少點“理所當然”多點“尋根究底”
——在初中物理課堂中培養(yǎng)學生的科學論證能力

張 蓉

南京師范大學附屬中學樹人學校，南京 210000

《義務教育物理課程標準（2022年版）》把科學思維細化為四個維度：模型建構(gòu)、科學推理、科學論證和質(zhì)疑創(chuàng)新。科學論證能力培養(yǎng)的重要性不言而喻?？茖W論證是以科學知識為中介，積極面對問題，對所獲得的數(shù)據(jù)資料進行解釋說明，提出自己的論點，反思自己和別人觀點的不足并提出反論點，同時能駁斥他人的質(zhì)疑和批判的高級思維。

教師在教學過程中都有培養(yǎng)學生科學論證能力的意識，但是筆者聽了許多初中物理老師的課，一部分只是表面有論證的模式，課堂看似問答流暢，但是科學論證中總多了一份“理所當然”，少了一些“尋根究底”。這種科學論證方式不利于學生良好的思維習慣和質(zhì)疑創(chuàng)新精神的形成。

如何進行教學設計才能更好地培養(yǎng)學生的科學論證能力？我們要重點關(guān)注科學論證的哪些方面？筆者對其進行了思考與嘗試，結(jié)合近期觀摩的幾節(jié)課例與同仁們商榷。

1 確?？茖W論證的思維性

【案例一】磁場是一種客觀存在的特殊物質(zhì)

師：手可以通過細繩拉住回形針，彼此不接觸的兩物體會有力的作用嗎？

生：會的，磁體不接觸也能吸引回形針。

師：這說明什么？是不是磁鐵和回形針之間存在著一種特殊的“細繩”——磁場？

從上面的教學片段可以看出，從收集證據(jù)到提出論點都是教師在刻意引導，用牽強的類比取代了科學論證，為什么物體和物體之間一定要靠物質(zhì)產(chǎn)生力？學生只知道兩個物體不接觸也能產(chǎn)生力，但以他們現(xiàn)有的認知水平是無法對其進行深入理解的。該片段的設計是依托于蘇科版教材中的插圖16-2（圖1），但是教師忽略了教材中在得到“磁體的周圍存在磁場”前有一句“研究表明”，我們應該思考如何實現(xiàn)這四個字背后的科學論證。

圖1 教材插圖

改進建議：

師：剛剛通過實驗發(fā)現(xiàn)磁體有磁性，可以直接吸引回形針。那如果磁體不與回形針接觸，磁體對回形針還有力的作用嗎？

生：有。

師追問：不接觸的兩個物體也會產(chǎn)生力的作用，為什么呢？請帶著這個問題繼續(xù)觀察。

演示實驗：在磁體和回形針間分別放入鐵片、木片等。

生：感覺磁體周圍有一種物質(zhì)，因為鐵片能“隔開”這種影響。

師再追問：請你總結(jié)這種物質(zhì)的特點。

師生總結(jié)：這種物質(zhì)看不見，摸不著，能被部分材料“隔開”，但又客觀存在。磁體周圍的這種客觀存在的特殊物質(zhì)就是磁場。

在磁體吸引回形針的實驗中，加入不同材料的卡片進行對比實驗。通過對于證據(jù)的不同加工方式培養(yǎng)了學生的科學思維能力，如利用“插入鐵片后回形針掉落”論證了“磁體周圍有一種看不見、摸不著的客觀存在的物質(zhì)”，利用“插入不同材料，回形針受到影響情況不同”論證了“這種物質(zhì)很特殊”。在教學設計中要避免“假”論證，確保科學論證的思維性是基礎。

2 提高科學論證的充分性

【案例二】分子在永不停息地做無規(guī)則的運動

展示1：噴灑桂花味的香水在地上，聞到氣味。

展示2：在水中滴入紅墨水，紅墨水散開。

師問：通過以上現(xiàn)象，你發(fā)現(xiàn)了什么？你能得到什么結(jié)論？

上面的教學片段從收集證據(jù)到得到結(jié)論很順暢，但是在課堂反饋環(huán)節(jié)的一道習題顯示學生的錯誤率很高。例題如下：

小明先在試管底部裝一半紅墨水，再在水面上注滿酒精，加蓋密封后反復搖晃再觀察，現(xiàn)象如圖2，該實驗說明：______________________。

圖2 習題示意圖

很多學生的答案是“分子間有空隙、分子在永不停息地做無規(guī)則的運動”。

這個習題暴露出前面的教學中存在科學論證不夠充分的問題，這個“充分”指兩點：一是指證據(jù)要充分全面，如要說明“分子運動”證據(jù)，要涵蓋固體、液體和氣體擴散現(xiàn)象；二是分析證據(jù)要充分明晰，為什么紅墨水散開就說明分子在運動，到底是紅墨水向哪里散開能說明分子運動。

改進建議：

展示1：噴灑桂花味的香水在地上，聞到氣味。

展示2：在水中滴入紅墨水，紅墨水散開。

師問：通過以上現(xiàn)象，你發(fā)現(xiàn)了什么？你能得到什么結(jié)論？

師追問：紅墨水密度略大于水，對于紅墨水擴散開能說明分子運動，有什么疑點嗎？

生：可能是地球在幫忙。

師再追問:我們看到的現(xiàn)象全然是地球幫忙的結(jié)果嗎？有沒有支持論點的證據(jù)？

生：紅墨水可以向上、前、后、左、右散開，說明分子在自發(fā)運動。

師再引導：現(xiàn)在我們收集到了氣體、液體擴散的證據(jù)，那固體也可以擴散嗎？

生：墻角的煤球會把沒有接觸到的墻壁染黑一大片，可以聞到固體芳香劑的味道，同時發(fā)現(xiàn)它會變小等。

在紅墨水擴散實驗中，教師引導學生深度挖掘，找到支持“分子運動”的現(xiàn)象和不足以說明“分子運動”的現(xiàn)象。帶領(lǐng)學生在細致分析證據(jù)的過程中進行嚴謹?shù)目茖W論證，有利于培養(yǎng)學生的高級思維：反思自己和別人觀點的不足并提出反論點，能駁斥他人的質(zhì)疑和批判。同時，從液體、氣體再到固體擴散現(xiàn)象的補充，培養(yǎng)學生進行充分科學論證的意識。

3 從科學論證走向質(zhì)疑創(chuàng)新

【案例三】升華和凝華——碘錘實驗

師演示：將碘錘浸沒在熱水中，觀察現(xiàn)象；從熱水中取出后再觀察。

師問：看到什么現(xiàn)象？碘的狀態(tài)發(fā)生什么變化？這個過程中出現(xiàn)了液態(tài)碘嗎？

請總結(jié)得到升華和凝華的概念及條件。

【案例四】升華和凝華——干冰實驗

師演示：如圖3，試管中裝入干冰再套上氣球，觀察到氣球變大及試管外壁出現(xiàn)霜。

圖3 升華和凝華——干冰實驗

師問：氣球變大說明干冰的狀態(tài)發(fā)生什么變化？這個過程中出現(xiàn)了液態(tài)干冰嗎？試管周圍的霜怎么形成的？說明水的狀態(tài)發(fā)生什么變化？

總結(jié)得到升華和凝華的概念及條件。

上述兩個教學片段中分別選擇了碘和干冰兩種物質(zhì)來說明升華和凝華現(xiàn)象，但是科學論證的過程中缺少了一定的批判思維，如碘錘實驗中，沒有液態(tài)碘出現(xiàn)是否是因為它出現(xiàn)時間太短，沒有被觀察到。干冰實驗中，氣球變大的原因只是固態(tài)干冰變成了氣態(tài)二氧化碳嗎？會不會是氣體受熱膨脹？同時，如何啟發(fā)學生來評判干冰和碘錘的實驗哪個更好？如何更好地設計這些實驗來說明升華和凝華現(xiàn)象？

改進建議：

師演示1：試管中裝入干冰再套上氣球（圖3），觀察到氣球變大及試管外壁出現(xiàn)霜。

師問：試管內(nèi)有沒有液體出現(xiàn)？氣球變大的原因有哪些？

生：沒有。氣球變大可能是氣體受熱膨脹，可能是干冰變成氣體。

讓學生來摸一摸試管，發(fā)現(xiàn)試管溫度很低，排除氣體受熱膨脹的可能性。

師再問：試管周圍的霜是怎么形成的，說明水的狀態(tài)發(fā)生什么變化？

總結(jié)得到升華和凝華現(xiàn)象及條件。

師再追問：干冰熔點-78℃，沸點-57℃，我們的論證過程有不妥嗎？

生：干冰可能是先熔化再汽化，只不過液態(tài)干冰出現(xiàn)時間太短。

師啟發(fā)：那需要怎樣的物質(zhì)進行實驗可以規(guī)避物質(zhì)先熔化再汽化的可能性？

生：熔點、沸點要高。

師演示2：展示碘錘，介紹碘的熔點113℃，沸點184℃。

師問：用什么方式加熱能使得固態(tài)碘直接升華？用酒精燈還是溫水加熱？

生：溫水。

再組織學生觀察碘錘實驗，得到結(jié)論。

改進之后的教學片段中，教師引導學生對“氣球變大的原因一定是產(chǎn)生氣體”“沒有看到液態(tài)物質(zhì)出現(xiàn)的原因一定是干冰發(fā)生升華”進行質(zhì)疑，促使其以更加縝密的思維來進行科學論證，再引導學生收集更多的證據(jù)、改進實驗的設計，使其知其然更要知其所以然。通過這樣的設計，使學生站在更高的思維高度去理解碘錘的實驗為什么能更好地說明升華和凝華現(xiàn)象。這樣的教學設計有利于學生良好的思維習慣和質(zhì)疑創(chuàng)新精神的形成。

4 結(jié)語

真正的科學論證不是簡單地羅列證據(jù)、提出論點，要想培養(yǎng)學生的科學論證能力，需要教師通過嚴謹縝密的教學設計達到科學論證三個層次：先確?？茖W論證的思維性，再提高科學論證的充分性，最后力圖從科學論證向質(zhì)疑創(chuàng)新飛躍。讓課堂少點“理所當然”，多點“尋根究底”，少點單一結(jié)論，多點思辨，少點墨守成規(guī)，多點質(zhì)疑創(chuàng)新。