基于“多重論證”的科學實踐課堂

翁慶雙 曾海輝 賈夢如

摘要： 基于“多重論證”的科學實踐教學模型，以“金屬的復習”為例，將模型建構、科學推理、科學解釋、科學評價（辯論）等科學實踐行為引入科學探究，提煉以證據(jù)為核心、以探究為載體、以思維為關鍵、以能力為目標的教學策略，以此消除化學教學中存在的模式化、教條化、機械化的現(xiàn)象。

關鍵詞： 多重論證; 科學實踐; 教學模型; 金屬的復習

文章編號： 10056629（2022）07003205

中圖分類號： G633.8

文獻標識碼： B

科學探究是化學學科核心素養(yǎng)之一。經(jīng)過近二十年的教學探索，初中化學中的探究教學相較之前已成熟許多，但同時也出現(xiàn)了一些新問題，主要表現(xiàn)有三個方面： 一是將科學探究僵化為單一步驟集合體，缺乏假說、推測、解釋等理論性思考;二是對科學探究的解讀陷入“科學方法”的思維定勢，弱化科學思維的作用;三是對科學探究理解未能統(tǒng)一，教學實踐千差萬別[1]。2011年，美國發(fā)布《K12年級科學教育框架： 實踐、跨學科概念和核心概念》（以下簡稱“科學教育框架”）中，以“科學實踐”取代“科學探究”，提出從科學探究向科學實踐的轉變。這其中的關鍵則是引入模型建構、科學推理、科學解釋、科學評價（辯論）等在科學教育中很少被足夠重視的重要科學實踐行為[2]。

科學教育改革將提高學生的科學素養(yǎng)作為目標，即培養(yǎng)學生具備像科學家一樣收集資料、分析數(shù)據(jù)、形成觀點并與科學社群進行溝通互動的能力，讓學生為他們的想法尋找理由及論據(jù)，進而提高邏輯推理和問題解決能力?；诖耍疚慕Y合當代相關教育理論，將“科學論證”引入化學教學，建構基于“多重論證”的科學實踐模型。

1 基于“多重論證”的科學實踐模型概述

從科學探究到科學實踐的轉變，關鍵在于科學論證。缺少科學論證的探究就變成了固化的步驟模式?？茖W論證要求師生基于現(xiàn)象進行推理，基于假設獲取證據(jù)，基于證據(jù)建構模型，基于模型做出解釋，并以此尋求探究結果與理論的一致性，此即為科學實踐?；凇岸嘀卣撟C”的科學實踐模型，即在教學過程中突出科學論證，注重從已有經(jīng)驗、問題情境、科學實驗、調查搜證等多方面識別、轉換、形成證據(jù)，利用證據(jù)進行推理解釋，在假設與結論之間建立多重邏輯關系，從而解決問題。此學習過程突出證據(jù)作用過程，強調科學研究的實踐屬性。具體實踐模型如圖1所示。

第一，以證據(jù)過程為核心。這里所謂的證據(jù)，可以理解為作出判斷的理由與依據(jù)，既包括用于推理論證過程的信息和數(shù)據(jù)，也包括獲得（形成）證據(jù)的過程。證據(jù)過程貫穿于整個科學教學，它是一切科學推理與論證的起點。

第二，以科學實踐為載體。此處科學實踐即為科學探究，就如美國“科學教育框架”中所言，科學實踐之于科學探究并非否定取代之意，而是為之正名[3]?？茖W探究依然是科學研究和學習的重要方式，它包含了真實問題解決的環(huán)節(jié)、高階思維應用的情境、關鍵能力培養(yǎng)的途徑。之所以采用科學實踐這一提法，意在防止教學中出現(xiàn)過分模式化、教條化與機械化的處理方

式，突出高階思維、關鍵能力、態(tài)度觀念在其中的重要作用與地位。

第三，以科學思維為實質。科學思維是化學學科核心素養(yǎng)的重要組成部分，在科學實踐過程中，科學思維是學生從一個探究環(huán)節(jié)到另一個探究環(huán)節(jié)所發(fā)生的心智過程，如科學推理、科學論證、科學解釋、科學建模、模型理解等。科學思維隱含在學習過程之中，卻又真實存在。北京師范大學董艷教授認為，“沒有科學思維的科學探究只能停留在做做看，做到哪算哪的淺層次”。只有融入科學思維，尤其是高階思維，科學探究才能真正意義上向科學實踐轉變。

第四，以論證循環(huán)為關鍵。本模型中的科學論證循環(huán)是指從提出假設、確定所需證據(jù)、獲取處理數(shù)據(jù)、分析論證，到反駁并修正假設，再次進入論證，如此循環(huán)往復的過程。每一次論證循環(huán)之中，學習者或是發(fā)現(xiàn)假設偏頗予以修正，或是數(shù)據(jù)偏差予以糾正，或是證據(jù)不足予以補充，從而實現(xiàn)對科學論證的逐步優(yōu)化和完善。該過程包含推理、論證、建模等思維內(nèi)容，融入大量的元認知、創(chuàng)新性、批判性、決策性等高階思維過程。

2 基于“多重論證”的科學實踐教學策略

將基于“多重論證”的科學實踐模型應用于初中化學教學，旨在通過科學論證過程，提升高階思維，發(fā)展關鍵能力，培養(yǎng)核心素養(yǎng)。本文以“金屬的復習”為例對具體做法進行說明。

2.1 基于情境推理，形成初步結論

在“金屬的復習”提問環(huán)節(jié)中，教師設置“探尋眼鏡框上的綠色物質”的任務情境，引導學生在活動中獲得情境證據(jù)，調用原有證據(jù)（原有認知），并以此為基礎表達心中的疑問，進一步通過分析整合，確立“綠色物質是怎么形成的”為本節(jié)課的研究主題。而在建立假設的過程中，讓學生搜索原有認知中與“金屬銹蝕原理、產(chǎn)物及其性質”有關的信息，并結合之前的情境證據(jù)進行推理，從而初步回答提出的問題，建立初步假設。具體過程如圖2所示。

此環(huán)節(jié)中，學生以情境證據(jù)為基礎進行推理，活動任務情境可活躍課堂氛圍，激發(fā)學習動機。而推理過程則隱藏在科學實踐環(huán)節(jié)之中，如確立研究問題時，學生要對表達的疑問進行分析回答、篩選整合，利用情境證據(jù)和原有證據(jù)進行推理。再如建立假設的過程，既是對研究問題的回答，也是一個推理過程，只是推理依據(jù)來源于情境證據(jù)與原有證據(jù)，所得答案是初步假設，仍需進一步論證。以上推理過程都是基于“證據(jù)→結論”的正向推理。

2.2 基于證據(jù)獲取，設計多重論證

基于“多重論證”的科學實踐課堂經(jīng)歷多次論證過程，每一次論證過程都圍繞證據(jù)展開。如基于初步假設的逆向推理可確定進一步論證所需的證據(jù)，之后的設計實施方案是為了獲取證據(jù)。獲得證據(jù)后的正向推理便可建立證據(jù)與結論之間的邏輯關系： 若支持結論則論證成立，否則將反駁并修正假設，最后再次進入逆向推理過程，開始新一輪論證。如此往復，構成了“推理論證循環(huán)”。其操作模型如圖3所示。

此環(huán)節(jié)總共經(jīng)歷五次“推理論證循環(huán)”，證據(jù)獲取過程包括科學實驗，查閱文獻、書籍、網(wǎng)絡影像資料，詢問求助等多個途徑。證據(jù)內(nèi)容包含銅生銹的現(xiàn)象、銅銹的化學成分、古法煉銅原理、置換法提取銅、還原法提取銅等五個方面。由于單次論證過程均無法完全

支持結論，其中“論證二”甚至反駁假設，但所有五次論證循環(huán)綜合分析，卻大大增加了結論的可靠性，使假設更加接近真相。

值得一提的是，整個“推理論證循環(huán)”中的思維過

程有逆向推理（由結論到證據(jù)）、證據(jù)獲?。ǚ桨冈O計與實施）和正向推理（由證據(jù)到結論）等。學生所采用的學習方式有獨立思考、合作討論、說理解釋、辯論反駁、交流評價等，所有這些共同構成了科學論證的過程。因此，此環(huán)節(jié)對提升學生表達與交流、信息獲取與加工、評價與反思等學科能力，培養(yǎng)元認知、創(chuàng)造性、批判性、決策性等思維能力有至關重要的作用。這正是科學探究向科學實踐轉化的關鍵。

2.3 基于科學解釋，優(yōu)化科學模型

在“推理論證循環(huán)”環(huán)節(jié)，學生獲得了包括情境證據(jù)、原有證據(jù)、獲取的證據(jù)在內(nèi)的證據(jù)群，初步完成了證據(jù)與假設之間的邏輯鏈接。對假設的支持、反駁或修正都是基于個別證據(jù)的論證。要完全解決問題，則需要對證據(jù)群進行分析整理，尋找建立“證據(jù)與證據(jù)”、“證據(jù)、結論與問題”之間的邏輯關系，需要涉及科學推理、科學建模和科學解釋的過程。其過程如圖4所示。

此過程中學生通過科學推理對證據(jù)群進行綜合分析。首先，情境證據(jù)、原有證據(jù)及證據(jù)2在推理和反駁修正的基礎上共同建構了生成綠色物質的反應物模型;證據(jù)1與證據(jù)3確認了假設成立的可能性;證據(jù)3為證據(jù)5的獲取打開了思路;證據(jù)4與證據(jù)5則是直接從綠色物質中提取出了金屬銅，為假設的成立提供了有力的支持。其次，基于證據(jù)群提取并建構了問題解決模型，包括生成綠色物質的化學反應原理、反應物的來源及生活應用。其三，利用模型對現(xiàn)象進行解釋，獲得科學模型與現(xiàn)象之間的一致性、合理性和邏輯性。最終問題得以解決。

3 基于“多重論證”的科學實踐模型的應用價值

3.1 促進科學探究向科學實踐轉變

基于“多重論證”的科學實踐課堂，以證據(jù)要素為基礎，始于真實情境中的問題提出，終于科學探究后的問題解決。而這兩者之間包含了科學推理、模型建構、模型理解、科學解釋、科學論證的思維過程;同時也有科學實驗、調查研究、資料查閱、詢問求助等研究方法;還有合作、討論、評價、辯論、說服、反駁等實踐行為。所有這些加深了學習者的研究層次，突出了學習過程的實踐屬性，加強了科學探究的靈活性，促進了科學探究向科學實踐的轉變。

3.2 促進淺層認知向深度學習轉變

基于“多重論證”的科學實踐課堂，擁有生活化的問題情境（眼鏡框上的綠色物質）、統(tǒng)領性的學習主題（綠色物質如何形成）、挑戰(zhàn)性的學習任務（尋找證據(jù)解決問題）、合作交流的學習方式（科學實踐過程）、持續(xù)性的學習評價（對假設、方案、證據(jù)過程的討論與反思）。作為學習主體的學生身歷其境，獲得內(nèi)在的學習動機，主動進行知識建構，運用創(chuàng)造性、批判性、決策性的高階思維，實踐元認知及建模遷移的學習過程。學生的學習層次由表面淺層轉向內(nèi)涵深層次。

3.3 促進低階思維向高階思維轉變

基于“多重論證”的科學實踐教學引入的是科學論證過程，而科學論證的推進需要科學推理、科學建模、科學解釋的參與。相較講授式課堂，學生由記憶、理解、應用等低階思維的運用，向分析、評價、創(chuàng)造等高階思維活動轉變，有利于學生關鍵能力的提升。

3.4 促進知識傳授向素養(yǎng)提升轉變

以知識立意的課堂教學已不能滿足現(xiàn)階段對人才培養(yǎng)的要求，只有從素養(yǎng)立意出發(fā)，才能培養(yǎng)出適應新時代的人才。初中化學課程核心素養(yǎng)已經(jīng)發(fā)布，包括

化學觀念、科學思維、探究實踐、科學態(tài)度與責任四個方面。其中探究實踐是其他幾個素養(yǎng)要素培養(yǎng)的載體，而核心素養(yǎng)的培養(yǎng)效果則取決于科學探究向科學實踐轉化的程度?；凇岸嘀卣撟C”的科學實踐課堂，從核心素養(yǎng)導向的教學目標出發(fā)，在科學教學中引入“多重論證”過程，從本質上實現(xiàn)從科學探究到科學實踐的轉變。其中“多重論證”過程，則是建立在科學推理、科學建模、科學解釋等多種科學思維的基礎之上。它建立了化學學科核心素養(yǎng)各要素之間的聯(lián)系，提供了核心素養(yǎng)真正落地的途徑。

4 基于“證據(jù)推理”的科學教學反思

在教學實踐中發(fā)現(xiàn)，基于“多重論證”的科學實踐課堂中，多重論證環(huán)節(jié)的設計是難點和關鍵。它直接影響學生的學習參與度、思維有效度、能力提升度、情感內(nèi)化度和目標達成度。這就要求一線教師不但要理清證據(jù)之間的關系、論證循環(huán)的順序、論證形式的安排，還要做好學生學習的指導者、幫助者和傾聽者，營造和諧寬松的學習環(huán)境，力求取得更好的教學效果。因而教師扎實的教學功底和先進的教學理念就顯得難能可貴了。

參考文獻：

[1]唐小為， 丁邦平. “科學探究”緣何變身“科學實踐”——解讀美國科學教育框架理念的首位關鍵詞之變[J]. 教育研究， 2012， （11）： 141～145.

[2]王威， 劉恩山. 美國科學教育框架設計理念的發(fā)展動態(tài)[J]. 外國教育研究， 2012， （8）： 70～75.

[3]黃恭福. 科學實踐：“科學探究與創(chuàng)新意識”核心素養(yǎng)的意蘊[J]. 化學教學， 2020， （10）： 3～13.