依托學(xué)生活動(dòng)手冊(cè)　培養(yǎng)小學(xué)生科學(xué)論證能力

【摘? ?要】科學(xué)論證能力是小學(xué)科學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要組成部分，包括提出主張的能力、獲取證據(jù)的能力、推理證明主張的能力和合理質(zhì)疑的能力。學(xué)生活動(dòng)手冊(cè)是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)論證能力的重要工具，為學(xué)生的科學(xué)論證提供活動(dòng)支架與思維支架。在小學(xué)科學(xué)學(xué)習(xí)中，學(xué)生可依托活動(dòng)手冊(cè)，“聚焦問(wèn)題，作出假設(shè)，發(fā)展提出主張的能力；探索活動(dòng)，記錄信息，培養(yǎng)獲取證據(jù)的能力；得出結(jié)論，作出推理，提升證明主張的能力；研討交流，評(píng)價(jià)反思，發(fā)展合理質(zhì)疑的能力”，最終形成良好的科學(xué)論證能力。

【關(guān)鍵詞】分層探究；科學(xué)論證；推理；教學(xué)策略

《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》強(qiáng)調(diào)，作為核心素養(yǎng)重要組成部分的科學(xué)思維主要包括模型建構(gòu)、推理論證、創(chuàng)新思維等?？茖W(xué)論證活動(dòng)指的是基于證據(jù)和邏輯，運(yùn)用多種科學(xué)思維，構(gòu)建證據(jù)與解釋之間的關(guān)系并提出合理見(jiàn)解。

科學(xué)論證能力是科學(xué)素養(yǎng)的重要體現(xiàn)。然而，當(dāng)前的科學(xué)論證教育中仍存在兩大問(wèn)題：一是論證缺位，教師的教學(xué)直奔結(jié)論，忽視了從現(xiàn)象到結(jié)論的科學(xué)論證環(huán)節(jié)；二是支架缺失，平時(shí)作業(yè)偏重于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，缺少科學(xué)論證活動(dòng)的思維支架。因此，教師應(yīng)構(gòu)建科學(xué)論證框架，為學(xué)生搭建科學(xué)論證的思維支架，在課堂教學(xué)中采用多種策略，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)論證能力的發(fā)展。

一、科學(xué)論證框架是培養(yǎng)科學(xué)論證能力的目標(biāo)指向

在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中，將科學(xué)論證能力進(jìn)行解構(gòu)細(xì)分，有助于教師從細(xì)處入手培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)論證能力。小學(xué)生的科學(xué)論證能力包括提出主張的能力、獲取證據(jù)的能力、推理證明主張的能力以及合理質(zhì)疑的能力（如圖1）。這四種能力的建設(shè)圍繞科學(xué)論證活動(dòng)展開(kāi)，構(gòu)成一個(gè)有機(jī)的整體。其中，對(duì)證據(jù)、主張和推理過(guò)程的合理質(zhì)疑與批判性思考，使得科學(xué)論證活動(dòng)更為嚴(yán)謹(jǐn)，能夠促進(jìn)學(xué)生科學(xué)論證能力的發(fā)展。

二、學(xué)生活動(dòng)手冊(cè)是培養(yǎng)科學(xué)論證能力的重要工具

學(xué)生活動(dòng)手冊(cè)是科學(xué)教材的重要組成部分。強(qiáng)調(diào)科學(xué)論證能力的活動(dòng)手冊(cè)，其設(shè)計(jì)應(yīng)聚焦核心概念，體現(xiàn)科學(xué)探索過(guò)程，凸顯科學(xué)論證過(guò)程，為學(xué)生的論證活動(dòng)提供活動(dòng)支架和思維支架，保證科學(xué)論證活動(dòng)貫穿課堂始終。

如圖2，強(qiáng)調(diào)科學(xué)論證能力的活動(dòng)手冊(cè)各部分指向不同能力的培養(yǎng)。聚焦問(wèn)題指向提出主張，探索活動(dòng)指向獲取可靠、系統(tǒng)的證據(jù)，得出結(jié)論強(qiáng)調(diào)運(yùn)用證據(jù)證明主張，小組和全班的研討交流指向合理質(zhì)疑?？梢?jiàn)，學(xué)生活動(dòng)手冊(cè)是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)論證能力的重要工具。

三、多種教學(xué)策略是培養(yǎng)科學(xué)論證能力的有力保障

如圖3，教師在進(jìn)行論證教學(xué)時(shí)，可以活動(dòng)手冊(cè)為依托，根據(jù)探究活動(dòng)和科學(xué)論證的四個(gè)要素，運(yùn)用多種教學(xué)策略進(jìn)行教學(xué)。

（一）聚焦問(wèn)題，作出假設(shè)，發(fā)展提出主張的能力

一個(gè)好的科學(xué)問(wèn)題能推動(dòng)科學(xué)研究，使科學(xué)問(wèn)題與科學(xué)主張相互關(guān)聯(lián)。教師通過(guò)創(chuàng)設(shè)真實(shí)的問(wèn)題情境，使學(xué)生聚焦問(wèn)題，提出主張。具體而言，在編制活動(dòng)手冊(cè)時(shí)，要先通過(guò)“任務(wù)+問(wèn)題”的方式，提高學(xué)生的問(wèn)題意識(shí)。明確問(wèn)題后，再設(shè)置“我的猜想”“我的觀點(diǎn)”“我的假設(shè)”等環(huán)節(jié)，推動(dòng)學(xué)生提出主張。

提出主張是論證活動(dòng)的開(kāi)始。學(xué)生圍繞著自己的主張收集資料，運(yùn)用思維作出推理與分析，探索活動(dòng)由此開(kāi)始。提出主張的能力不是與生俱來(lái)的，需要在科學(xué)學(xué)習(xí)中不斷訓(xùn)練。如圖4，學(xué)生使用活動(dòng)手冊(cè)時(shí)，根據(jù)問(wèn)題情境和學(xué)習(xí)經(jīng)歷，形成了多種提出主張的途徑。

在以往的生活和學(xué)習(xí)中，學(xué)生已累積了許多生活經(jīng)驗(yàn)和科學(xué)前概念。這些經(jīng)驗(yàn)和前概念是科學(xué)學(xué)習(xí)的基石，對(duì)科學(xué)概念的形成具有至關(guān)重要的作用。比如，對(duì)于聲音是怎么產(chǎn)生的這一問(wèn)題，學(xué)生在生活中看到過(guò)各種各樣的發(fā)聲現(xiàn)象，他們觀察到的這些現(xiàn)象將直接影響他們對(duì)概念的學(xué)習(xí)和理解。學(xué)生基于現(xiàn)象提出主張，充分展現(xiàn)了他們的原有概念，這有助于科學(xué)概念的轉(zhuǎn)化與重構(gòu)。

（二）探索活動(dòng)，記錄信息，培養(yǎng)獲取證據(jù)的能力

自然科學(xué)是講究實(shí)證的，實(shí)驗(yàn)研究是自然科學(xué)的根本所在。在科學(xué)觀察、實(shí)驗(yàn)中獲取科學(xué)事實(shí)和信息，以此為證據(jù)證明主張，是科學(xué)課的重要特性。觀察是任何科學(xué)的基礎(chǔ)，是描述世界和解釋世界的重要途徑。教師要讓學(xué)生把觀察到的事實(shí)作為描述世界和解釋世界的證據(jù)，而不是停留在為觀察而觀察的層面。在實(shí)驗(yàn)中，教師也要讓學(xué)生真實(shí)記錄數(shù)據(jù)，不做隨意的修改。

獲取證據(jù)的策略包括搭建活動(dòng)支架有效搜集證據(jù)、精選形式有效記錄證據(jù)和多種渠道有效整合證據(jù)三種。

1.搭建活動(dòng)支架有效搜集證據(jù)

如圖5，證明主張需要獲得證據(jù)的支持。為推動(dòng)學(xué)生開(kāi)展探索活動(dòng)，教師要在活動(dòng)手冊(cè)中設(shè)置活動(dòng)支架，指導(dǎo)學(xué)生規(guī)范有序地開(kāi)展探索活動(dòng)，以提高證據(jù)的準(zhǔn)確性。同時(shí)設(shè)置記錄表，讓學(xué)生客觀公正地記錄觀察到的現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，及時(shí)搜集證據(jù)。此外，教師還要提醒學(xué)生合理分工，讓人人都參與實(shí)驗(yàn)，確保所有學(xué)生都能獲得證據(jù)。

2.精選形式有效記錄證據(jù)

在科學(xué)研究中，證據(jù)是多種多樣的，可以是實(shí)物、圖片、視頻、文字等各種形式。教師要指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)探索的主題和學(xué)習(xí)內(nèi)容，精選、優(yōu)化證據(jù)記錄的形式，以達(dá)到有效記錄證據(jù)的目的，并為整理證據(jù)做準(zhǔn)備。

常用的證據(jù)形式有四種。一是表格式，即采用表格記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，作為實(shí)驗(yàn)分析時(shí)的證據(jù)。二是文字記錄式，即用文字表述的方式記錄事實(shí)和信息。三是統(tǒng)計(jì)圖表式，主要采用柱狀圖來(lái)整理數(shù)據(jù)，并以此作為證據(jù)。四是示意圖式，比如“自然界的風(fēng)是怎樣形成的”這一模擬實(shí)驗(yàn)，即采用示意圖的方式將觀察到的現(xiàn)象記錄下來(lái)，作為研究風(fēng)成因的證據(jù)。

3.多種渠道有效整合證據(jù)

在科學(xué)探索活動(dòng)中，讓學(xué)生收集證據(jù)有助于發(fā)展其實(shí)證意識(shí)。教師需綜合考慮教學(xué)內(nèi)容、學(xué)習(xí)材料特點(diǎn)、學(xué)生的認(rèn)知水平等多個(gè)方面，整合收集到的證據(jù)。證據(jù)的整合一般要符合下面幾個(gè)要求：一是媒體合力，便于表述；二是面向全體，呈現(xiàn)清晰；三是系統(tǒng)整理，比較質(zhì)疑。在科學(xué)課堂中有多種展示證據(jù)的方式：用黑板展示電路連接圖和晝夜交替示意圖；用圖表展示橫梁抗彎曲性能統(tǒng)計(jì)圖；利用各種實(shí)物展示自己成長(zhǎng)的證據(jù)；在實(shí)物展示臺(tái)上展示各種活動(dòng)記錄……最終，各組的證據(jù)都將匯總在課件或表格中進(jìn)行呈現(xiàn)。

（三）得出結(jié)論，作出推理，提升證明主張的能力

論證的過(guò)程就是運(yùn)用某些推理形式來(lái)證明觀點(diǎn)或主張的過(guò)程。科學(xué)教學(xué)中常用的推理類型有歸納推理和演繹推理。其中，歸納推理是根據(jù)個(gè)別事件具有或不具有某種特定性質(zhì)，推理這類事件所有對(duì)象都具有或都不具有該性質(zhì)。廣義的歸納推理還包括類比推理、因果推理等。小學(xué)科學(xué)課中，地球與宇宙科學(xué)領(lǐng)域的很多概念和規(guī)律都是通過(guò)類比推理進(jìn)行教學(xué)的。而許多對(duì)比實(shí)驗(yàn)則運(yùn)用了因果推理的方法進(jìn)行研究，包括求同法、求異法、求同差異法、剩余法和共變法。

教師可以通過(guò)在活動(dòng)單中編寫(xiě)如下語(yǔ)句，鼓勵(lì)學(xué)生構(gòu)建現(xiàn)象、數(shù)據(jù)與結(jié)論的聯(lián)系，運(yùn)用論證回應(yīng)主張。比如：“你觀察到了什么現(xiàn)象？這說(shuō)明了什么？”“你這樣說(shuō)的證據(jù)是什么？”“分析各小組的數(shù)據(jù)，你可以得出什么結(jié)論？”具體來(lái)說(shuō)，論證主張主要有以下幾種策略。

1.交叉印證支持結(jié)論。在個(gè)體論證的基礎(chǔ)上，教師應(yīng)組織學(xué)生開(kāi)展集體論證。教師應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生比較、分析不同證據(jù)，并排除異?，F(xiàn)象和數(shù)據(jù)，然后整合證據(jù)，形成系統(tǒng)化的證據(jù)鏈，在交叉印證中得出更為可靠的科學(xué)結(jié)論，體現(xiàn)科學(xué)的可重復(fù)性。

2.得出合乎邏輯的結(jié)論。比如，在研究“哪些物體具有導(dǎo)電性”時(shí)，學(xué)生發(fā)現(xiàn)鋼尺、銅鑰匙、鋁片、金銀首飾具有導(dǎo)電性，但由于這一研究過(guò)程運(yùn)用了枚舉法，并沒(méi)有包含所有金屬，所以不能進(jìn)行全稱概括。因此，合乎邏輯的結(jié)論應(yīng)為“很多金屬都具有導(dǎo)電性”。

3.縝密推理論證主張。比如，學(xué)生借助活動(dòng)手冊(cè)，對(duì)“電能從哪里來(lái)”進(jìn)行分層進(jìn)階式的推理論證。具體論證過(guò)程如下：①因?yàn)榫€圈接通電流可以使磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)；②現(xiàn)在觀察到，轉(zhuǎn)動(dòng)小電動(dòng)機(jī)，磁針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)；③說(shuō)明產(chǎn)生了電；④這個(gè)電是由轉(zhuǎn)動(dòng)小電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的；⑤所以，轉(zhuǎn)動(dòng)小電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生了電流。在論證過(guò)程中，只有將①和②結(jié)合起來(lái)，才能支持③，由此推及④，最后才能得到結(jié)論⑤。

4.多種推理論證主張。如圖6，教學(xué)《電和磁》一課時(shí)，學(xué)生提出問(wèn)題為何通電導(dǎo)線能使指南針發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)”，并提出了三種主張。為論證這三種主張，學(xué)生開(kāi)展了多次探索。探索活動(dòng)①：證明導(dǎo)線不能使磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而否證了導(dǎo)線使磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)的主張。探索活動(dòng)②：加大電流能使磁針偏轉(zhuǎn)的角度增大，既支持電流使磁針偏轉(zhuǎn)的主張，又支持電產(chǎn)生磁的主張。探索活動(dòng)③：當(dāng)電流大小不變時(shí)，把電流方向相同和電流方向相反的兩條通電導(dǎo)線并置于磁針上方，能觀察到電流方向相同時(shí)，磁針偏轉(zhuǎn)的角度增大，電流方向相反時(shí)，磁針沒(méi)有發(fā)生偏轉(zhuǎn)，由此否證了電流能使磁針偏轉(zhuǎn)的主張。探索活動(dòng)④：采用線圈能使磁針偏轉(zhuǎn)角度增大，進(jìn)一步證實(shí)了電產(chǎn)生磁的主張。縱觀整個(gè)探索過(guò)程，學(xué)生不斷尋找證據(jù)推理不同的可能，既有證實(shí)又有證偽，既體現(xiàn)了論證方法的使用，又反映了概念的生成過(guò)程。

（四）研討交流，評(píng)價(jià)反思，發(fā)展合理質(zhì)疑的能力

學(xué)生的論證活動(dòng)亦是一個(gè)批判的過(guò)程。在科學(xué)概念的形成過(guò)程中，學(xué)生經(jīng)常面臨認(rèn)知問(wèn)題和邏輯錯(cuò)誤。而合理的質(zhì)疑與評(píng)判，能幫助學(xué)生建立邏輯清晰、結(jié)構(gòu)嚴(yán)密的科學(xué)論證系統(tǒng)。在論證活動(dòng)中，學(xué)生質(zhì)疑的內(nèi)容包括觀點(diǎn)是否清晰、證據(jù)是否充分和推理是否合理。

1.觀點(diǎn)是否清晰。科學(xué)論證活動(dòng)要對(duì)研討的問(wèn)題有一個(gè)清晰的觀點(diǎn)。觀點(diǎn)不明，論證活動(dòng)就缺少具體目標(biāo)的指引，學(xué)生就找不到研究的方向。因此，教師要在活動(dòng)手冊(cè)中明確提出：“你的觀點(diǎn)是什么？你同意其他同學(xué)的觀點(diǎn)嗎？為什么？”

比如《溫度不同的物體互相接觸》一課中，對(duì)于“熱水如何使冷水變熱”的問(wèn)題，學(xué)生1認(rèn)為，熱水將溫度傳給了冷水，冷水就變熱了。學(xué)生2認(rèn)為，冷水吸收了熱水的熱量，所以冷水的溫度上升了。這時(shí)，筆者提出問(wèn)題：“剛才兩個(gè)同學(xué)，一個(gè)講溫度，一個(gè)講熱量，你們同意誰(shuí)的觀點(diǎn)？為什么？”這樣，討論活動(dòng)就有了明確的觀點(diǎn)指向。

2.證據(jù)是否充分。科學(xué)論證活動(dòng)十分強(qiáng)調(diào)證據(jù)的收集過(guò)程，以及證據(jù)對(duì)結(jié)論的支持程度。但在現(xiàn)實(shí)中，教師的教學(xué)還面臨許多的問(wèn)題。如教學(xué)情況復(fù)雜、時(shí)間不足、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)不一致、學(xué)生篡改數(shù)據(jù)以符合全班的數(shù)據(jù)等。這些都為學(xué)生認(rèn)識(shí)科學(xué)本質(zhì)、形成良好的科學(xué)態(tài)度以及建立科學(xué)概念帶來(lái)了極大的阻礙。所以，教師在設(shè)計(jì)活動(dòng)手冊(cè)時(shí)，需提出“我的證據(jù)能支持自己的觀點(diǎn)嗎？其他小組的證據(jù)是什么？其他小組的證據(jù)能支持我的觀點(diǎn)嗎？”等問(wèn)題，指導(dǎo)學(xué)生關(guān)注更多的證據(jù)，并評(píng)估證據(jù)是否充分。

在進(jìn)行個(gè)體論證時(shí)，學(xué)生要尋找依據(jù)來(lái)支持觀點(diǎn)，但由于他們“盲目堅(jiān)信”原始主張，他們常常忽視反常資料。比如在“分離食鹽和水”時(shí)，學(xué)生觀察到食鹽水加熱蒸發(fā)后，蒸發(fā)皿中得到的物質(zhì)是粉末狀的白色顆粒物。雖然這些物質(zhì)與日常生活中所見(jiàn)到的食鹽顆粒有著明顯的不同，但學(xué)生都想當(dāng)然地認(rèn)為，這種粉末狀的白色顆粒物就是食鹽。他們不能運(yùn)用實(shí)驗(yàn)中得到的現(xiàn)象作出客觀分析。因此在教學(xué)時(shí)，筆者提出兩個(gè)問(wèn)題：“分離后出現(xiàn)的物質(zhì)與實(shí)驗(yàn)前的食鹽相同嗎？”“你判斷它是食鹽的證據(jù)是什么？”由此引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注證據(jù)是否充分合理。

在進(jìn)行集體論證時(shí)，學(xué)生往往只關(guān)注自己的證據(jù)，而無(wú)法對(duì)全部證據(jù)進(jìn)行通盤(pán)考慮。因此，教師要引導(dǎo)學(xué)生在活動(dòng)手冊(cè)中收集全班的證據(jù)，思考這些證據(jù)是否合理、所有的證據(jù)是否都支持觀點(diǎn)，從而認(rèn)識(shí)到科學(xué)研究具有可重復(fù)性的本質(zhì)。教師還要引導(dǎo)學(xué)生特別關(guān)注異常數(shù)據(jù)和現(xiàn)象，分析實(shí)驗(yàn)方法和過(guò)程是否合理，幫助學(xué)生剔除錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，確保證據(jù)合理無(wú)誤。

3.推理是否合理。論證過(guò)程的邏輯是否清楚、是否存在謬誤，會(huì)影響學(xué)生論證的水平。比如：“如果產(chǎn)生的氣體是二氧化碳，那么把燃著的木條伸入集氣瓶中，木條會(huì)立即熄滅?，F(xiàn)在觀察到燃燒的木條伸入集氣瓶后迅速熄滅，所以瓶中氣體必然為二氧化碳。”在這一推理過(guò)程中，學(xué)生出現(xiàn)了肯定后件的邏輯錯(cuò)誤。因此，教師應(yīng)在課堂教學(xué)中提供多種氣體資料，讓學(xué)生在比較分析的基礎(chǔ)上，用舉反例的方法作出否證，從而認(rèn)識(shí)到推理中的邏輯錯(cuò)誤。

綜上所述，在科學(xué)學(xué)習(xí)中，學(xué)生可依托活動(dòng)手冊(cè)，獲得提出主張的能力、獲取證據(jù)的能力、推理證明主張的能力和合理質(zhì)疑的能力。教師在教學(xué)時(shí)，要善用整體策劃，助推學(xué)生科學(xué)論證能力的發(fā)展，并根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)不同學(xué)段的目標(biāo)，緊密結(jié)合教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生實(shí)際，正確把握論證教學(xué)的切入點(diǎn)，促使學(xué)生的論證能力沿著一定的路徑不斷進(jìn)階。

參考文獻(xiàn)：

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［2］中華人民共和國(guó)教育部.義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）［M］.北京：北京師范大學(xué)出版社，2022.

*本文系浙江省2022年度教育科學(xué)規(guī)劃一般課題“依托分層探究活動(dòng)手冊(cè)培養(yǎng)小學(xué)生科學(xué)論證能力的實(shí)踐與研究”（課題編號(hào)：2022SC072）的研究成果。