混合論證模式在高中化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

摘要：將羅森論證模式與模型—證據(jù)—鏈（MEL）模式相結(jié)合，以“原子結(jié)構(gòu)模型的演變”為例，通過提供模型發(fā)展的關(guān)鍵性證據(jù)，讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)家構(gòu)建模型、模型論證與修正模型的過程，探討在化學(xué)教學(xué)中應(yīng)用MEL-羅森混合論證模式培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維與論證能力，加深學(xué)生對科學(xué)本質(zhì)的理解。

關(guān)鍵詞：論證教學(xué)；羅森論證模式；MEL模式；混合論證模式

文章編號：1008-0546（2023）11-0028-05" 中圖分類號：G632.41" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2023.11.006

論證教學(xué)是將科學(xué)領(lǐng)域的論證引入課堂，使學(xué)生經(jīng)歷類似科學(xué)家的論證過程，理解科學(xué)概念和科學(xué)本質(zhì)，并促進(jìn)其思維發(fā)展的探究式教學(xué)模式。［1］論證教學(xué)作為一種培養(yǎng)學(xué)生論證能力，追尋科學(xué)理性與邏輯思維的教學(xué)模式，受到教育界的重點(diǎn)關(guān)注，研究者提出了許多不同的論證教學(xué)模式：圖爾敏模式，ADI模式， SWH模式，PCRR模式，羅森論證模式等。每個(gè)論證模式都有各自的適用范圍及側(cè)重角度，如圖爾敏模式注重論證要素和結(jié)構(gòu)的完整；ADI模式將論證活動(dòng)整合到實(shí)驗(yàn)探究之中，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)論證在知識(shí)構(gòu)建中的作用；SWH模式將傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告與個(gè)人建構(gòu)的寫作相聯(lián)系，強(qiáng)調(diào)將對話和寫作作為工具進(jìn)行教學(xué)；PCRR模式強(qiáng)調(diào)核心思想的建模過程，結(jié)構(gòu)簡單可以循環(huán)往復(fù)地使用，適用于概念或規(guī)律教學(xué)；［2］羅森模式強(qiáng)調(diào)基于模型的預(yù)測功能尋找證據(jù)并展開論證活動(dòng)。模型—證據(jù)—鏈（Model Evidence Link，MEL）是新近提出的一種論證教學(xué)模式，與其他論證教學(xué)模式相比，MEL模式更強(qiáng)調(diào)學(xué)生通過證據(jù)評估競爭模型的有效性，關(guān)注學(xué)生對證據(jù)與模型間關(guān)系的解釋，這不僅有利于學(xué)生的證據(jù)推理能力的發(fā)展，也能促進(jìn)學(xué)生對模型的理解認(rèn)知。［3］MEL模式的關(guān)注點(diǎn)與化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”強(qiáng)調(diào)的基于證據(jù)進(jìn)行分析推理，并建立認(rèn)知模型的內(nèi)涵高度契合，是化學(xué)論證教學(xué)可以借鑒的一種模式。不過MEL模式也有其不足之處，它對確立觀點(diǎn)的能力與證據(jù)意識(shí)的培養(yǎng)不夠重視。在參考不同論證模式的相關(guān)研究成果后，本文選擇將 MEL模式與羅森論證模式相結(jié)合，發(fā)揮兩者優(yōu)點(diǎn)，以更全面地發(fā)展學(xué)生的證據(jù)推理能力。

一、論證教學(xué)設(shè)計(jì)依據(jù)

1. MEL模式

MEL模式包含三個(gè)要素：模型、證據(jù)與鏈接（見圖1）。模型是面對復(fù)雜情景提出的觀點(diǎn)，是此模式的中心；證據(jù)指與模型間存在密切關(guān)系的客觀事實(shí)，是 MEL 的關(guān)鍵；鏈接指模型與證據(jù)間的邏輯關(guān)系，是 MEL 的紐帶，以不同類型的箭頭表示，學(xué)生通過鏈接解釋模型與證據(jù)的關(guān)系，用四種類型的箭頭表示四種不同的模型與證據(jù)間的關(guān)系。在以 MEL 為模式的教學(xué)中，研究者向?qū)W生展示兩個(gè)相互競爭的模型，并羅列出六個(gè)以內(nèi)數(shù)量的證據(jù)塊，然后讓學(xué)生評估模型與證據(jù)間的邏輯關(guān)系，畫出不同形狀的箭頭來表示每個(gè)證據(jù)和每個(gè)模型之間的不同關(guān)系。在此教學(xué)模式下，教學(xué)活動(dòng)的重點(diǎn)是學(xué)生對證據(jù)和這些不同解釋之間的聯(lián)系做出判斷，以此來發(fā)展學(xué)生的批判性思維。［4］

2.羅森“If/Then/Therefore”模式

羅森基于科學(xué)家的思考模式，提出了“If/Then/ Therefore”論證模式。他認(rèn)為論證過程起始于對謎題般現(xiàn)象的觀察，通過觀察思考成因，提出可能的假設(shè)或解釋（If），并在假定假設(shè)成立的條件下，預(yù)測可能會(huì)發(fā)生的結(jié)果（Then），然后與實(shí)踐的真實(shí)結(jié)果對比，獲得最終的結(jié)論（Therefore）。［5］該模式中包括“If/Then/ Therefore”三個(gè)要素（見圖2），通過前兩個(gè)要素論述觀點(diǎn)與實(shí)驗(yàn)預(yù)測，在檢驗(yàn)時(shí)，利用實(shí)驗(yàn)結(jié)果形成證據(jù)并與實(shí)驗(yàn)預(yù)測對比后得出結(jié)論。

3. MEL-羅森模式

通過整理 MEL 模式的相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，在使用 MEL模式進(jìn)行論證教學(xué)時(shí)，采用的模型為兩個(gè)相互競爭的觀點(diǎn)，學(xué)生論證活動(dòng)的主要內(nèi)容是對特定現(xiàn)象的證據(jù)和替代解釋之間的關(guān)系做出判斷，活動(dòng)的結(jié)果是其中一個(gè)觀點(diǎn)的確立，以此加深學(xué)生對正確科學(xué)概念的理解。但科學(xué)理論的發(fā)展并不僅僅伴有正確觀點(diǎn)的確立和錯(cuò)誤觀點(diǎn)的摒棄，還伴有觀點(diǎn)的完善，科學(xué)的本質(zhì)可以說是理論不斷修正和完善的過程。并且在采用MEL模式進(jìn)行教學(xué)時(shí)，教師需要直接展示相對立的觀點(diǎn)與有關(guān)證據(jù)，讓學(xué)生分析證據(jù)與觀點(diǎn)間的關(guān)系，這雖然有利于發(fā)展學(xué)生基于模型的推理能力，從而提升其批判性評價(jià)的意識(shí)，但缺少了由證據(jù)確立觀點(diǎn)，并由觀點(diǎn)尋找新證據(jù)的過程，不利于發(fā)展學(xué)生確立觀點(diǎn)的能力與證據(jù)意識(shí)?；瘜W(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)要求學(xué)生不僅能基于證據(jù)進(jìn)行分析推理，證實(shí)或證偽假設(shè)，還能基于證據(jù)提出可能的假設(shè)，并建立觀點(diǎn)、結(jié)論和證據(jù)之間的邏輯關(guān)系，而羅森模式“如果/而且/那么”三要素則強(qiáng)調(diào)由觀點(diǎn)尋找證據(jù)的過程，有利于培養(yǎng)學(xué)習(xí)基于證據(jù)推理并尋找證據(jù)的能力。故將兩者結(jié)合，相互彌補(bǔ)，以更全面地發(fā)展學(xué)生證據(jù)推理能力。

本文提出的MEL-羅森模式如圖3所示。在證據(jù)1與證據(jù)2的基礎(chǔ)上，可以推理得到模型A，模型A 可以解釋證據(jù)1證據(jù)2，為了收集更多的證據(jù)來支持或反駁模型A，可以從模型A 出發(fā)推理預(yù)測可能發(fā)生的結(jié)果（預(yù)測結(jié)果A1，預(yù)測結(jié)果A2），然后通過對比預(yù)測結(jié)果與真實(shí)結(jié)果來得到結(jié)論，此時(shí)真實(shí)結(jié)果便成了模型A 的支持性證據(jù)或反駁性證據(jù)。預(yù)測結(jié)果與真實(shí)結(jié)果的對比有兩種情況：（1）兩者相符，如圖3中①框內(nèi)所示，這表明真實(shí)結(jié)果（證據(jù)3）支持模型A，用直線箭頭連接證據(jù)與模型；（2）兩者不相符，如圖3中②框內(nèi)所示，這表明真實(shí)結(jié)果（證據(jù)4）不支持模型A，用帶“×”的直線箭頭連接證據(jù)與模型，當(dāng)新出現(xiàn)的證據(jù)不支持建立的模型時(shí)，說明模型有錯(cuò)誤的地方，此時(shí)便需要對模型A進(jìn)行完善修正得到模型 B，模型 B 可以解釋新的證據(jù)。然后在模型 B 的基礎(chǔ)上再收集證據(jù)來支持或完善模型。

與MEL論證模式相比，新的模式引入了預(yù)測與模型修正。預(yù)測的引入一是可以為模型尋找新的證據(jù)提供方向；二是為模型和證據(jù)搭建橋梁，部分證據(jù)并不能直接與模型掛鉤，難以評估證據(jù)與模型間的關(guān)系，此時(shí)以證據(jù)為分析推理方向可得到預(yù)測結(jié)果，然后對比預(yù)測結(jié)果與證據(jù)是否相符，以建立模型與證據(jù)之間的聯(lián)系。通過引入模型修正讓學(xué)生體會(huì)理論的相對正確性，認(rèn)識(shí)到科學(xué)并非是亙古不變的永恒真理，科學(xué)理論的建立也并非是一蹴而就的，科學(xué)理論的發(fā)展始終經(jīng)歷著推翻與革新，以此培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)意識(shí)以及敢于質(zhì)疑的科學(xué)精神。

二、基于MEL-羅森論證模式的高中化學(xué)教學(xué)案例

“原子結(jié)構(gòu)模型的演變”位于人教版《普通高中教科書·化學(xué)》必修第一冊第四章第一節(jié)“原子結(jié)構(gòu)與元素周期表”科學(xué)史話欄目，課堂上教師常常是一筆帶過，僅介紹模型的演變，而缺乏對模型演變過程中關(guān)鍵證據(jù)的展示以及推理。在原子結(jié)構(gòu)模型的演變史中，并沒有對立模型同時(shí)存在，而是包含模型的建構(gòu)、尋找并展示證據(jù)與推理，基于新的證據(jù)對模型進(jìn)行修正與完善的過程。以原子結(jié)構(gòu)模型演變史為教學(xué)主線，采用MEL-羅森論證模式進(jìn)行教學(xué)，可以讓學(xué)生體會(huì)科學(xué)理論的局限性，加深學(xué)生對科學(xué)本質(zhì)的理解，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)論證能力與敢于質(zhì)疑的科學(xué)精神。下面結(jié)合“原子結(jié)構(gòu)模型的演變”教學(xué)片段介紹MEL-羅森論證模式的應(yīng)用。

1.道爾頓模型的論證與修正

（1）模型構(gòu)建

【資料卡片】證據(jù)1：拉瓦錫通過大量的定量試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在化學(xué)反應(yīng)中，參加反應(yīng)的各物質(zhì)的質(zhì)量總和等于反應(yīng)后生成各物質(zhì)的質(zhì)量總和，即質(zhì)量守恒定律。

證據(jù)2：普勞斯特通過分析各種礦物元素的質(zhì)量比，發(fā)現(xiàn)每一種化合物都有一定的組成，即定比定律。

【資料補(bǔ)充】道爾頓模型：①原子都是不能再分的粒子；②同種元素的原子的各種性質(zhì)和質(zhì)量都相同；③原子是微小的實(shí)心球體。

【教師引導(dǎo)】介紹“鏈”的作用，引導(dǎo)學(xué)生推理并解釋證據(jù)與道爾頓模型間的關(guān)系，并用“鏈”表示其關(guān)系。

【學(xué)生活動(dòng)】用“鏈”表示證據(jù)與道爾頓模型間的關(guān)系（見圖4），并解釋證據(jù)起到的作用。

設(shè)計(jì)意圖：通過引入道爾頓原子結(jié)構(gòu)的證據(jù)與模型，使用模型-證據(jù)-鏈讓學(xué)生經(jīng)歷模型建立的過程，熟悉證據(jù)與模型之間的關(guān)系，了解科學(xué)家是基于證據(jù)構(gòu)建模型的。

（2）預(yù)測尋找證據(jù)與模型修正

①證據(jù)支持模型

【資料卡片】道爾頓基于他的原子模型提出了預(yù)測——倍比定律：如果甲、乙兩元素能相互化合生成幾種不同的化合物，則與一定量甲元素相化合的乙元素的質(zhì)量互成簡單整數(shù)比。

【資料補(bǔ)充】證據(jù)3：貝采利烏斯對化合物進(jìn)行精確的實(shí)驗(yàn)分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)論符合道爾頓提出的倍比定律。

【教師引導(dǎo)】組織學(xué)生思考預(yù)測結(jié)果與道爾頓模型間的關(guān)系。

【學(xué)生活動(dòng)】思考倍比定律與道爾頓模型間的關(guān)系，討論倍比定律的證實(shí)對模型起到的作用是什么。

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生了解模型的預(yù)測功能，熟悉如何通過模型的預(yù)測功能尋找新的證據(jù)，以及建立證據(jù)與模型間的關(guān)系（預(yù)測、證據(jù)與模型關(guān)系見圖5）。

②證據(jù)不支持模型

【資料卡片】證據(jù)4：湯姆孫研究陰極射線發(fā)現(xiàn)電子，實(shí)驗(yàn)結(jié)論如下：

?陰極射線能夠被磁場和電場偏轉(zhuǎn)，在電場中會(huì)向與電場相反的方向偏轉(zhuǎn)；

?湯姆孫測得陰極射線帶電微粒的質(zhì)量約為氫原子的質(zhì)量的1/2000；

?無論改變放電管的氣體種類還是改變放電管內(nèi)的陰極材料，所產(chǎn)生的陰極射線的性質(zhì)都不改變。

【學(xué)生活動(dòng)】（1）通過道爾頓模型預(yù)測電子是否存在，根據(jù)預(yù)測結(jié)果分析道爾頓模型與證據(jù)4之間的關(guān)系，并用鏈表示。

（2）基于展示的證據(jù)對道爾頓的原子結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行修正。

【資料補(bǔ)充】湯姆孫“棗糕”模型：原子是一個(gè)球體，正電荷均勻地分布在整個(gè)球內(nèi)，電子像棗糕里的棗那樣鑲嵌在原子里面。

【學(xué)生活動(dòng)】：（1）比較湯姆孫原子模型與自己構(gòu)建的原子模型有什么異同。

（2）用“鏈”表示證據(jù)與湯姆孫原子模型間的關(guān)系，并解釋說明（模型修正見圖6）。

設(shè)計(jì)意圖：通過引入新的證據(jù)與模型，讓學(xué)生了解科學(xué)模型的建立不是一蹴而就的，當(dāng)出現(xiàn)不支持模型的證據(jù)時(shí)，需要對原模型進(jìn)行修改以能夠解釋新的證據(jù)。

2.湯姆孫模型的論證與修正

【資料卡片】盧瑟福為了尋找更多的證據(jù)來支撐湯姆孫“棗糕”模型，進(jìn)行了α粒子轟擊金箔實(shí)驗(yàn)（α粒子的質(zhì)量是電子質(zhì)量的7300倍），實(shí)驗(yàn)裝置見圖7，得到了以下實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

證據(jù)5：絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進(jìn)；少數(shù)α粒子發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)；極少數(shù)α粒子的偏轉(zhuǎn)超過90°（大角散射），1/8000的α粒子無法穿越金箔被反射回來。

【學(xué)生活動(dòng)】（1）通過湯姆孫模型預(yù)測α粒子轟擊金箔實(shí)驗(yàn)會(huì)發(fā)生的現(xiàn)象，根據(jù)預(yù)測結(jié)果分析湯姆孫模型與盧瑟福實(shí)驗(yàn)結(jié)論之間的關(guān)系，并用鏈表示。

（2）基于上述實(shí)驗(yàn)結(jié)論對湯姆孫的原子結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行修正。

【資料補(bǔ)充】盧瑟福依據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)論提出行星模型：原子的大部分體積是空的，電子按照一定軌道圍繞著一個(gè)帶正電荷的很小的原子核運(yùn)轉(zhuǎn)。

【學(xué)生活動(dòng)】（1）比較盧瑟福原子模型與自己構(gòu)建的原子模型有什么異同。

（2）用“鏈”表示證據(jù)與盧瑟福原子模型間的關(guān)系，并解釋說明（模型修正見圖8）。

設(shè)計(jì)意圖：引入盧瑟福的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，讓學(xué)生學(xué)會(huì)使用模型的預(yù)測功能建立模型與證據(jù)間的關(guān)系，并評估證據(jù)對模型起到的作用，了解證據(jù)在模型論證與模型修正時(shí)起到的作用。

三、小結(jié)

科學(xué)論證是學(xué)生在21世紀(jì)科學(xué)教育中必須具備的技能，以科學(xué)論證為主要活動(dòng)的論證教學(xué)也受到國內(nèi)教育工作者的廣泛關(guān)注。我國論證教學(xué)研究領(lǐng)域發(fā)展十年有余，研究主題分布多范圍廣，目前已有不少相關(guān)研究開始探討論證教學(xué)的價(jià)值、模式、實(shí)施策略、教學(xué)設(shè)計(jì)等方面。在論證教學(xué)模式的選用方面，大多研究者采用國外開發(fā)的某一論證教學(xué)模式開展教學(xué)活動(dòng)，或者選用其中一個(gè)模式進(jìn)行修正以適應(yīng)教學(xué)內(nèi)容，目前尚未發(fā)現(xiàn)有研究對混合論證模式的可行性進(jìn)行探討。作者認(rèn)為，每個(gè)論證模式有各自的適應(yīng)范圍以及側(cè)重角度和優(yōu)勢所在，混合論證模式將不同的論證模式結(jié)合，發(fā)揮各自優(yōu)點(diǎn)，是國外論證教學(xué)模式本土化的一種嘗試。研究者使用混合論證模式時(shí)，需了解原論證模式的原理及特點(diǎn)，然后根據(jù)教學(xué)需求選擇合適的論證模式進(jìn)行結(jié)合，開發(fā)適應(yīng)我國課堂教學(xué)的論證模式，為學(xué)生提供更多論證機(jī)會(huì)，全面發(fā)展學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

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