應(yīng)用SNP模式培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)論證能力的教學(xué)嘗試

摘 要：科學(xué)論證是學(xué)生科學(xué)思維的重要組成部分，也是促進(jìn)學(xué)生理解科學(xué)本質(zhì)的關(guān)鍵支柱。本文初步構(gòu)建了將SNP（Science Negotiation Pedagogy）模式應(yīng)用于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)論證能力的教學(xué)設(shè)計(jì)，并以“宇宙航行”的教學(xué)為例，探討了該設(shè)計(jì)的應(yīng)用及其在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)論證能力中的作用。

關(guān)鍵詞：SNP模式；科學(xué)論證能力；宇宙航行

1 引言

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡(jiǎn)稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）提出，學(xué)生應(yīng)具有使用科學(xué)證據(jù)的意識(shí)和評(píng)估科學(xué)證據(jù)的能力，能運(yùn)用證據(jù)對(duì)研究的問題進(jìn)行描述、解釋和預(yù)測(cè)［1］，凸顯了科學(xué)論證能力在物理教學(xué)中的重要性。學(xué)者們從科學(xué)論證能力的內(nèi)涵［2］、培養(yǎng)模式、教學(xué)策略、評(píng)價(jià)等方面進(jìn)行了研究并取得了顯著成果。我國(guó)學(xué)者引入了（Science Negotiation Pedagogy）SNP教學(xué)模式，該模式以核心概念為基礎(chǔ)，通過構(gòu)建問題情境來助力學(xué)生進(jìn)行科學(xué)建模和論證。由此，本文結(jié)合《課程標(biāo)準(zhǔn)》和眾多學(xué)者的研究成果，深入探討了SNP模式與科學(xué)論證的融合方式，構(gòu)建了將SNP模式應(yīng)用于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)論證能力的教學(xué)設(shè)計(jì)，以幫助學(xué)生真正理解物理學(xué)科的核心概念，并解決核心問題，從而推動(dòng)學(xué)生科學(xué)論證能力的全面發(fā)展。

2 SNP模式應(yīng)用于科學(xué)論證能力教學(xué)的基礎(chǔ)

2.1 科學(xué)論證能力

科學(xué)論證是以事實(shí)資料為基礎(chǔ)，借助證據(jù)或理論依據(jù)支持自己的主張、反駁他人的觀點(diǎn)，通過邏輯推理形成最終結(jié)論的科學(xué)活動(dòng)。［3］能力的概念較為復(fù)雜，可能包含多種含義。一般而言，能力是一種心理特征，它代表了順利完成某種活動(dòng)所需的心理?xiàng)l件。這一能力在要素、認(rèn)知、目的和形式四個(gè)層面上展現(xiàn)出多重特征。［4］科學(xué)論證能力的發(fā)展有助于加深學(xué)生對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解，提升學(xué)生的科學(xué)推理能力，促進(jìn)其掌握基于證據(jù)的科學(xué)思維方法。因此，科學(xué)論證能力可以視為學(xué)生在面對(duì)科學(xué)問題和理論時(shí)，能夠綜合運(yùn)用科學(xué)理論來闡述自己的觀點(diǎn)，利用收集的證據(jù)來支持自己的主張，并有效地反駁對(duì)方觀點(diǎn)的綜合能力。

2.2 SNP模式

SNP模式是一種將科學(xué)建模和科學(xué)論證相結(jié)合的教學(xué)模式。［5］該模式包含六個(gè)關(guān)鍵階段：?jiǎn)栴}構(gòu)建、模型構(gòu)建、試探性論點(diǎn)制定、模型與論點(diǎn)的協(xié)商、專家咨詢以及寫作反思。它通過整合科學(xué)建模、口頭論證和書面論證，鼓勵(lì)學(xué)生合作參與科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)，并突顯模型在學(xué)習(xí)過程中的核心作用。

2.3 SNP模式應(yīng)用于科學(xué)論證能力培養(yǎng)的可行性

首先，SNP模式的獨(dú)特之處在于它將科學(xué)建模與科學(xué)論證有機(jī)地結(jié)合起來。通過六個(gè)關(guān)鍵階段的引導(dǎo)，該模式能夠使學(xué)生在實(shí)際問題情境中構(gòu)建和應(yīng)用模型，全面關(guān)注解決問題的過程。這一設(shè)計(jì)旨在激發(fā)學(xué)生的綜合思維和論證能力，使他們能夠有針對(duì)性地應(yīng)用科學(xué)知識(shí)進(jìn)行推理。其次，SNP模式強(qiáng)調(diào)學(xué)科之間的交互性，通過促進(jìn)學(xué)生之間的合作、討論和協(xié)商，模擬科學(xué)實(shí)踐中的協(xié)同工作。這種協(xié)商性學(xué)習(xí)環(huán)境有助于拓展學(xué)生的視角，培養(yǎng)他們對(duì)科學(xué)問題進(jìn)行全面論證的能力。最后，SNP模式還注重寫作反思。通過結(jié)合口頭表達(dá)和書面論證，學(xué)生在實(shí)踐中會(huì)形成清晰的論證鏈條，深化對(duì)問題的理解。這種反思機(jī)制為學(xué)生提供了增強(qiáng)論證能力的機(jī)會(huì)，促使他們更系統(tǒng)地組織思維，從而提高論證的邏輯性和說服力。

綜上所述，SNP模式通過其設(shè)計(jì)的獨(dú)特性、學(xué)科交互性和反思機(jī)制，為學(xué)生科學(xué)論證能力的培養(yǎng)提供了創(chuàng)新性的途徑。通過在實(shí)際問題情境中的合作與協(xié)商，學(xué)生得以全面鍛煉自身的論證思維、語(yǔ)言表達(dá)和綜合應(yīng)用科學(xué)知識(shí)的能力。因此，SNP模式在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)論證能力方面具有顯著的可行性，為論證式教學(xué)提供了有益的經(jīng)驗(yàn)和啟示。

3 基于SNP模式的科學(xué)論證能力教學(xué)流程設(shè)計(jì)

科學(xué)論證過程中學(xué)生必須具備合作能力、溝通交流能力、語(yǔ)言能力、問題解決能力以及批判性思維能力。［6］構(gòu)建基于培養(yǎng)科學(xué)論證能力的SNP教學(xué)流程，可以幫助教師更有效地將對(duì)科學(xué)論證能力的培養(yǎng)融入到日常課堂教學(xué)中，增強(qiáng)論證式教學(xué)的實(shí)踐操作性。這樣的流程有助于提高學(xué)生的科學(xué)論證水平，并促進(jìn)他們科學(xué)思維的全面發(fā)展。

為此，筆者改進(jìn)了SNP模式的理論框架，并根據(jù)對(duì)科學(xué)論證能力的細(xì)分，設(shè)計(jì)了以下教學(xué)流程圖（見圖1）。該流程分為三個(gè)階段：課前準(zhǔn)備、課堂實(shí)施和課后反思。在課前準(zhǔn)備階段，通過激發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突、組織分組討論來確定驅(qū)動(dòng)問題，并培養(yǎng)學(xué)生的溝通交流和合作能力。課堂實(shí)施階段包括構(gòu)建與論證模型、討論及修正模型、成果展示等環(huán)節(jié)，學(xué)生在此過程中使用證據(jù)進(jìn)行模型構(gòu)建和論證，以培養(yǎng)語(yǔ)言能力和問題解決能力。課后反思階段則通過咨詢專家（教師）和反思性寫作來鞏固和反思學(xué)習(xí)內(nèi)容，形成對(duì)知識(shí)的總結(jié)與升華，進(jìn)而培養(yǎng)批判性思維能力。這三個(gè)階段相互關(guān)聯(lián)，共同推動(dòng)學(xué)生科學(xué)論證能力的全面發(fā)展。

4 應(yīng)用SNP模式培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)論證能力的教學(xué)實(shí)踐

4.1 教學(xué)任務(wù)分析

“宇宙航行”一課是人教版《普通高中教科書 物理 必修 第二冊(cè)》第七章第四節(jié)的內(nèi)容。人造衛(wèi)星作為萬(wàn)有引力定律在天文學(xué)中的應(yīng)用案例，不僅見證了人類對(duì)自然的探索，也彰顯了知識(shí)的價(jià)值，為學(xué)生理解現(xiàn)代科技提供了重要素材。教材中不僅介紹了衛(wèi)星理論，還深入探討了解決實(shí)際問題的方法。

在此之前，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了圓周運(yùn)動(dòng)等相關(guān)知識(shí)。通過該章前三節(jié)的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)了解了開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律和萬(wàn)有引力定律，本節(jié)則是對(duì)這些知識(shí)的進(jìn)一步應(yīng)用。盡管學(xué)生對(duì)探索宇宙充滿興趣，但他們對(duì)相關(guān)物理原理的了解還不夠深入，因此，他們需要深入了解探索對(duì)科學(xué)發(fā)展的重要性，并培養(yǎng)計(jì)算和推導(dǎo)能力，以便更好地理解課程內(nèi)容。

物理觀念：學(xué)生應(yīng)具備對(duì)人造地球衛(wèi)星運(yùn)行規(guī)律的清晰物理觀念，并能準(zhǔn)確描述和解釋其運(yùn)行規(guī)律。

科學(xué)思維：學(xué)生應(yīng)具備在熟悉情境下運(yùn)用物理模型的科學(xué)思維能力，能夠?qū)πl(wèi)星發(fā)射原理進(jìn)行分析和推理。

科學(xué)探究：學(xué)生應(yīng)在理解衛(wèi)星發(fā)射原理的基礎(chǔ)上，能夠提出假設(shè)，制訂合理的探究方案，并通過分析數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)規(guī)律。

科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：學(xué)生應(yīng)認(rèn)識(shí)到衛(wèi)星發(fā)射原理是科學(xué)家們?cè)谌f(wàn)有引力定律基礎(chǔ)上持續(xù)創(chuàng)新的成果，它代表了人類對(duì)宇宙奧秘的探索歷程，從而增強(qiáng)學(xué)生的民族自信心和自豪感。

4.2 教學(xué)過程設(shè)計(jì)

4.2.1 創(chuàng)設(shè)驅(qū)動(dòng)問題

教師活動(dòng)：以平拋運(yùn)動(dòng)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)火箭發(fā)射的模擬場(chǎng)景，引導(dǎo)學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)，并提出“人造地球衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)”這一問題。

學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，與小組成員相互交流，探討“人造地球衛(wèi)星速度與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系”，并在教師的引導(dǎo)下明確要研究的驅(qū)動(dòng)問題。

設(shè)計(jì)意圖：通過演示實(shí)驗(yàn)引入“人造地球衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)”這一核心問題，讓學(xué)生親自觀察衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)，這不僅促進(jìn)了師生之間的交流與合作，也激發(fā)了學(xué)生的興趣。學(xué)生將基于觀察提出問題、分析情境并提出自己的觀點(diǎn)，為后續(xù)的定量分析打下基礎(chǔ)。這一設(shè)計(jì)旨在激發(fā)學(xué)生的思維，同時(shí)培養(yǎng)他們的分析和表達(dá)能力，以實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。

4.2.2 初步建構(gòu)模型

教師活動(dòng)：如表1所示，教師將為每個(gè)小組提供導(dǎo)學(xué)案和所需的實(shí)驗(yàn)器材，引導(dǎo)學(xué)生全面理解本節(jié)課的內(nèi)容，并協(xié)助他們構(gòu)建模型。當(dāng)學(xué)生的模型存在不足時(shí)，教師應(yīng)提出問題以激發(fā)學(xué)生的思考，引導(dǎo)他們改進(jìn)模型。

學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生應(yīng)根據(jù)導(dǎo)學(xué)案的指引，結(jié)合實(shí)驗(yàn)器材，初步構(gòu)建模型，并與小組成員合作，共同完善模型。

設(shè)計(jì)意圖：通過導(dǎo)學(xué)案引導(dǎo)學(xué)生理解相關(guān)概念，并在前一環(huán)節(jié)問題的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生分組使用學(xué)習(xí)目標(biāo)和實(shí)驗(yàn)材料來構(gòu)建模型，進(jìn)而通過實(shí)驗(yàn)來探究問題。當(dāng)學(xué)生遇到難題時(shí)，教師應(yīng)提出簡(jiǎn)單的問題以協(xié)助學(xué)生思考，并幫助他們完善實(shí)驗(yàn)方案。這種循序漸進(jìn)的方法旨在培養(yǎng)學(xué)生提出科學(xué)觀點(diǎn)并根據(jù)證據(jù)得出結(jié)論的能力。該實(shí)驗(yàn)旨在鍛煉學(xué)生的建模和探究能力，從而促進(jìn)問題的有效解決。

4.2.3 初步論證模型

教師活動(dòng)：根據(jù)表2，教師指導(dǎo)學(xué)生開始初步撰寫自己的書面論證。

學(xué)生活動(dòng)：在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生將對(duì)所構(gòu)建的模型進(jìn)行初步的書面論證，并確保論證中的證據(jù)與主張相一致，以支持模型的合理性，為后續(xù)的口頭論證打下基礎(chǔ)。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生參照表2，圍繞本節(jié)課的核心問題展開論證，梳理實(shí)驗(yàn)的思路和過程。教師在此過程中幫助學(xué)生解決遇到的問題，確保他們能夠提出多個(gè)正確的支持論點(diǎn)的證據(jù)，并清晰地表述自己的推理過程。這一環(huán)節(jié)的目的是培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維和語(yǔ)言表達(dá)能力。

4.2.4 討論修正模型

教師活動(dòng)：教師挑選每個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭谐霈F(xiàn)典型錯(cuò)誤的小組，并讓該小組的學(xué)生代表分享論證過程，然后與其他同學(xué)討論。教師基于論證存在的問題及問題數(shù)量列出了表格（見表3），以此評(píng)估學(xué)生論證水平，并獎(jiǎng)勵(lì)修正最多錯(cuò)誤的小組成員，使其成為“專家助手”參與后續(xù)的實(shí)驗(yàn)。使所有學(xué)生接受修正后的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃徒Y(jié)論。

學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生代表依次發(fā)言，回應(yīng)同學(xué)們的質(zhì)疑，并提出自己的問題，以此促進(jìn)深入思考，并修正錯(cuò)誤。

設(shè)計(jì)意圖：教師引導(dǎo)學(xué)生修正錯(cuò)誤，幫助他們建立正確的模型，并給予學(xué)生足夠的思考空間。在小組討論中，學(xué)生積極地參與討論，對(duì)其他組的模型提出批評(píng)，并在此基礎(chǔ)上自我改進(jìn)以深化理解。學(xué)生應(yīng)提供清晰的推理過程，聯(lián)系證據(jù)和觀點(diǎn)得出結(jié)論，并能有效反駁對(duì)立觀點(diǎn)，確保推理邏輯嚴(yán)密。此外，教學(xué)的目標(biāo)還包括培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑和批判性思維，以及學(xué)會(huì)接納他人的意見。

4.2.5 咨詢專家

教師活動(dòng)：鑒于實(shí)驗(yàn)的復(fù)雜性，教師可扮演“專家”角色，利用GeoGebra軟件來解釋標(biāo)準(zhǔn)模型和過程，并指導(dǎo)“專家助手”進(jìn)行操作示范。對(duì)于其他實(shí)驗(yàn)，教師可提供微課視頻供學(xué)生參考。

學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生根據(jù)“專家”和“專家助手”的示范，將他們自己構(gòu)建的模型與“專家”的演示進(jìn)行比較。

設(shè)計(jì)意圖：通過數(shù)字化技術(shù)創(chuàng)建“專家”資源，直觀地展示實(shí)驗(yàn)步驟和推理過程，幫助學(xué)生理解權(quán)威答案和關(guān)鍵細(xì)節(jié)，引導(dǎo)他們進(jìn)行深入思考。同時(shí)，強(qiáng)調(diào)物理規(guī)律的嚴(yán)格推導(dǎo)和論證，啟發(fā)學(xué)生認(rèn)識(shí)到物理學(xué)發(fā)展的復(fù)雜性，培養(yǎng)他們勇于探索和創(chuàng)新的精神。

4.2.6 反思性寫作

教師活動(dòng)：教師引導(dǎo)學(xué)生回顧實(shí)驗(yàn)過程，重新推導(dǎo)結(jié)論，并概述人造地球衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)。同時(shí)，教師指出常見的誤解及其成因。課程結(jié)束時(shí)，教師根據(jù)學(xué)習(xí)進(jìn)階理論制定反思性寫作的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（見表4），確保學(xué)生在完成課后驗(yàn)證和反思性寫作時(shí)能夠得到適當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)。

學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生需要反思實(shí)驗(yàn)過程中的錯(cuò)誤及其原因，并進(jìn)行問題驗(yàn)證和反思性寫作。

設(shè)計(jì)意圖：分析模型和論證方法時(shí)，教師應(yīng)明確指出常見錯(cuò)誤，幫助學(xué)生形成清晰的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)概念，加強(qiáng)理解，促進(jìn)反思性寫作。學(xué)生將依據(jù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行自我評(píng)估，從而深化對(duì)概念的理解，識(shí)別并改進(jìn)不足，提升書面表達(dá)能力。最終，學(xué)生將能夠批判性地評(píng)估證據(jù)的可靠性，將推理擴(kuò)展到學(xué)科之外，構(gòu)建科學(xué)的邏輯體系，有效反駁不同觀點(diǎn)，確保其推理質(zhì)量達(dá)到科學(xué)論證的標(biāo)準(zhǔn)。

5 小結(jié)與反思

綜上所述，SNP教學(xué)模式通過整合論證活動(dòng)和模型建構(gòu)，為教師提供了一種新的論證式教學(xué)方法，可有效促進(jìn)學(xué)生科學(xué)論證能力的培養(yǎng)。在實(shí)際教學(xué)中，教師應(yīng)根據(jù)學(xué)科特點(diǎn)和學(xué)生情況，以培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)為宗旨，靈活運(yùn)用SNP教學(xué)模式。筆者反思“宇宙航行”的教學(xué)流程，提出以下教學(xué)建議：

首先，通過問題啟發(fā)來激發(fā)學(xué)生的好奇心和獨(dú)立思考。SNP模式強(qiáng)調(diào)通過設(shè)計(jì)啟發(fā)性的問題、實(shí)驗(yàn)和案例來啟發(fā)學(xué)生的思維和創(chuàng)造性，從而激發(fā)他們的好奇心和求知欲，培養(yǎng)他們獨(dú)立思考和問題解決的能力。其次，深化學(xué)生的親身體驗(yàn)。SNP模式注重實(shí)踐活動(dòng)，鼓勵(lì)學(xué)生通過實(shí)際操作、觀察和應(yīng)用來親身體驗(yàn)物理原理。最后，促進(jìn)師生互動(dòng)和共同構(gòu)建知識(shí)。SNP模式倡導(dǎo)師生之間的互動(dòng)，提倡通過課堂討論、互動(dòng)問答和小組活動(dòng)等形式，營(yíng)造積極的學(xué)習(xí)氛圍，鼓勵(lì)學(xué)生積極參與，增強(qiáng)師生互動(dòng)，從而提升教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)

［1］中華人民共和國(guó)教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）［M］.北京：人民教育出版社，2020：6.

［2］［4］［6］韓葵葵，胡衛(wèi)平.科學(xué)論證能力結(jié)構(gòu)模型建構(gòu)研究［J］.教育理論與實(shí)踐，2019，39（22）：3-7.

［3］弭樂，郭玉英.科學(xué)建模與科學(xué)論證整合的教學(xué)模式述評(píng)［J］.物理教師，2018，39（2）：7-12.

［5］Y-C Chen， M.J.Benus， M.B.Yarker. Using Models to Support Argumentation in the Science Classroom［J］.The American Biology Teacher，2016，78（7）：549-559.