基于SWH模式的科學(xué)論證的核心要義及教學(xué)案例

●弭樂 ，朱正芳 ，胡衛(wèi)芹 ，高立富 ，郭亞新 ，楊強(qiáng)強(qiáng) ，李欣

在科學(xué)教育實踐中，科學(xué)論證是科學(xué)探究的核心，也是課堂中最常見的科學(xué)對話行為之一?？死时仍诳茖W(xué)史中談到，“歐洲傳統(tǒng)的科學(xué)史是視覺和論證的歷史”，反映了科學(xué)論證的中心地位，它將科學(xué)探究的“實踐”工作與發(fā)展科學(xué)概念和理論的“心靈”工作聯(lián)系起來?？茖W(xué)論證能夠引導(dǎo)學(xué)生參與認(rèn)知和元認(rèn)知過程，幫助學(xué)生建模以及發(fā)展合作論證的能力。在嘗試建構(gòu)科學(xué)論證的過程中，學(xué)生不僅能增進(jìn)對科學(xué)概念的理解，還能培養(yǎng)他們開展科學(xué)對話的能力，促進(jìn)參與對環(huán)境污染等社會熱點問題的討論，更好地融入社會。因此，在設(shè)計課程時，中、美、加、澳等國家或地區(qū)科學(xué)課程綱領(lǐng)文件中都將 “建構(gòu)科學(xué)論證”作為學(xué)生的科學(xué)實踐的關(guān)鍵要素之一。

一、科學(xué)論證的核心要義與實施困境

德瑞弗等定義“科學(xué)論證是一個特定社區(qū)內(nèi)的社會協(xié)商的迭代過程，通過提出問題、收集資料和證據(jù)、構(gòu)建和批判觀點，以達(dá)成共識”[1]。根據(jù)該定義，科學(xué)論證包括兩個趨同方面：社會協(xié)商和對論證的認(rèn)知理解。論證是一種涉及知識建構(gòu)和批判的社會協(xié)商活動，采用“協(xié)商”一詞而不是“互動”或“交流”，強(qiáng)調(diào)學(xué)?？茖W(xué)論證的目標(biāo)不僅交流想法并說服他人，而且當(dāng)學(xué)生面對分歧和認(rèn)知沖突時，共同找出論證的缺陷，最終達(dá)成共識。協(xié)商是一種互動形式，福特強(qiáng)調(diào)，“為了通過社會協(xié)商達(dá)成共識，論證構(gòu)建和批判互動至關(guān)重要”[2]?？茖W(xué)家構(gòu)建論證，將其分享給公眾評論，以確定其中的不足之處，并進(jìn)一步強(qiáng)化。因此，批判激發(fā)了真實的知識建構(gòu)，這是對科學(xué)實踐的獨特性和批判性反映。美國K-12科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)重視批判在科學(xué)學(xué)習(xí)中的作用，指出“批判是構(gòu)建新知識的基本要素，尤其是科學(xué)學(xué)習(xí)的基本要素”。

研究表明，通過批判促進(jìn)學(xué)生參與知識建構(gòu)并不容易。希梅內(nèi)斯·阿萊克安德烈等在遺傳學(xué)單元中評估了中學(xué)生的論證，發(fā)現(xiàn)他們主要專注于提出觀點，而沒有必要的證明[3]。薩德勒研究學(xué)生在論證過程中遇到的困難，得出：（1）學(xué)生通常不使用科學(xué)證據(jù)來支持他們的理由；（2）學(xué)生不能勝任分析和批判論證；（3）學(xué)生經(jīng)常提出不合理的觀點，以及很難識別相反的觀點[4]。杜施爾等將這些困難歸因于對資料、證據(jù)、觀點和連貫論證缺乏認(rèn)知理解[5]。也就是說，學(xué)生在進(jìn)行論證時，應(yīng)該對“什么是高質(zhì)量的科學(xué)論證”有一個深入理解。學(xué)生還需要利用這個標(biāo)準(zhǔn)來批判彼此的想法。重要的是，學(xué)生需要將論證認(rèn)知理解作為工具，提出問題、收集資料，將資料轉(zhuǎn)化為支持觀點的證據(jù)，并公開辯論。

針對上述問題，眾學(xué)者呼吁論證教學(xué)應(yīng)整合論證的兩個方面——社會協(xié)商和對論證的認(rèn)知理解。在此背景下，滲透式論證教學(xué)模式被視為是一種有效的干預(yù)措施，它體現(xiàn)了“論證是一種探究”的觀念。在該模式中，論證作為一種關(guān)鍵手段，學(xué)生通過提出問題、收集資料和證據(jù)、辯論觀點來學(xué)習(xí)知識，從而參與整個探究過程。

二、基于SWH模式的論證教學(xué)模式

滲透式論證教學(xué)模式通過探究促進(jìn)學(xué)生參與論證實踐，分為兩種類型：基于模型的探究和基于論證的探究?；谀Ｐ偷奶骄渴且环N整合建模和論證的滲透式教學(xué)方法，如SNP模式（Science Negotiation Pedagogy，簡稱SNP）；基于論證的探究是論證驅(qū)動的滲透式教學(xué)方法，如SWH模式（Science Writing Heuristic，簡稱SWH）[6]。SWH模式旨在通過社會協(xié)商培養(yǎng)學(xué)生對論證和學(xué)科大概念的理解。考慮到該模式的定位完全符合科學(xué)實踐，似乎是最有希望培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)的論證教學(xué)方式。下面重點介紹SWH模式及其應(yīng)用，為指導(dǎo)教師實施SWH模式，提供了兩個模板：教師模板和學(xué)生模板，具體如表1所示。

表1 SWH模式（教師和學(xué)生）

教師模板由八個階段組成，當(dāng)教師在科學(xué)課堂上實施基于論證的探究教學(xué)時，這些階段為教學(xué)搭建了腳手架。其中協(xié)商階段一和階段二重點聚焦學(xué)生通過社會協(xié)商發(fā)展口頭和書面論證能力。協(xié)商階段一包括學(xué)生進(jìn)行意義協(xié)商，以便進(jìn)行小組探究和觀察；鼓勵學(xué)生在小組中提出觀點和證據(jù)，以支持對資料的解釋。確定小組協(xié)商資料含義之后，進(jìn)入?yún)f(xié)商階段二，在該階段中，他們公開分享小組論證，并接受同伴的批判，以確定論證的弱點。隨后，學(xué)生有機(jī)會在小組中修改和加強(qiáng)論點，并再次向同伴展示，直到達(dá)成共識。因此，協(xié)商階段一和階段二是一個迭代過程，學(xué)生通過一系列基于對話和寫作的協(xié)商活動，加深了對學(xué)科大概念的理解。

SWH模式是基于論證的探究，旨在培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)實踐能力，同時加深對學(xué)科大概念的理解。知識的建構(gòu)和批判，無論是公開的還是私下的，都強(qiáng)調(diào)論證認(rèn)知框架，并通過提出問題、收集資料和證據(jù)以及支持觀點而開展。SWH模式涉及學(xué)生使用嵌入式和顯性語言任務(wù)構(gòu)建科學(xué)知識，在進(jìn)行探究活動時，強(qiáng)調(diào)對話和寫作作為認(rèn)識論工具，要求學(xué)生協(xié)商論證要素的意義以及確保要素之間的一致性。

三、基于SWH模式的教學(xué)案例（以生態(tài)系統(tǒng)和人體系統(tǒng)為例）

本研究聚焦兩個教學(xué)單元：生態(tài)系統(tǒng)和人體系統(tǒng)。選擇兩個不同單元的目的是檢驗學(xué)生在第二單元中是否能夠在第一單元中培養(yǎng)的論證技能基礎(chǔ)上持續(xù)發(fā)展。每個單元包含依據(jù)科學(xué)課標(biāo)提出的大概念。大概念是在單元開始時提出的一個簡化陳述，該陳述涵蓋了本單元所有學(xué)習(xí)內(nèi)容，用于指導(dǎo)學(xué)生的提問、探究和全班討論，以幫助學(xué)生參與科學(xué)探究和論證，并深入理解概念。針對生態(tài)系統(tǒng)和人體系統(tǒng)，基于SWH模式的課程設(shè)計包含了大概念、探究問題、相關(guān)核心概念和學(xué)習(xí)活動，具體如表2所示。

表2 基于SWH模式的課程設(shè)計

教師在每個單元開始時都向?qū)W生介紹大概念，要求學(xué)生參與構(gòu)建個人或小組概念圖，表征他們對給定主題的教學(xué)前認(rèn)識。對概念圖的構(gòu)建和討論有助于學(xué)生闡明對主題的理解，并設(shè)計探究問題。隨后，教師邀請全班同學(xué)對每個小組的問題進(jìn)行評論，包括這些問題是否可以測試和研究，為什么它們對學(xué)習(xí)大概念至關(guān)重要，以及如何在科學(xué)課堂上對它們進(jìn)行探究。例如，在呼吸系統(tǒng)單元中，學(xué)生提出問題：“當(dāng)一個系統(tǒng)關(guān)閉時會發(fā)生什么？”“空氣如何進(jìn)入我們的身體？”師生共同對這些研究問題進(jìn)行評論，討論它們與大概念的關(guān)系。通過討論，學(xué)生一致提出探究問題：呼吸系統(tǒng)如何與其他系統(tǒng)協(xié)同工作？

學(xué)生一旦達(dá)成共識，教師要求學(xué)生設(shè)計并進(jìn)行探究。例如，為回答呼吸系統(tǒng)問題，學(xué)生決定用塑料瓶、吸管、橡皮筋和氣球建立一個模型來模擬呼吸系統(tǒng)的功能。每組都建立一個模型，以最佳方式展示他們認(rèn)為呼吸系統(tǒng)是如何工作的；收集資料，從中獲得證據(jù)來回答探究問題；根據(jù)證據(jù)提出觀點；在全班討論中提出自己的想法。為幫助學(xué)生構(gòu)建小組書面論證，教師提供書面論證格式（表3），其中包含了論證三要素的指導(dǎo)性提示：問題、觀點和證據(jù)。重點確保每個小組都構(gòu)建一個書面論證，作為學(xué)生開展批判的基礎(chǔ)。

表3 小組書面論證格式

SWH模式中的對話和寫作部分并沒有被視為獨立的要素，而作為論證的共同組成部分。在小組活動期間，教師與每個小組一起，傾聽學(xué)生的想法并提出問題，例如“你能解釋一下你的模型是如何工作嗎”“你的模型中有什么證據(jù)來解釋肺和胸部之間的關(guān)系”“你為什么認(rèn)為你的證據(jù)支持這個說法”，等等。

當(dāng)小組向全班展示書面論證時，教師鼓勵其他學(xué)生對其進(jìn)行評論。在公開論證之后，每個小組決定如何修改論點以回應(yīng)同伴的批判，或者是否應(yīng)再次開展探究以加強(qiáng)論點。最后，在本單元結(jié)束時，希望學(xué)生深入理解與本單元相關(guān)的大概念。

四、小結(jié)

SWH模式作為滲透式論證教學(xué)法與“生產(chǎn)性學(xué)科參與”理念一致，該理念強(qiáng)調(diào)掌握基礎(chǔ)科學(xué)要素（如問題、變量、資料、觀點和證據(jù)），理解科學(xué)家工作的性質(zhì)以及社會協(xié)商的各個方面[7]。SWH模式包括更好的科學(xué)實踐，學(xué)生不需要記憶論證的具體定義，認(rèn)知負(fù)荷較小，能夠逐漸培養(yǎng)學(xué)生發(fā)展更復(fù)雜的社會協(xié)商實踐和對論證的認(rèn)知理解。