學(xué)論證過程與學(xué)生提出的假設(shè)建立聯(lián)系，這樣容易導(dǎo)致學(xué)生的探究過程不能渾然一體。

5.不斷豐富論據(jù)、完善論證

杯蓋上的小水珠是怎么形成的？學(xué)生探究這個問題的過程就是在經(jīng)歷科學(xué)論證的過程。學(xué)生對凝結(jié)概念的建構(gòu)不能僅僅停留在這個階段，還需要更充分的證據(jù)，這就是我們常說的知識遷移和應(yīng)用環(huán)節(jié)。在關(guān)注學(xué)生科學(xué)論證的教學(xué)中，也要重視遷移和應(yīng)用，使生活中的事實成為論據(jù)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步論證。如燒水的壺嘴和蓋子會看到白汽，從冰箱冷藏室拿出的礦泉水瓶表面會出現(xiàn)小水珠，這兩種不同的情況可作為論證過程中的證據(jù)。前者是內(nèi)部的（鍋里）水蒸氣遇到外面的冷空氣凝結(jié)成的小水珠，所以看到白汽。所謂“白汽”其實就是小的水滴，因為輕而上升，但上升到一定階段又看不見了，也就是又變成了水蒸氣。后者是外部（冰箱外）空氣里的水蒸氣遇冷，凝結(jié)成的小水滴。通過這兩類生活現(xiàn)象，學(xué)生可以把生活中更多的凝結(jié)現(xiàn)象有理有據(jù)地表述出來。有學(xué)生說：“水蒸氣遇冷會凝結(jié)成小水珠，冬天嘴里呼出的白汽，是嘴里的水蒸氣遇到外面的冷空氣而凝結(jié)成的小水滴?！边€有學(xué)生提道：“夏天吃冰棍時，看到冰棍上面冒白汽。這個白汽是空氣中的水蒸氣遇到冰棍周圍的水蒸氣凝結(jié)成的小水滴?！蓖ㄟ^這樣的論證，學(xué)生對生活中露的形成也更加清楚了。

學(xué)生把學(xué)到的知識遷移和應(yīng)用也是一個演繹推理的過程，經(jīng)歷這樣的過程，有助于他們在科學(xué)論證時有理有據(jù)、條理清晰。

6.基于探究過程進(jìn)行概括

學(xué)生的科學(xué)探究需要對探究研究過程有理有據(jù)、有邏輯層次地概括和總結(jié)。以往，我們通常通過板書帶著學(xué)生進(jìn)行總結(jié)，試圖為他們的探究學(xué)習(xí)畫上一個完美的句號。本課則關(guān)注學(xué)生的科學(xué)論證，課的最后引導(dǎo)他們嘗試對探究的問題進(jìn)行回顧。有的學(xué)生會直接說出結(jié)論：“杯蓋上的小水珠是水蒸氣遇冷凝結(jié)成的小水珠?！边@時，我采用一些關(guān)鍵的引導(dǎo)詞提示學(xué)生進(jìn)行總結(jié)：“你能完整地說說，這節(jié)課我們是怎么研究的嗎？我們研究的問題是什么？我們首先怎么做，然后怎么做，接下來怎么做？最后得到什么結(jié)論？”學(xué)生在提示下，按照科學(xué)論證的表述要求完成了對本課的總結(jié)。這個過程也是對全班同學(xué)的示范，提示每個同學(xué)都按照這種思路對本課進(jìn)行總結(jié)，使得他們對本課內(nèi)容理解得更深刻。

總結(jié)與反思

論證式教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)有很大的不同，是一種真正以學(xué)生為中心的教學(xué)活動。在實施過程中要以學(xué)生為主體，教學(xué)設(shè)計要順應(yīng)學(xué)生探究式學(xué)習(xí)的認(rèn)知需要，關(guān)注教學(xué)細(xì)節(jié)。

在引入環(huán)節(jié)，通過真實的問題情境引發(fā)學(xué)生的多種猜想，并盡可能多地探查他們的已有知識與經(jīng)驗;在猜想與假設(shè)環(huán)節(jié)要讓學(xué)生有據(jù)可依，形成自己的初步觀點(diǎn);在設(shè)計實驗、收集處理數(shù)據(jù)環(huán)節(jié)，要讓學(xué)生把證據(jù)與假設(shè)建立聯(lián)系，使探究過程形成一個有邏輯的整體;在知識遷移和應(yīng)用環(huán)節(jié)，要進(jìn)一步聯(lián)系生活，提供更多的證據(jù)，為學(xué)生建構(gòu)科學(xué)概念服務(wù)。學(xué)生在每個環(huán)節(jié)的論證表述都是他們思維的外化，教師要充分關(guān)注學(xué)生的思維過程，進(jìn)行必要的引導(dǎo)，讓論證式教學(xué)收到更好的效果。

引導(dǎo)學(xué)生對“小水珠從哪里來”的探究，力圖展開科學(xué)論證過程，是一次有益的嘗試，還存著很多問題。首先，論證式的課堂以學(xué)生為中心，需要展開論證過程，要激發(fā)學(xué)生更多思考，讓他們能通過尋找更多的證據(jù)來解決問題，一節(jié)課的教學(xué)時間往往不夠。其次，論證式的教學(xué)要想提高效益，需要根據(jù)學(xué)生的情況，進(jìn)行有目的的培養(yǎng)和訓(xùn)練，如在平時要訓(xùn)練學(xué)生如何有根據(jù)地表達(dá)觀點(diǎn)，敢于對同學(xué)的觀點(diǎn)有理有據(jù)地質(zhì)疑，同時也要對自己的觀點(diǎn)進(jìn)行辯護(hù)。再次，教師在課堂上要創(chuàng)設(shè)更加寬松的學(xué)習(xí)氛圍，便于學(xué)生打開思維、暢所欲言。最后，開展論證式教學(xué)，還要形成一套科學(xué)的評價體系來評估論證式教學(xué)的有效性。

（本文系北京市教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2018年度一般課題《在小學(xué)科學(xué)探究教學(xué)中關(guān)注學(xué)生的科學(xué)論證》的階段性成果，課題編號：CDDB18178。）