小學(xué)STEM學(xué)科教科書的科學(xué)論證研究

摘" "要：科學(xué)論證是建立在邏輯話語(yǔ)實(shí)踐的基礎(chǔ)之上，其核心在于思維與推理，對(duì)數(shù)學(xué)學(xué)科的學(xué)習(xí)同樣強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)科學(xué)思維與科學(xué)推理能力，所以科學(xué)論證能力也逐漸成為基礎(chǔ)教育階段學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)需要掌握的重要內(nèi)容。為考察我國(guó)小學(xué)高年級(jí)數(shù)學(xué)教材中科學(xué)論證的實(shí)際編排情況，以北師大版數(shù)學(xué)教材為研究對(duì)象，采用內(nèi)容分析法對(duì)4—6年級(jí)上下冊(cè)共6本教材中呈現(xiàn)科學(xué)論證內(nèi)容的相關(guān)欄目進(jìn)行分類、編碼、統(tǒng)計(jì)與分析。結(jié)果表明：在內(nèi)容水平上，總體呈現(xiàn)出銜接性不強(qiáng)的特點(diǎn)；在呈現(xiàn)位置上，科學(xué)論證內(nèi)容主要呈現(xiàn)在正文部分；在表征方式上，多以文字實(shí)例和插圖表格等形式呈現(xiàn)。因此，建議在教材編寫中注意以下幾個(gè)方面：在內(nèi)容水平上，加強(qiáng)教材年段之間的銜接，提高論證水平的科學(xué)性；在呈現(xiàn)位置上，適當(dāng)增添多學(xué)科知識(shí)，提升數(shù)學(xué)文化內(nèi)涵；在表征方式上，采用靈活多樣的表征方式，順應(yīng)兒童發(fā)展特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：科學(xué)論證；小學(xué)數(shù)學(xué)；教材分析；STEM學(xué)科；教科書

中圖分類號(hào)：G434；G62" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B" " " 文章編號(hào)：1673-8454（2023）06-0120-09

科學(xué)教育的目標(biāo)是提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。作為科學(xué)教育研究領(lǐng)域中一個(gè)重要的研究對(duì)象，科學(xué)論證能力是科學(xué)素養(yǎng)的核心。科學(xué)論證能力是一種以科學(xué)知識(shí)為中介，根據(jù)收集到的數(shù)據(jù)資料提出主張和進(jìn)行推理，反思自己和別人論點(diǎn)的不足以提出反論點(diǎn)，同時(shí)能反駁他人的質(zhì)疑和批判，為自己辯護(hù)的高級(jí)思維能力。[1]論證是學(xué)習(xí)科學(xué)概念的重要工具，開展基于論證的科學(xué)教育活動(dòng)，可以促進(jìn)學(xué)生對(duì)科學(xué)概念的理解，深化對(duì)合理使用證據(jù)的理解，提高連貫和邏輯論證能力，促進(jìn)學(xué)生推理能力和批判反思能力的提高。教材是課程資源的載體，也是教師教學(xué)的載體，在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)論證能力方面起著重要的作用。因此，研究教材中蘊(yùn)含的科學(xué)論證內(nèi)容有著重要意義，不僅能夠加強(qiáng)對(duì)教材課程資源的創(chuàng)新，而且能夠提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

一、科學(xué)論證的內(nèi)涵及研究現(xiàn)狀

（一）學(xué)術(shù)界對(duì)論證的理解

關(guān)于論證的定義，不同學(xué)者的理解存在差異。早在1993年，庫(kù)恩·迪安娜（Kuhn Deanna）提出論證是收集證據(jù)證明自己或質(zhì)疑他人觀點(diǎn)的過程；[2]21世紀(jì)，勞森·安東（Lawson Anton E）提出論證是在不確定的問題中建立觀點(diǎn)，并且要找到觀點(diǎn)和證據(jù)之間的聯(lián)系；[3]國(guó)際學(xué)界最常用的是亨德森·布萊恩（Henderson Bryan）等人的定義：論證是以學(xué)科知識(shí)為背景所進(jìn)行的復(fù)雜推理活動(dòng)，目的是建立證據(jù)和觀點(diǎn)之間的聯(lián)系，或者反駁已建立的聯(lián)系。[4]

雖然不同研究者對(duì)科學(xué)論證持有不同看法，也各有側(cè)重，但都認(rèn)同論證要素，即觀點(diǎn)、證據(jù)、反駁?？v觀國(guó)際學(xué)界論證的理論模型研究，從蘇格拉底的論證模式，即用一系列的質(zhì)問來檢查人們潛在的、想當(dāng)然的假設(shè)，強(qiáng)調(diào)論證的反駁和觀點(diǎn)；再到亞里士多德三段論結(jié)構(gòu)論證模式，其本質(zhì)上是一種演繹推理的過程。這種論證形式是由已知的兩個(gè)命題為前提，基于大前提尋找證據(jù)、小前提尋找支持理由，從而推論出未知的一個(gè)命題即結(jié)論，強(qiáng)調(diào)了論證的推理和證據(jù)；最為經(jīng)典的是圖爾敏·斯蒂芬·埃德爾斯（Toulmin Stephen Edelston）提出的論證模型，它將主張、證據(jù)和正當(dāng)理由這三個(gè)組成部分確定為創(chuàng)建有效論證所需的最小結(jié)構(gòu)。[5]勞森·安東的論證模式也讓我們了解了科學(xué)知識(shí)獲得的過程，其中的重要成分包括問題、想法、預(yù)測(cè)、結(jié)果、結(jié)論等，成分之間的互動(dòng)關(guān)系有假設(shè)、歸納、演繹、逆推、比較、推論等。[6]不同學(xué)者從形式與結(jié)構(gòu)上回答了“科學(xué)論證是什么”的問題，能夠幫助學(xué)生更好地理解科學(xué)論證的具體內(nèi)容、構(gòu)成要素與形成過程。

論證有著重要的作用，不僅可以幫助學(xué)生理解與轉(zhuǎn)變概念，還能夠了解科學(xué)本質(zhì)，更好地發(fā)展學(xué)生科學(xué)探究能力和科學(xué)推理能力。所以從論證的視角對(duì)數(shù)學(xué)內(nèi)容進(jìn)行解讀是發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維的必要前提?？茖W(xué)教育中的論證，鼓勵(lì)學(xué)生參與真實(shí)的科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)，學(xué)生在論證實(shí)踐中尋找各種資料，形成證據(jù)支持科學(xué)觀點(diǎn)，以及對(duì)觀點(diǎn)進(jìn)行公開辯論，以此來發(fā)展科學(xué)論證能力。[7]

（二）課程標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)科學(xué)論證的研究

1.我國(guó)《義務(wù)教育數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》關(guān)于科學(xué)論證的表述

我國(guó)《義務(wù)教育階段數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》提出小學(xué)數(shù)學(xué)的10個(gè)核心素養(yǎng)，即數(shù)感、符號(hào)意識(shí)、空間觀念、幾何直觀、數(shù)據(jù)分析觀念、運(yùn)算能力、推理能力、模型思想、應(yīng)用意識(shí)、創(chuàng)新意識(shí)。[8]其中，運(yùn)算能力、推理能力和問題解決能力恰巧與論證的內(nèi)涵一致，都是培養(yǎng)學(xué)生論證能力的基礎(chǔ)部分，所以將論證能力列入培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的重要組成部分。我國(guó)小學(xué)有全國(guó)統(tǒng)一的課程標(biāo)準(zhǔn)，并且教材的使用也較為統(tǒng)一，教材在小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中的作用較大，因此本研究選取使用最為廣泛的北師大版小學(xué)高年級(jí)（4—6年級(jí)）數(shù)學(xué)教材對(duì)其科學(xué)論證內(nèi)容進(jìn)行研究。

2. 美國(guó)《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》關(guān)于科學(xué)論證的表述

2012年，美國(guó)《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》（Next Generation Science Standards，NGSS）明確將“基于證據(jù)的論證”列為 K-12 年級(jí)科學(xué)教育的八種重要科學(xué)實(shí)踐之一。[9]其對(duì)科學(xué)論證的解釋如下：科學(xué)知識(shí)基于證據(jù)和解釋間的邏輯和概念聯(lián)系；科學(xué)各學(xué)科采用一些共同準(zhǔn)則來獲得和評(píng)估實(shí)驗(yàn)性證據(jù)；科學(xué)知識(shí)基于實(shí)驗(yàn)性證據(jù)；科學(xué)包括協(xié)調(diào)證據(jù)和當(dāng)前理論的過程，當(dāng)多條證據(jù)支持某條解釋時(shí)，該種觀點(diǎn)得到強(qiáng)化。[10]這些都是在美國(guó)相關(guān)科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)下對(duì)科學(xué)論證的描述，也為我國(guó)基礎(chǔ)教育階段科學(xué)教育核心理念的實(shí)現(xiàn)提供了范本。

3.教材中對(duì)科學(xué)論證的研究

國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界關(guān)于科學(xué)論證的研究比較關(guān)注教材的使用方面：奧斯本·喬納森（Osborne Jonathan）的研究發(fā)現(xiàn)，教師的專業(yè)發(fā)展和教師學(xué)習(xí)對(duì)論證的教學(xué)有著顯著影響。[11]鄧陽(yáng)建構(gòu)了科學(xué)論證能力的一般評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)學(xué)生書面科學(xué)論證能力和口頭科學(xué)論證能力的評(píng)價(jià)進(jìn)行分析和總結(jié)。[12]教材可以作為預(yù)期課程和實(shí)施課程之間的橋梁，[13]并經(jīng)常被用作教學(xué)的基礎(chǔ)，[14]這限制了教學(xué)內(nèi)容，也影響了教學(xué)策略的使用。[15]卡基奇·耶爾馬茲（Cakici Yilmaz）認(rèn)為，對(duì)教科書的分析對(duì)于支持科學(xué)教育改革有著重大意義。[16]任寧生構(gòu)建了科學(xué)論證的教學(xué)設(shè)計(jì)模型，將教材內(nèi)容進(jìn)行科學(xué)論證的校本化實(shí)施，并且具有一定的可操作性。利用該教學(xué)模型可以幫助學(xué)生提高論證能力，并進(jìn)而理解科學(xué)本質(zhì)。[17]莫塔·卡羅琳·戈麥斯（Motta Caroline Gomes）等的研究結(jié)果顯示，基礎(chǔ)教育階段6—9年級(jí)教科書中提到的課程教學(xué)活動(dòng)并沒有將論證作為一種社會(huì)實(shí)踐能力來對(duì)待，很難完成培養(yǎng)學(xué)生批判性能力的重任，因此提出論證和教科書應(yīng)該建立有效伙伴關(guān)系的建議。[18]柳蘇娜（Ryu Suna）等強(qiáng)調(diào)在課堂上持續(xù)論證可以促進(jìn)兒童解決問題技能的發(fā)展，加深他們對(duì)數(shù)學(xué)概念的理解。[19]

眾多學(xué)者都有對(duì)理科教材中的科學(xué)史進(jìn)行分析，并進(jìn)一步在論證視角下對(duì)數(shù)學(xué)教材進(jìn)行比較研究。朱曉民等從文化視角設(shè)計(jì)了理科教材中科學(xué)史內(nèi)容的分析量表，對(duì)19套理科教材進(jìn)行分析并提出相應(yīng)教材存在的問題。[20]阿蒂·約翰·保羅（Attie John Paul）等根據(jù)國(guó)際學(xué)生評(píng)估項(xiàng)目（Programme for International Student Assessment，PISA），運(yùn)用內(nèi)容分析法，比較了巴西和加拿大數(shù)學(xué)教科書論證過程中教學(xué)的差異，結(jié)果顯示：巴西相對(duì)于加拿大，教科書論證過程過于循規(guī)蹈矩，缺乏論證過程中所需的自主分析和批判查證的基本技能。[21]

結(jié)合先前研究來看，分析數(shù)學(xué)教材中科學(xué)論證要素的研究相對(duì)于其他領(lǐng)域來說數(shù)量不多，尤其是對(duì)小學(xué)教材中科學(xué)論證內(nèi)容的具體分析更少，而本研究主要以小學(xué)數(shù)學(xué)教材中的科學(xué)論證進(jìn)行表征分析研究，其對(duì)數(shù)學(xué)學(xué)科論證教與學(xué)方面具有借鑒意義。通過對(duì)教材進(jìn)行編碼分析，能夠以更加客觀量化的方式對(duì)文本進(jìn)行深度分析，從而對(duì)教材科學(xué)論證的內(nèi)容進(jìn)行分析，為教材關(guān)于科學(xué)論證部分的編寫提供相應(yīng)的改革建議。

二、研究設(shè)計(jì)

小學(xué)高年級(jí)階段教材中蘊(yùn)含的科學(xué)論證內(nèi)容是本研究的重點(diǎn)，小學(xué)階段是學(xué)生的基礎(chǔ)教育階段，對(duì)其高年級(jí)教材進(jìn)行編碼分析能夠更好地推進(jìn)教材改革，符合兒童心理發(fā)展階段，推動(dòng)學(xué)生科學(xué)論證水平穩(wěn)定持續(xù)發(fā)展，以便探究科學(xué)論證這部分內(nèi)容在這版教材中的設(shè)置特點(diǎn)，并對(duì)教材編寫者提出建議。

因此，本研究提出了兩個(gè)研究問題：一是小學(xué)高年級(jí)（4—6年級(jí)）數(shù)學(xué)教材中的科學(xué)論證情況如何？二是小學(xué)高年級(jí)（4—6年級(jí)）數(shù)學(xué)教材中在科學(xué)論證編寫方面有哪些需要改進(jìn)之處？在研究對(duì)象上，本研究主要選取了北師大版的小學(xué)高年級(jí)數(shù)學(xué)教材，包括4—6年級(jí)上下冊(cè)共6本教材。在研究方法上，主要采用內(nèi)容分析法，用比較規(guī)范的方法讀取北師大版小學(xué)數(shù)學(xué)教材文本資料的內(nèi)容，把文本資料上的文字、非量化有交流價(jià)值的信息轉(zhuǎn)化為定量數(shù)據(jù)，建立有意義的類目分解交流內(nèi)容，并以此來分析教科書中論證的特征。

本研究主要根據(jù)科學(xué)論證的分析框架，對(duì)教材文本進(jìn)行系統(tǒng)編碼、分類、統(tǒng)計(jì)、分析，嘗試去探討有關(guān)科學(xué)論證的相關(guān)情況，并以數(shù)據(jù)圖表的形式呈現(xiàn)此教科書的論證維度及其重心分布。

在進(jìn)行與教科書相關(guān)的研究時(shí)，開發(fā)一個(gè)分析框架是至關(guān)重要的。[22]本研究基于前人已有的分析框架進(jìn)一步制定自己的分析框架，把論證縱向維度分為4個(gè)一級(jí)指標(biāo)：科學(xué)論證的基礎(chǔ)、科學(xué)論證的條件、科學(xué)論證的過程、科學(xué)論證的核心；橫向維度分為內(nèi)容水平、呈現(xiàn)位置、表征方式，描述水平按照1—5級(jí)水平進(jìn)行量化統(tǒng)計(jì)。其中，每個(gè)一級(jí)指標(biāo)分別對(duì)應(yīng)4個(gè)二級(jí)指標(biāo)，共計(jì)16個(gè)二級(jí)維度（見表1）。

二級(jí)指標(biāo)各維度的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)如下：

概念復(fù)雜性描述水平的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)：涉及孤立的概念為水平I，涉及多個(gè)概念為水平II，建立概念間的聯(lián)系為水平III，建立概念間的聯(lián)系且解釋聯(lián)系為水平IV，建立概念間的聯(lián)系、解釋聯(lián)系并創(chuàng)造性地發(fā)展概念為水平V。規(guī)則的充分性、證據(jù)的復(fù)雜性、主張的充分性、推理的復(fù)雜性、因果的充分性、論點(diǎn)的復(fù)雜性、論辯的充分性、概念的復(fù)雜性等評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)大致是一致的，這里就不再贅述。

概念情境性描述水平的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)：在孤立的情境中闡述概念為水平I，在詳細(xì)的情境中闡述概念為水平II，結(jié)合生活實(shí)際闡述概念為水平Ⅲ，結(jié)合生活實(shí)際闡述與應(yīng)用概念為水平IV，結(jié)合生活實(shí)際闡述、應(yīng)用與遷移概念為水平V。規(guī)則的有效性、證據(jù)的情境性、主張的有效性、推理的情境性、因果的有效性、論點(diǎn)的情境性、論辯的情境性、概念的情境性描述水平的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)大致是一致的，也不再贅述。表2是教材“科學(xué)論證”文本分析之橫向內(nèi)容評(píng)定的操作細(xì)則。

三、研究結(jié)果

（一）教材中科學(xué)論證的整體狀況

本研究基于對(duì)教材文本中科學(xué)論證內(nèi)容的統(tǒng)計(jì)分析，圖1為科學(xué)論證的基礎(chǔ)和科學(xué)論證的條件年級(jí)對(duì)比圖，圖2為科學(xué)論證的過程和科學(xué)論證的核心年級(jí)對(duì)比圖。從整體上看，在一級(jí)指標(biāo)科學(xué)論證的基礎(chǔ)、科學(xué)論證的條件方面，整體論證水平大致是隨著年段的上升而逐步升高的，在5年級(jí)達(dá)到最高峰，而在6年級(jí)這個(gè)階段出現(xiàn)的頻次明顯比其他年段都要低。而從一級(jí)指標(biāo)科學(xué)論證的過程、科學(xué)論證的核心整體規(guī)律來看，除了描述水平之外，其他內(nèi)容水平中的二級(jí)指標(biāo)、呈現(xiàn)位置和表征方式方面都比前兩個(gè)一級(jí)指標(biāo)低，前兩個(gè)年級(jí)整體上是上升趨勢(shì)，到六年級(jí)開始出現(xiàn)下降趨勢(shì)。

（二）教材中科學(xué)論證的內(nèi)容水平

結(jié)合教材分析框架，從橫向維度將內(nèi)容水平維度分為：所占篇幅、出現(xiàn)頻次、關(guān)聯(lián)課數(shù)、描述水平。所占篇幅反映了科學(xué)論證內(nèi)容在教材中的占比情況；出現(xiàn)頻次和關(guān)聯(lián)課數(shù)反映了科學(xué)論證內(nèi)容新概念出現(xiàn)的頻次和相關(guān)內(nèi)容課程關(guān)聯(lián)節(jié)數(shù)；描述水平反映了科學(xué)論證內(nèi)容的描述詳盡水平和要求學(xué)生理解程度的高低。

從圖1、圖2可知，從整體上來說，在所占篇幅上，前兩個(gè)一級(jí)指標(biāo)（科學(xué)論證的基礎(chǔ)、科學(xué)論證的條件）明顯高于后兩個(gè)一級(jí)指標(biāo)（科學(xué)論證的過程、科學(xué)論證的核心）。由科學(xué)論證的基礎(chǔ)下降到科學(xué)論證的條件，科學(xué)論證的過程和科學(xué)論證的核心是基本上保持一致的。

在出現(xiàn)頻次和關(guān)聯(lián)課數(shù)方面，4個(gè)一級(jí)指標(biāo)大體上是處于持平的狀態(tài)。在描述水平方面，4個(gè)一級(jí)指標(biāo)的規(guī)律大體是一致的，都呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。從年級(jí)分布情況而言，所占篇幅在4個(gè)一級(jí)指標(biāo)中的規(guī)律基本是一致的，趨勢(shì)為4—5年級(jí)是逐步上升的趨勢(shì)，5年級(jí)達(dá)到最高峰，到6年級(jí)有所下降。

從中可以明顯看出，科學(xué)論證的基礎(chǔ)和條件明顯低于科學(xué)論證的過程和核心，越到得到論點(diǎn)、進(jìn)行論辯的重點(diǎn)部分，其所占比重反而越低。出現(xiàn)頻次呈現(xiàn)隨著年段的上升而不斷降低的趨勢(shì)，這可能跟課時(shí)單元安排有關(guān)，到6年級(jí)由于要為升學(xué)考試作準(zhǔn)備，學(xué)習(xí)內(nèi)容較多課時(shí)單元安排緊湊，可能就會(huì)越少。而關(guān)聯(lián)課數(shù)則整體呈現(xiàn)4—5年級(jí)呈現(xiàn)逐步上升的趨勢(shì)，到6年級(jí)階段有所下降且達(dá)到最低峰。在描述水平方面，其整體規(guī)律大體上是一致的，前兩個(gè)年級(jí)階段是隨著年級(jí)的上升而不斷提高的趨勢(shì)，并在5年級(jí)達(dá)到最高峰，到6年級(jí)階段出現(xiàn)下降的趨勢(shì)。

（三）教材中科學(xué)論證的呈現(xiàn)位置

結(jié)合教材分析框架，把教材中科學(xué)論證內(nèi)容呈現(xiàn)位置分為：正文部分、引言背景、邊欄注釋、例題習(xí)題、課后拓展5部分?？茖W(xué)論證內(nèi)容呈現(xiàn)不同位置，不僅反映了教學(xué)的順序性和邏輯性，還反映了教學(xué)過程中的重要程度。

從圖1、圖2結(jié)果顯示來看，該教材科學(xué)論證內(nèi)容的呈現(xiàn)位置，相較于正文部分和例題習(xí)題，課后拓展部分出現(xiàn)的相對(duì)較少，只有在科學(xué)論證的基礎(chǔ)和條件部分出現(xiàn)，且科學(xué)論證的過程和核心部分僅在正文部分出現(xiàn)，其他4個(gè)部分出現(xiàn)的頻次為零，可見論點(diǎn)的核心和論辯的過程都集中在正文重點(diǎn)部分，這部分往往能夠引起學(xué)生的重視。

從年級(jí)分布情況來看，在基礎(chǔ)和條件階段，正文部分和例題習(xí)題都呈現(xiàn)4—6級(jí)階段逐步下降的趨勢(shì)；在課后拓展部分是逐步升高的趨勢(shì)；在過程和核心階段，3個(gè)年級(jí)也是呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。在呈現(xiàn)位置上，無論是總體趨勢(shì)還是年級(jí)趨勢(shì)，論證的內(nèi)容大部分都集中在正文部分和例題習(xí)題，其他部分內(nèi)容很少。

（四）教材中科學(xué)論證的表征方式

結(jié)合教材分析框架，把教材中科學(xué)論證內(nèi)容的表征方式分為：概念規(guī)律、文字實(shí)例、學(xué)史闡釋、插圖表格、動(dòng)手操作、動(dòng)腦探究。教材內(nèi)容靈活運(yùn)用多種表征方式，對(duì)學(xué)生掌握概念起著重要作用。從圖1、圖2結(jié)果顯示：總體來看，教材中這6種表征方式均有出現(xiàn)，相較于文字實(shí)例、插圖表格、動(dòng)腦探究而言，概念規(guī)律、學(xué)史闡釋、動(dòng)手操作出現(xiàn)的頻次較少。從年級(jí)分布情況來看，在概念規(guī)律和學(xué)史闡釋方面，各個(gè)年級(jí)4個(gè)一級(jí)指標(biāo)都相對(duì)較少；在文字實(shí)例、插圖表格和動(dòng)手操作方面，3個(gè)年級(jí)也呈現(xiàn)波動(dòng)趨勢(shì)，且4年級(jí)出現(xiàn)的頻次最多；在動(dòng)腦探究方面，4個(gè)一級(jí)指標(biāo)的上升趨勢(shì)大體一致，4—5年級(jí)呈逐步上升的趨勢(shì)，到6年級(jí)開始有所下降。無論是整體趨勢(shì)還是年級(jí)趨勢(shì)，在表征方式方面都呈現(xiàn)出多元化的特點(diǎn)。

（五）教材年段描述水平的二級(jí)指標(biāo)分析

由于描述水平是最能夠說明科學(xué)論證內(nèi)容描述的詳盡水平，更能體現(xiàn)教材要求學(xué)生數(shù)學(xué)概念掌握的程度。為了更好地發(fā)現(xiàn)其規(guī)律所在，因此在作圖時(shí)采用上下冊(cè)拆分的方式進(jìn)行分析，這樣能夠更加清晰地分析年段之間的差異，達(dá)到可視化的效果。

從4年級(jí)階段上下冊(cè)的總體情況來看（見圖3），概念的情境性、規(guī)則的有效性、證據(jù)的有效性、主張的有效性都比概念的復(fù)雜性、規(guī)則的充分性、證據(jù)的復(fù)雜性、主張的充分性高，也就是論證的內(nèi)容大多都能結(jié)合生活實(shí)際情境去進(jìn)行描述，教材內(nèi)容也更加貼合學(xué)生生活。5年級(jí)階段，其上冊(cè)、下冊(cè)的規(guī)律不太明顯，是波動(dòng)的；概念的情境性較突出，而且前8個(gè)二級(jí)指標(biāo)與后8個(gè)二級(jí)指標(biāo)相比較高。6年級(jí)階段上冊(cè)、下冊(cè)的描述水平是有一定差別的，上冊(cè)相對(duì)應(yīng)的每一個(gè)二級(jí)指標(biāo)都比下冊(cè)高，其中推理的情境性和論辯的充分性差值最大。六年級(jí)下冊(cè)階段偏重小升初考試，因此在教材編排時(shí)單元較少，復(fù)習(xí)的例題、習(xí)題較多，這也是為何到6年級(jí)下冊(cè)呈現(xiàn)下降的一個(gè)重要原因。

無論是總體趨勢(shì)還是年段趨勢(shì)，其年級(jí)之間的描述都呈現(xiàn)出大幅上升的趨勢(shì)，這也表明教材中關(guān)于科學(xué)論證的內(nèi)容跨度比較和銜接性不夠好，可能會(huì)對(duì)學(xué)生理解教材產(chǎn)生一定的難度。

四、結(jié)論與建議

北師大版數(shù)學(xué)教材較為科學(xué)地呈現(xiàn)了培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)論證能力所需要的素材，為了更好地促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)，基于上述分析，建議在科學(xué)論證內(nèi)容編寫方面注意以下問題：

（一）在內(nèi)容水平上，加強(qiáng)教材年段之間的銜接，提高論證水平的科學(xué)性

教材中科學(xué)論證的內(nèi)容應(yīng)采用逐級(jí)遞進(jìn)、螺旋上升的原則，學(xué)生對(duì)新概念的學(xué)習(xí)需要一個(gè)內(nèi)化的過程，過多、過繁的概念論證對(duì)學(xué)生理解教材來說具有一定的難度。因此，建議加強(qiáng)年段教材之間的銜接，其銜接要有度，難度應(yīng)隨著年段的上升逐級(jí)增加，不應(yīng)出現(xiàn)大幅波動(dòng)的現(xiàn)象。當(dāng)教材為學(xué)生搭建了相應(yīng)的邏輯認(rèn)識(shí)橋梁，那么學(xué)生就逐漸能夠把握科學(xué)本質(zhì)，抵達(dá)科學(xué)的彼岸。北師大版的教材多以情境來展示教學(xué)目標(biāo)，給教師提供了更大的研讀空間，教師在研讀數(shù)學(xué)教材時(shí)，不能把教材讀厚讀難，應(yīng)當(dāng)是讀精讀薄，簡(jiǎn)化教材，更多結(jié)合學(xué)生生活實(shí)際進(jìn)行教學(xué)，這樣學(xué)生才能更好地適應(yīng)數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí)。

（二）在呈現(xiàn)位置上，適當(dāng)增添多學(xué)科知識(shí)，提升數(shù)學(xué)文化內(nèi)涵

其內(nèi)容越貼近生活實(shí)際，學(xué)生就越容易把數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)應(yīng)用于生活。北師大版教材強(qiáng)調(diào)科學(xué)探究活動(dòng)，在教材中設(shè)置“數(shù)學(xué)好玩”單元，建立了真實(shí)的學(xué)習(xí)情境，也能更好地激發(fā)學(xué)生的研究興趣，并對(duì)學(xué)生增強(qiáng)和提升科學(xué)素養(yǎng)起著積極的作用。教材中“你知道嗎”欄目設(shè)計(jì)滲透著數(shù)學(xué)文化，又有課后閱讀拓展的韻味，所以教材可以適度增加融合各科知識(shí)的有趣閱讀部分，作為課后拓展部分。邊欄注釋通常是對(duì)教材文本的進(jìn)一步解釋，它可以幫助學(xué)生和教師預(yù)先學(xué)習(xí)，邊欄注釋的有機(jī)編排能夠配合數(shù)學(xué)學(xué)科的特點(diǎn)進(jìn)行思想教育，能溝通數(shù)學(xué)與社會(huì)、自然的聯(lián)系，啟發(fā)學(xué)生深入分析思考，指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)方法，掌握知識(shí)要領(lǐng)?？稍谛W(xué)數(shù)學(xué)教材中的邊欄注釋方面，增添一些整合學(xué)科的相關(guān)知識(shí)窗，滲透數(shù)學(xué)文化思想，更好地拓展學(xué)生的視野。

（三）在表征方式上，采用靈活多樣的表征方式，順應(yīng)兒童發(fā)展特點(diǎn)

小學(xué)高年級(jí)學(xué)生仍處于具體運(yùn)算思維階段，其思維還離不開具體事物的支持，所以在數(shù)學(xué)教學(xué)和學(xué)習(xí)中使用更直觀的形式，對(duì)提高學(xué)生的概念理解是有效的，動(dòng)手操作能夠幫助學(xué)生建立具體事物與抽象事物的聯(lián)系。數(shù)學(xué)的知識(shí)是抽象的，尤其對(duì)于一些數(shù)學(xué)概念和原理的理解往往是難上加難，這個(gè)時(shí)候在教材中加入動(dòng)手操作的表征方式，能夠讓學(xué)生不再感覺數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的枯燥，積極主動(dòng)地去建構(gòu)知識(shí)體系，也有利于提高學(xué)生的科學(xué)論證能力。

單純的概念規(guī)律或文字實(shí)例描述的表征方式，對(duì)于這個(gè)階段的學(xué)生而言是很難建立新概念的，圖文結(jié)合的方式更能夠構(gòu)建學(xué)生的空間概念。學(xué)史闡釋在教材中出現(xiàn)的頻次也比較少，使用科學(xué)史方式闡釋相關(guān)問題，可以借助不同的呈現(xiàn)方式提高科學(xué)史分布的均衡性?？茖W(xué)史作為重要的教學(xué)資源，對(duì)學(xué)生知識(shí)掌握、能力提升和情感培養(yǎng)都起到一定的促進(jìn)作用?？茖W(xué)論證的過程更加需要學(xué)生去探究和解決問題，不僅能解決數(shù)學(xué)教材上的知識(shí)，還能解決生活實(shí)際問題，進(jìn)而提升學(xué)生核心素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]韓葵葵.中學(xué)生的科學(xué)論證能力[D].西安：陜西師范大學(xué)，2016.

[2]KUHN D. Science as argument： implications for teaching and learning scientific thinking[J]. Science Education， 1993，77（3）：319-337.

[3][6]LAWSON A E. The nature and development of hypothetico-predictive argumentation with implications for science teaching[J]. International Journal of Science Education，2003，25（11）：1387-1408.

[4]HENDERSON J B， OSBORNE J， MACPHERSON A， et al. A new learning progression for student argumentation in scientific contexts[J]. Science Education Research for Evidence-Based Teaching and Coherence in Learning， 2014（7）：26-42.

[5]TOULMIN S. The uses of argument[M]. England： Cambridge University Press， 1958.

[7]弭樂，郭玉英.滲透式導(dǎo)向的兩種科學(xué)論證教學(xué)模型述評(píng)[J].全球教育展望，2017，46（6）：60-69.

[8]教育部.義務(wù)教育數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）[S].北京：北京師范大學(xué)出版社，2012.

[9]OSBORNE J， ERDURAN S， SIMON S. Enhancing the quality of argumentation in school science[J]. Journal of Research in Science Teaching， 2004，41（10）：994-1020.

[10]郭玉英，姚建欣，彭征.美國(guó)《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》述評(píng)[J].課程·教材·教法，2013，33（8）：118-127.

[11]OSBORNE J， SIMON S， CHRISTODOULOU A， et al. Learning to argue： a study of four schools and their attempt to develop the use of argumentation as a common instructional practice and its impact on students[J]. Journal of Research in Science Teaching， 2013，50（3）：315-347.

[12]鄧陽(yáng).科學(xué)論證及其能力評(píng)價(jià)研究[D].武漢：華中師范大學(xué)，2015.

[13]SCHMIDT W H， CC MCKNIGHT， VALVERDE G A， et al. Many visions， many aims（TIMSS Volume 1）： A Cross-National Investigation of Curricular Intentions in School Mathematics[M]. USA： Springer Dordrecht， 1997.

[14]VALVERDE G A， BIANCHI L J， WOLFE R G， et al. According to the book： using TIMSS to investigate the translation of policy into practice through the world of textbooks[J]. British Journal of Educational Studies， 2003，51（4）：437-438.

[15]ALAJMI A H. How do elementary textbooks address fractions？ a review of mathematics textbooks in the USA， Japan， and Kuwait[J]. Educational Studies in Mathematics， 2012，79（2）：239-261.

[16]CAKICI Y. Exploring turkish upper primary level science textbooks’ coverage of scientific literacy themes[J]. Eurasian Journal of Educational Research， 2012（19）：81-102.

[17]任寧生.基于科學(xué)論證的教學(xué)設(shè)計(jì)研究[D].上海：上海師范大學(xué)，2016.

[18]MOTTA C， VIER S. Argumentation and textbooks： for an effective partnership[J]. Entrepalavras， 2019，9（1）58-71.

[19]RYU S， SANDOVAL W A. Improvements to elementary children’s epistemic understanding from sustained argumentation[J]. Science Education， 2012，96（3）：488-526.

[20]朱曉民，馬勇軍.文化視野下中學(xué)理科教材中科學(xué)史內(nèi)容分析[J].課程·教材·教法，2013，33（6）：72-81.

[21]ATTIE J P， KRPANN C M. Argumentation in math teaching books： Brazil and Canada[J]. Interfaces Brasil-Canada， 2020，20（9）：1-20.

[22]FAN L， MIAO Z， ZHU Y. Textbook research in mathematics education： development status and directions[J]. ZDM Mathematics Education， 2013，45（5）：633-646.

Scientific Argumentation of STEM Textbooks in Primary Schools：

A Case Study of Beijing Normal University Edition Mathematics Grades 4-6

Zijuan YIN1， Xufan ZHANG2， Menghan CHEN2， Lu LU1， Huijuan YANG1

（1.Normal College， Qingdao University， Qingdao 266071， Shandong;

2.Faculty of Education， Beijing Normal University， Beijing 100875）

Abstract： Scientific argumentation is based on the practice of logical discourse， its core lies in thinking and reasoning. The study of mathematical disciplines also emphasizes the cultivation of scientific thinking and scientific reasoning ability， so the ability of scientific argumentation has increasingly become one that students need to master in the basic education stage to learn mathematics. In order to investigate the actual arrangement of scientific argumentation in mathematics textbooks for senior primary schools， and provide suggestions for improvement， this research， taking the Beijing Normal University edition of mathematics textbooks as the research object， further improves the analysis framework of predecessors. The content analysis method is used to classify， encode， count and analyze relevant columns presenting the content of scientific arguments in a total of 6 textbooks in the upper and lower volumes of grades 4 to 6. The research results show that the overall coherence is not strong at the content level， the scientific demonstration is mainly presented in the main body part in the presentation position， and in the representation method， it is mostly presented in the form of text examples and illustrated tables. Therefore， it is suggested that in the future preparation of teaching materials， attention should be paid to： strengthen the connection between the years of teaching materials in terms of content level， improve the scientific level of argumentation; in the presentation position， appropriately add multidisciplinary knowledge and enhance the connotation of mathematical culture; in the representation method， adopt flexible and diverse representation methods to conform to the characteristics of children’s development.

Keywords： Scientific argumentation; Primary school mathematics; Textbook analysis; STEM subjects; Textbook

編輯：李曉萍" "校對(duì)：王天鵬

DOI： 10.3969/j.issn.1673-8454.2023.06.015

作者簡(jiǎn)介：尹子娟，青島大學(xué)師范學(xué)院碩士研究生（山東青島 266071）；張栩凡，北京師范大學(xué)教育學(xué)部碩士研究生，共同第一作者（北京 100875）；陳夢(mèng)寒，北京師范大學(xué)教育學(xué)部碩士研究生（北京100875）；盧璐，青島大學(xué)師范學(xué)院碩士研究生（山東青島 266071）；楊慧娟，青島大學(xué)師范學(xué)院副教授、碩士生導(dǎo)師，博士（山東青島 266071）

基金項(xiàng)目：教育部教育管理信息中心教育管理與決策研究服務(wù)專項(xiàng) 2022 年度委托課題“國(guó)外科學(xué)教育戰(zhàn)略行動(dòng)研究及其數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)”（編號(hào)：EMIC-YJC-2022008）