在初中物理課堂引入科學(xué)論證教學(xué)探討

摘" 要：傳統(tǒng)的科學(xué)探究課堂往往過于看重學(xué)生的“做”，而忽略了探究過程中的思考，科學(xué)論證彌補了這一缺陷?！读x務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》對學(xué)生的科學(xué)論證能力提出了要求，教師可以通過Toulmin論證模式完成教學(xué)設(shè)計，以學(xué)生為主體，增強學(xué)生的證據(jù)意識，幫助他們認清科學(xué)本質(zhì)。

關(guān)鍵詞：初中物理；物理課堂；科學(xué)論證

1" 引言

科學(xué)論證教學(xué)，又稱論證式教學(xué)，源于Toulmin在1958年提出的論證模型。該模型綜合邏輯學(xué)、法律、科學(xué)等領(lǐng)域的論證過程，是一種基于學(xué)科知識構(gòu)建證據(jù)鏈、通過論證維護主張的教育教學(xué)方式。傳統(tǒng)的科學(xué)探究課堂往往過于看重學(xué)生的“做”而忽略了探究過程中的思考過程，科學(xué)論證彌補了這種缺陷。以科學(xué)論證為主的課堂教學(xué)強調(diào)將學(xué)生的所思所想表達出來，通過外顯的方式強化知識學(xué)習(xí)過程中思維的作用，這有助于學(xué)生培養(yǎng)證據(jù)意識、認清科學(xué)本質(zhì)?？茖W(xué)論證教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)論證思維的有效方式，同時論證特有的交互過程，也可以幫助學(xué)生建立持續(xù)性科學(xué)學(xué)習(xí)的積極情感。通過對知識從證據(jù)到辯護再到主張的完整學(xué)習(xí)過程，學(xué)生可以在競爭與合作的氛圍里感受科學(xué)學(xué)習(xí)的樂趣，體會科學(xué)永無“鐵律”的特點，在質(zhì)疑和反駁中不斷前進。

我國在《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）中對于論證在教學(xué)中的地位做了解釋，要求培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，同時，科學(xué)論證的思維同樣在列，科學(xué)探究中也包含了“證據(jù)”“解釋”等論證要素。［1］鄭永和教授等提出，我國當(dāng)前科學(xué)教育的路徑方法為基于科學(xué)證據(jù)和教學(xué)經(jīng)驗進行互動實踐。［2］

2" 論證模型

英國哲學(xué)家、邏輯學(xué)家Stephen Toulmin認為，論證是一種社會性的、追求合作認知的認識論活動。他將科學(xué)論證過程界定為主張（claim）、資料（data）、正當(dāng)理由（warrant）、支援（backing）、修飾（qualifiers）、反駁（rebuttal）六個結(jié)構(gòu)要素，其中主張、資料、正當(dāng)理由構(gòu)成了Toulmin論證的基本模式（見圖1）［3］，支援、修飾、反駁等為補充要素。Toulmin論證模型是科學(xué)論證教學(xué)最基本的理論依據(jù)，對于大多數(shù)教學(xué)情況都適用，因此被選擇作為本次教學(xué)的理論指導(dǎo)。

3" 教學(xué)分析

“探究浮力的大小跟哪些因素有關(guān)”是人教版初中物理八年級下冊第十章第1節(jié)“浮力”板塊中的內(nèi)容，隸屬于“運動和相互作用”一級主題下的“機械運動和力”二級主題。《課程標(biāo)準(zhǔn)》對該節(jié)內(nèi)容的要求：通過實驗認識浮力，探究并了解浮力大小與哪些因素有關(guān)。［4］在學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容之前，學(xué)生已經(jīng)具備了一定的力學(xué)基礎(chǔ)，了解了受力分析以及浮力產(chǎn)生的原因，對浮力大小的影響因素提出自己的主張。

浮力是學(xué)生在日常生活中常見且有直接體驗的一種力。在沒有學(xué)習(xí)這節(jié)內(nèi)容之前，學(xué)生往往具有“質(zhì)量大的物體浮力小”“體積大的物體浮力大”等類似的錯誤觀念。傳統(tǒng)的探究性教學(xué)通過猜想、實驗的方式對浮力的影響因素進行偏操作型的教學(xué)，并沒有給學(xué)生足夠的思考空間和表達機會，這在一定程度上影響了學(xué)生的深度學(xué)習(xí)，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)完浮力知識點之后對于浮力的影響因素仍有不理解、不會用、概念不清晰等問題。學(xué)生只有經(jīng)歷交流、表達和被反駁的過程，充分將所疑所惑推理論證，才能更好地理解浮力的影響因素，這正是科學(xué)論證教學(xué)所提倡的。

4" 教學(xué)設(shè)計

資料是推理得出主張的主要依據(jù)，選擇哪些內(nèi)容作為資料參與教學(xué)是進行教學(xué)設(shè)計的關(guān)鍵。我們可以把物理學(xué)習(xí)分為理論學(xué)習(xí)和實驗學(xué)習(xí)兩種方式，對應(yīng)到論證的資料則分為理論資料與實驗資料?！疤骄扛×Φ挠绊懸蛩亍边@一節(jié)課就可以歸類為基于實驗資料的論證課堂。因此本節(jié)課將按照Toulmin論證的基本模式，將課堂分為提出主張、收集資料、闡述正當(dāng)理由三個主要環(huán)節(jié)，其中收集資料階段以進行實驗為主，以理論知識為輔助，帶領(lǐng)學(xué)生經(jīng)歷一次從資料到主張的完整推理體驗。

4.1" 建立主張

主張是論證的起點，而問題是主張的來源?？茖W(xué)論證教學(xué)圍繞主張進行論證，因此教師首先提出問題，引導(dǎo)學(xué)生分組得出規(guī)范的主張。

4.1.1" 創(chuàng)設(shè)情境，提出問題

教師播放人漂在“死海”表面、羽毛在水中漂浮、輪船在水中漂浮等視頻，創(chuàng)造出浮力的世界，讓學(xué)生沉浸在浮力的神奇之中，并逐步聯(lián)系到生活中各種各樣物體受到浮力的例子。

視頻播放結(jié)束后，教師緊接著提出問題：①你們還見過生活中哪些受浮力的物體呢？②通過剛才的視頻展示，結(jié)合自身經(jīng)驗，想一想影響浮力的因素是什么？

這一環(huán)節(jié)的設(shè)計意圖在于展示各種物體在水中的浮沉情況，讓學(xué)生獲得身臨其境的體驗，為學(xué)生后續(xù)提出主張?zhí)峁┧悸?，同時聯(lián)系生活，引導(dǎo)學(xué)生思考本節(jié)課的關(guān)鍵問題，對上述問題②建立主張。

4.1.2" 分組討論，規(guī)范論證

論證可以分為個體論證和個體間的論證，前者屬于單個個體基于證據(jù)進行推理得到主張，后者涉及群體關(guān)系。分組討論可以刺激學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，集體觀念與合作競爭也是教學(xué)目標(biāo)中的隱含素質(zhì)，因此讓學(xué)生分組進行討論是進行科學(xué)論證教學(xué)的策略之一。

對論證進行規(guī)范是必要的階段，集體秩序維護是順利教學(xué)的環(huán)境要求。規(guī)范論證要達到兩個目的：一是顯性科普論證要素，學(xué)生要明確知道自己正在進行的科學(xué)論證學(xué)習(xí)的過程，其要經(jīng)歷主張、資料、闡述正當(dāng)理由的環(huán)節(jié)；二是要給出論證規(guī)范，方便學(xué)生模仿榜樣，例如“主張”的正確表達為“我們小組的主張是影響浮力的因素有A”。學(xué)生需要認真聽取論證的流程，集思廣益，按照老師的示范提出自己組內(nèi)對于上述問題②的主張。

4.2" 收集資料

實驗是獲得資料的主要手段之一，可以為小組的主張?zhí)峁┲苯又С?，學(xué)生需要設(shè)計實驗獲取主張所需資料。如果在做實驗時發(fā)現(xiàn)一些主張沒有辦法進行探究，教師可以協(xié)助修正主張繼續(xù)完成實驗。

4.2.1" 準(zhǔn)備實驗

實驗所需的器材有彈簧測力計、鋁塊、鐵塊、燒杯、水、鹽。接下來，教師講解各個器材的使用規(guī)范，并引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系問題，思考小組的主張，并考慮各個器材的使用與實驗設(shè)計。在完成實驗器材準(zhǔn)備后，教師引導(dǎo)學(xué)生回歸重點，重述各組主張，通過重述問題和主張，讓學(xué)生回歸實驗?zāi)康模杂X在腦中模擬實驗過程，“頓悟”實驗方法，即控制變量法。然后教師再講解實驗原理，讓學(xué)生理解何為“二提法”（見圖2）。用F表示彈簧測力計的示數(shù)，F(xiàn)1＝G物，F(xiàn)2＝G物－F浮，即浮力的大小F浮＝F1－F2。

4.2.2" 整理數(shù)據(jù)

在實驗階段，教師觀察各組實驗進度并隨時解答疑問，發(fā)放實驗記錄表（見表1），并提醒學(xué)生在實驗過程中將實驗數(shù)據(jù)整理作為資料支持主張，這是為了讓學(xué)生體會從資料到主張的過程，強化其證據(jù)意識，同時利用實驗記錄表作為“腳手架”輔助實驗順利進行，其對應(yīng)主張的操作如表2所示。

4.3" 闡述論證

根據(jù)前面實驗所得到的數(shù)據(jù)，每組學(xué)生可以對各自的論證進行完整闡述，包含主張、資料以及理由，同時，在別人闡述主張時，其他組的學(xué)生要勘察其論證過程、尋找破綻進行反駁，反駁的過程就是鍛煉學(xué)生科學(xué)思維的過程。這里以“影響浮力的因素為質(zhì)量，質(zhì)量大的物體浮力小”這一遺留有疑問的主張進行舉例。由于這一主張不能按照“二提法”進行實驗，因此這里用生活經(jīng)驗代替實驗作為理由。

4.3.1" 闡述理由

支持這一主張的小組提供了這樣的生活經(jīng)驗：體積相同的鐵塊與鋁塊同時自由放入水中，發(fā)現(xiàn)鐵塊下降得更快，說明鐵塊在水中受到的浮力更小。

理由是鐵塊到達水底的時間短，根據(jù)x＝12at2，相同位移，時間越短a越大，因此a鐵＞a鋁，進行受力分析，物體在水中受到重力和浮力兩種力，根據(jù)G－F?。絤a，加速度越大的物體受到的浮力越小，因此鐵塊受到的浮力小，說明質(zhì)量越大的物體受到的浮力越小。

4.3.2" 其他小組反駁

其他小組對這一主張的資料、正當(dāng)理由、主張進行核查，尋找論證要素中出現(xiàn)的問題并借此提出反駁：第一，實驗方法沒有達到完全的控制變量，物體的密度沒有控制相同；第二，正當(dāng)理由推理過程有誤，在G－F?。絤a里，G的大小是不同的，而該主張同學(xué)把G鐵與G鋁當(dāng)成同一數(shù)值減去浮力進行計算，因此得到錯誤結(jié)論。

教師對此進行引導(dǎo)，將式子G－F浮＝ma變形為mg－ma＝F浮，按照數(shù)學(xué)方法將m提出來，式子變?yōu)閙（g－a）＝F浮，由于a鐵＞a鋁，所以g－a鐵＜g－a鋁，而m鐵＞m鋁，乘積雙方一大一小所以無法比較大小。因此，這種方式不能比較鐵塊與鋁塊受到的浮力大小。

針對“物體的質(zhì)量是否影響浮力大小”這一問題，教師可以指出，由于無法將質(zhì)量、體積和密度完全分割開來控制變量進行實驗，因此不能單一說三者中的任何一個會影響浮力的大小。

雖然我們在生活中會見到重的物體沉入水中、輕的物體漂浮在水面的現(xiàn)象，但這實際上是與浮沉條件有關(guān)，不能單一討論物體所受的浮力大小。

4.3.3" 總結(jié)評價

教師組織學(xué)生按照分組展示論證資料、支持主張的恰當(dāng)理由，其他小組進行反駁，闡述與反駁后得出最終結(jié)論就是我們的主張：浮力大小的影響因素為液體的密度和物體排開水的體積。

總結(jié)最終主張后，教師要對代表性小組的論證要素進行評價，指出其優(yōu)點與不足，并讓學(xué)生做出反思與自我評價，得出論證評價表（見表3）。通過評價形成正向激勵，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)知識的同時發(fā)展科學(xué)論證能力，在學(xué)習(xí)的過程中養(yǎng)成思考的好習(xí)慣。

5" 科學(xué)論證教學(xué)的特點

5.1" 反應(yīng)科學(xué)本質(zhì)

理解科學(xué)本質(zhì)是培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)的關(guān)鍵內(nèi)容，提高學(xué)生對科學(xué)本質(zhì)的認識是全球科學(xué)教育改革的核心主題。［5］《課程標(biāo)準(zhǔn)》中將“認識科學(xué)本質(zhì)”作為科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的第一要素。［6］

高中物理教學(xué)是初中物理教學(xué)的延續(xù)，因此在初中階段對學(xué)生的科學(xué)本質(zhì)觀進行培養(yǎng)是必要的?？茖W(xué)論證以“論證”為主，赫里克修訂的科學(xué)本質(zhì)分析框架將科學(xué)本質(zhì)分為“實證性”“創(chuàng)造性”“理論負載性”等十個維度［7］，其中“實證性”“暫定性”“科學(xué)知識建構(gòu)的社群性”都能夠通過科學(xué)論證教學(xué)得到體現(xiàn)。科學(xué)不是一成不變的理論堆積，它是社群之間思維的碰撞，需要不斷提出新理論，不斷質(zhì)疑舊理論，從而使得科學(xué)知識始終能保持先進性，促進社會進步。

5.2" 適切性

不同于科學(xué)探究，科學(xué)論證不適合所有科學(xué)知識的教學(xué)，通過教學(xué)設(shè)計可以發(fā)現(xiàn)，論證的基礎(chǔ)是學(xué)生的心中具有爭議點的問題。

如果學(xué)生接觸到的是一個陌生知識或不具有爭議的知識，論證可能并不適用。在人教版初中物理教材當(dāng)中，聲音的產(chǎn)生與傳播、光的反射折射定律、透鏡的成像規(guī)律、摩擦力的影響因素、電功率等內(nèi)容均符合上述條件，學(xué)生對于這類知識既有一定的經(jīng)驗基礎(chǔ)，又可以找到具有爭議點的問題，是很好的論證教學(xué)素材。

5.3" 實用性

論證是一項實用的社會技能。無論是對于科學(xué)知識的堅持追求，還是進入社會后需要學(xué)習(xí)新的社會技能以成為合格的社會人員，科學(xué)論證能力作為一種高階思維能力，能夠使人持續(xù)對未知保持好奇心，對權(quán)威保持合理的質(zhì)疑，更愿意相信有理有據(jù)的科學(xué)研究，有助于學(xué)生成為真正的社會主體。尤其是在社會性科學(xué)議題（Socio-Scientific Issue，簡稱SSI）上的內(nèi)容，關(guān)注科學(xué)與社會、人文、倫理道德、文化的關(guān)系，有助于學(xué)生在當(dāng)前信息發(fā)達的時代，識別、理解、處理各種與科學(xué)相關(guān)的社會問題，學(xué)會合理地批判、審慎地思考，從而做出科學(xué)正確的決策。［8］

6" 結(jié)語

綜上所述，通過論證進行教學(xué)與傳統(tǒng)的探究性教學(xué)并不存在絕對的沖突。通過將論證融入傳統(tǒng)教學(xué)中，可以巧妙地引入證據(jù)意識，強化探究之后的論證過程。通過語言交鋒和證據(jù)串聯(lián)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)論證的高級思維，同時分組的設(shè)定可以讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主動性大大提升，不同主張之間的相互反駁可以引發(fā)學(xué)生的競爭意識，從而激發(fā)其內(nèi)在的求知欲望。教學(xué)內(nèi)容的選擇也至關(guān)重要，不是所有的知識都適合論證教學(xué)。教師需要對知識主題進行篩選，選擇有爭議點的內(nèi)容作為教學(xué)重點，這樣才能從根本上引發(fā)學(xué)生論證的興趣，讓學(xué)生自發(fā)參與到論證過程中來，真正進行思考，從而加深對知識的理解。

參考文獻

［1］［4］［6］中華人民共和國教育部.義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）［M］. 北京：北京師范大學(xué)出版社，2022：4-5，16，5.

［2］鄭永和，周丹華，王晶瑩.科學(xué)教育的本質(zhì)內(nèi)涵、核心問題與路徑方法［J］.中國遠程教育，2023，43（9）：1-9，27．

［3］Toulmin S.The Uses of Argument［M］. Cambridge：Cambridge University Press，1958：89-100．

［5］張雪，張靜，姚建欣.物理教科書中科學(xué)本質(zhì)表征變遷研究［J］.全球教育展望，2020，49（7）：106-118．

［7］Abd-El-Khalick F，Myers J Y，Summers R，et al.A Longitudinal Analysis of the Extent and Manner of Representations of Nature of Science in U.S.High School Biology and Physics Textbooks ［J］.Journal of Research in Science Teaching，2016，54（1）：82-120．

［8］鄧陽.科學(xué)論證及其能力評價研究［D］.武漢：華中師范大學(xué)，2015：4．