高中物理教科書中的科學(xué)論證體現(xiàn)研究
——以人教版必修第一冊(cè)教科書為例

鄒 祎，付雨晴，康世舉，王晶瑩

1.遼寧師范大學(xué)物理與電子技術(shù)學(xué)院，遼寧 大連 116029

2.六盤水師范學(xué)院物理與電氣工程學(xué)院，貴州 六盤水 553004

3.青島大學(xué)師范學(xué)院，山東 青島 266071

1 前言

目前，國內(nèi)外對(duì)科學(xué)論證的重視程度都很高，美國2011年發(fā)布的《K-12年級(jí)科學(xué)教育框架》，將論證的建構(gòu)和批判作為科學(xué)實(shí)踐的核心要素[1]。我國的《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》，將科學(xué)論證歸為科學(xué)思維核心素養(yǎng)的重要組成部分[2]。但國內(nèi)有關(guān)科學(xué)論證的相關(guān)研究大多集中于學(xué)生科學(xué)論證能力的測評(píng)、科學(xué)論證教學(xué)實(shí)施策略等方面，很少對(duì)教科書中的科學(xué)論證體現(xiàn)進(jìn)行分析和研究。所以，本文擬從該角度入手，對(duì)人教版必修第一冊(cè)高中物理教科書進(jìn)行深入分析，以補(bǔ)充、完善相關(guān)研究。

2 科學(xué)論證的教科書分析框架

目前已有的關(guān)于科學(xué)論證的分析大多是針對(duì)學(xué)生的科學(xué)論證能力，在分析教科書中的科學(xué)論證體現(xiàn)時(shí)，大部分框架都不太適用，所以本研究擬在前人相關(guān)研究的基礎(chǔ)上制定一個(gè)適用于分析高中物理教科書的科學(xué)論證指標(biāo)體系和教科書分析框架。

2.1 科學(xué)論證的指標(biāo)體系

結(jié)合目前應(yīng)用比較廣泛的圖爾敏論證模式[3]、CER 論證模式[4]以及 Nagashima[5]、Ryu[6]等人建立的科學(xué)論證評(píng)價(jià)框架，本研究提取出概念、規(guī)則、證據(jù)、主張、推理、因果、論點(diǎn)、論辯8個(gè)科學(xué)論證的組成要素。根據(jù)各要素在科學(xué)論證中起到的作用，將其劃分到四個(gè)一級(jí)指標(biāo)之下。第一個(gè)一級(jí)指標(biāo)是“科學(xué)論證的基礎(chǔ)”，其下有“概念”“規(guī)則”兩個(gè)要素；第二個(gè)一級(jí)指標(biāo)是“科學(xué)論證的條件”，其下有“證據(jù)”“主張”兩個(gè)要素；第三個(gè)一級(jí)指標(biāo)是“科學(xué)論證的過程”，其下有“推理”“因果”兩個(gè)要素；第四個(gè)一級(jí)指標(biāo)是“科學(xué)論證的核心”，其下有“論點(diǎn)”“論辯”兩個(gè)要素。此外，李小涵在評(píng)價(jià)學(xué)生科學(xué)論證能力時(shí)，從兩個(gè)維度對(duì)主張、證據(jù)等要素作出評(píng)價(jià)[7]。本研究也參照其做法，從兩個(gè)角度對(duì)每個(gè)要素作出評(píng)價(jià)，以更全面地對(duì)各要素作出評(píng)價(jià)，所以建立起相應(yīng)的16個(gè)二級(jí)指標(biāo)，分別是概念的復(fù)雜性、概念的情境性、規(guī)則的充分性、規(guī)則的有效性、證據(jù)的復(fù)雜性、證據(jù)的情境性、主張的充分性、主張的有效性、推理的復(fù)雜性、推理的情境性、因果的充分性、因果的有效性、論點(diǎn)的復(fù)雜性、論點(diǎn)的情境性、論辯的充分性、論辯的有效性。

2.2 分析框架

通過觀察教科書編寫特點(diǎn)，學(xué)習(xí)內(nèi)容分析的基本方法，本研究擬從所占篇幅、出現(xiàn)頻次、描述水平三個(gè)維度對(duì)科學(xué)論證各指標(biāo)的呈現(xiàn)進(jìn)行深入分析。與科學(xué)論證的指標(biāo)體系綜合起來得到如表1所示的二維分析框架。

表1 科學(xué)論證的二維分析框架

2.3 具體操作流程

應(yīng)用框架進(jìn)行實(shí)際分析時(shí)，在內(nèi)容水平部分對(duì)出現(xiàn)頻次進(jìn)行次數(shù)統(tǒng)計(jì)，對(duì)所占篇幅和描述水平進(jìn)行五級(jí)水平評(píng)定。在所占篇幅維度，本研究根據(jù)各指標(biāo)篇幅的分布，規(guī)定0～50字為水平I，51～100 字為水平 II，101～150 字為水平 III，151～200字為水平IV，200字以上為水平V。描述水平評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)的制定立足于物理學(xué)科與生活實(shí)際密切聯(lián)系的特性，不僅考慮指標(biāo)呈現(xiàn)的由簡到繁、由孤立到相互聯(lián)系，還考慮其與情境、生活實(shí)際的聯(lián)系情況。此外，結(jié)合布魯姆認(rèn)知過程理論，在較高水平上，對(duì)應(yīng)用、創(chuàng)新提出一定的要求，得到如表2所示的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。

表2 二級(jí)指標(biāo)的描述水平的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

在實(shí)際操作時(shí)，按照人教版必修第一冊(cè)高中物理教科書的欄目以及小標(biāo)題，將每節(jié)課劃分成若干個(gè)單元，將各單元的數(shù)據(jù)匯總，得到整本書的數(shù)據(jù)。在對(duì)兩級(jí)指標(biāo)整體呈現(xiàn)進(jìn)行分析時(shí)，為便于將各維度數(shù)據(jù)放到一個(gè)圖中進(jìn)行分析，將三個(gè)維度匯總的各指標(biāo)數(shù)據(jù)除以一個(gè)值，使所有數(shù)據(jù)都在0～5之間。

3 教科書中科學(xué)論證的兩級(jí)指標(biāo)分析

3.1 教科書中科學(xué)論證二級(jí)指標(biāo)的呈現(xiàn)分析

如圖1所示，所占篇幅和描述水平部分的數(shù)據(jù)要高于出現(xiàn)頻次，但這是統(tǒng)計(jì)方式引起的，并無特殊含義。下面對(duì)二級(jí)指標(biāo)在各維度的呈現(xiàn)情況進(jìn)行分析。

圖1 科學(xué)論證二級(jí)指標(biāo)在教科書中的呈現(xiàn)

在所占篇幅維度，前8個(gè)二級(jí)指標(biāo)的值都要明顯高于后8個(gè)二級(jí)指標(biāo)。前8個(gè)二級(jí)指標(biāo)中，概念的復(fù)雜性指標(biāo)的篇幅最多，之后依次是概念的情境性、證據(jù)的復(fù)雜性、證據(jù)的情境性、主張的有效性、規(guī)則的有效性、主張的充分性，最后是規(guī)則的充分性。在后8個(gè)二級(jí)指標(biāo)中，推理的情境性指標(biāo)的篇幅最多，之后依次是推理的復(fù)雜性、論辯的充分性和論辯的有效性、論點(diǎn)的情境性、因果的有效性、因果的充分性，最后是論點(diǎn)的復(fù)雜性。

在出現(xiàn)頻次維度，前8個(gè)二級(jí)指標(biāo)的值都要明顯高于后8個(gè)二級(jí)指標(biāo)。前8個(gè)二級(jí)指標(biāo)中，概念的復(fù)雜性指標(biāo)的出現(xiàn)頻次最多，之后依次是證據(jù)的復(fù)雜性、主張的充分性和主張的有效性、概念的情境性和證據(jù)的情境性，最后是規(guī)則的充分性和規(guī)則的有效性。后8個(gè)二級(jí)指標(biāo)中，論點(diǎn)的復(fù)雜性指標(biāo)的出現(xiàn)頻次最多，推理、論辯對(duì)應(yīng)的指標(biāo)以及論點(diǎn)的情境性指標(biāo)緊隨其后，因果對(duì)應(yīng)的指標(biāo)的出現(xiàn)頻次相對(duì)較少。

在描述水平維度，前8個(gè)二級(jí)指標(biāo)的值都要明顯高于后8個(gè)二級(jí)指標(biāo)。前8個(gè)二級(jí)指標(biāo)中，概念的復(fù)雜性指標(biāo)的描述水平最高，之后依次是概念的情境性、證據(jù)的情境性、證據(jù)的復(fù)雜性、主張的有效性、主張的充分性、規(guī)則的有效性，最后是規(guī)則的充分性。在后8個(gè)二級(jí)指標(biāo)中，推理的復(fù)雜性和論點(diǎn)的復(fù)雜性指標(biāo)的描述水平最高，論點(diǎn)的情境性和推理的情境性指標(biāo)的描述水平較高，之后依次是論點(diǎn)的情境性、推理的情境性、論辯的有效性、因果的有效性、論辯的充分性，最后是因果的充分性。

3.2 教科書中科學(xué)論證一級(jí)指標(biāo)的呈現(xiàn)分析

如圖2所示，在所占篇幅維度，科學(xué)論證的基礎(chǔ)指標(biāo)的篇幅最多，其次是科學(xué)論證的條件，接著是科學(xué)論證的過程，最后是科學(xué)論證的核心。在出現(xiàn)頻次維度，科學(xué)論證的條件指標(biāo)的出現(xiàn)頻次最高，其次是科學(xué)論證的基礎(chǔ)，接著是科學(xué)論證的核心，最后是科學(xué)論證的過程。在描述水平維度，科學(xué)論證的條件指標(biāo)的描述水平最高，其次是科學(xué)論證的基礎(chǔ)，然后是科學(xué)論證的核心，最后是科學(xué)論證的過程。在各維度上，前兩個(gè)指標(biāo)的值都要明顯高于后兩個(gè)指標(biāo)。

圖2 科學(xué)論證一級(jí)指標(biāo)在教科書中的呈現(xiàn)

4 結(jié)論

在人教版必修第一冊(cè)高中物理教科書中，科學(xué)論證的基礎(chǔ)和科學(xué)論證的條件及其對(duì)應(yīng)的二級(jí)指標(biāo)在各維度都要明顯高于科學(xué)論證的過程和科學(xué)論證的核心。規(guī)則的充分性指標(biāo)所占篇幅是前8個(gè)二級(jí)指標(biāo)中最少的，論點(diǎn)的復(fù)雜性指標(biāo)所占篇幅是后8個(gè)二級(jí)指標(biāo)中最少的。規(guī)則對(duì)應(yīng)指標(biāo)的出現(xiàn)頻次是前8個(gè)二級(jí)指標(biāo)中最少的，因果對(duì)應(yīng)指標(biāo)的出現(xiàn)頻次是后8個(gè)二級(jí)指標(biāo)中最少的。規(guī)則的充分性指標(biāo)的描述水平是前8個(gè)二級(jí)指標(biāo)中最低的，因果的充分性指標(biāo)的描述水平是后8個(gè)二級(jí)指標(biāo)中最低的。

基于以上結(jié)論，本研究認(rèn)為人教版高中物理教科書對(duì)科學(xué)論證的基礎(chǔ)和科學(xué)論證的條件及其對(duì)應(yīng)的二級(jí)指標(biāo)的表述上比較完善，但也要適當(dāng)加強(qiáng)對(duì)規(guī)則對(duì)應(yīng)指標(biāo)的表述。要提高對(duì)科學(xué)論證的過程和科學(xué)論證的核心及其對(duì)應(yīng)二級(jí)指標(biāo)的關(guān)注度，尤其是因果對(duì)應(yīng)的指標(biāo)，要增加對(duì)其表述的頻次、篇幅和水平，以便教師和學(xué)生從思維層面上深入地了解科學(xué)論證的實(shí)質(zhì)。此外，教師在應(yīng)用教科書培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)論證能力時(shí)，也要對(duì)科學(xué)論證的過程和科學(xué)論證的核心部分的內(nèi)容進(jìn)行補(bǔ)充完善。