探究教學中證據意識的培養*①

張世成

(無錫鳳翔實驗學校 江蘇 無錫 214045)

物理教學的核心是科學探究，科學探究的核心是科學方法和科學態度的培養.科學探究包括提出問題、猜想假設、設計實驗、收集數據、評價交流等環節，而在每一步中都包含了一個重要的因素，即證據意識.也就是說，對于合作中的學生，教師除了要知道他在每一個環節中的具體主張外，還應當要求他說出提出這些主張的“證據”.這里所謂的“證據”，與法律上的“證據”(法律事實)有所區別，不僅指科學事實，也包括理論根據.這就要求探究教學是一種“基于論證的科學探究”.

英國哲學家斯蒂芬·圖爾敏(Stephen Edelston Toulmin)，于《The uses of argument》一書中提出了著名的論證六要素[1],如圖1所示.

圖1 Toulmin的論證框架簡圖

Osborne等人以Toulmin對論證的框架為基礎，提出進行論證需有主張(claim)；在主張的背后需有資料作為根基；而主張通常依證據(evidence)提出；證據至少由資料(data)和理由(warrant)兩者組成；理由是可讓與主張相關的資料、提供批判的信念或支持資料連結到主張間的關聯[2].

如此看來，“基于論證的科學探究”的證據是科學探究中用來表達主張的“資料和理由”的總稱.學生在為自己的觀點和主張尋求他人的認可時，應當提出相關的證據作為支持，而讓人能接受的證據必須能正確地描述因果關系，若不具備這樣的特征，則主張無穩固的基礎，無法讓人信服.從斯蒂芬·圖爾敏的論證模式看，證據在表達主張的過程中是至關重要的.科學家在進行論證之際需具備這種融入內心的證據意識，探究教學作為“通過經歷與科學工作者進行科學探究時的相似過程，學習物理知識與技能，體驗科學探究的樂趣，學習科學家的科學探究方法，領悟科學的思想和精神”[3]的一種學習方式，將證據意識培養成為探究教學的一種“課堂生活方式”就顯得格外重要.

1 全面依靠證據

案例1：關于“摩擦力”的猜想

師生一起研究“摩擦力”，進入了猜想階段.學生提出以下猜想.

生甲：滑動摩擦力與接觸面粗糙程度有關.

生乙：滑動摩擦力與壓力大小有關.

生丙：滑動摩擦力與接觸面積的大小有關.

生?。夯瑒幽Σ亮εc施力方向有關.

一個學生在旁邊小聲議論道：丁同學的猜想肯定要被刪除.

在師生交流時，教師認為前面三個猜想都很好，至于第四個猜想，他說，這個猜想是沒有探究價值的.結果如那位學生所料，教師刪除了這個沒有探究價值的猜想，迅速進入到探究的下一個環節.

下課后，筆者問那位“料事如神”的學生：老師對猜想的處理你為什么猜得這么準？

生：老師經常這樣，凡是書上沒有的猜想都會被認為是沒有探究價值的，都會被擦掉.

這位教師對猜想的處理不是根據學生已經具備的經驗或者知識進行論證，而是圍繞課本或者自己的預設展開.書上有的，已做了充分的準備，對于這樣的猜想能夠應對,甚至，教師期盼學生提出這些猜想.因為課堂需要這個環節來展示“學生學習的主動性”；而一旦超出了預設，可能因知識儲備不足以應對，或者沒有準備相關的器材和擔心沒有足夠的時間進行探究，于是，教師就會想辦法盡早地“刪除”它，從而保證課堂及時進入“正軌”.從操作層面來看，教師這樣處理猜想是一種“師本意識”的體現；從科學的道德規范層面來看，不采用論證方式而使用教師或書本權威的判定是最不可取的，這既違背科學精神，又挫傷學生的探究積極性.教師知道了問題的答案，于是“從終點去判定起點”[4]，這是野蠻的侵入，是科學探究中的“殖民主義”.

法國思想家、教育家盧梭說過，“誤用光陰比虛擲光陰損失更大，教育錯了的兒童比未受教育的兒童離智慧更遠.”要使學生參與到離智慧更近的探究教學中來，“證據意識”的培養就顯得格外重要.究竟有沒有價值？判斷的依據是什么？教師作為課堂上的科學代言人，必須亮出你的依據！事實上，教師應當培養學生一種習慣，即猜想要講證據.每提出一個主張，就必須有支持該主張的“資料和理由”.你認為“滑動摩擦力與接觸面粗糙程度有關”，依據是什么？(學生可能會想起抓鱔魚的情形，從而作為一種證據來支持自己的觀點)你認為“滑動摩擦力與施力方向有關”，有什么依據？當學生發現自己缺少依據的時候，就會重新審視“未經考慮”的猜想. 相反，學生進行猜想時沒有陳述依據的習慣，教師刪除猜想時不講依據，看起來是進行了猜想，其實是一種“走過場”.探究的程序到位了，但其本質上想要傳遞和培養的價值卻被忽略和扭曲了.

著名學者曾說：“猜測和想象是應用現有知識解決新問題的過程，是發揮創造性的過程，也是一個充滿智慧挑戰和精神歷險的過程.”之所以強調要追問“依據”，就是要呈現這個“挑戰和歷險的過程”.學生有效地猜想是利用已有的知識與經驗，經過思維的沖突與再加工后形成的一種假設結論，此過程的本質也是一種“有意義的學習”[5].奧蘇伯爾認為，“意義”不是外在于學習者的東西，“當學習者運用某種內在的認知操作主動解釋其經驗時，意義就出現了”.因此，要想促成“有意義的學習”，教師在提出問題與猜想假設的環節中應當追問依據，這是引導學生 “在已知和未知內容之間建立真正的聯系”，認識到自己的主張不能是毫無根據的胡猜瞎蒙，而需要在一定的理性、邏輯和事實的基礎上進行論證.在全面依靠證據的過程中，既培養了一種證據意識，又培養了一種課堂責任.

2 高度尊重證據

案例2：凸透鏡成像的數據處理

在“探究凸透鏡成像規律”的實驗中，學生記錄了他們的實驗數據，然后，開始數據處理.

表1 凸透鏡成像實驗數據

師生共同分析某一實驗小組的數據(表1)，學生看到該組記錄的實驗數據比較凌亂，因而無法分析.其中一位學生說：“要是沒有第2次的實驗數據就好辦了”.教師敏銳地抓住了這個契機：“你說得對！這一組數據有問題，把它剔除吧.”經過這樣的處理后，順利得出“物距減小時，像距就會增大”的結論.

有學生質疑：為什么要單單剔除第2次的實驗數據呢？同樣也可以剔除第1次的數據.教師的一句話，就能成為剔除的理由嗎？

從案例可以看出，教師把注意力過多地集中在結論上.為了得出所謂的“正確結論”，即與教科書吻合的結論,只根據個人喜好剔除數據、修改數據或者對問題數據視而不見.

英國教育家洛克說過，“熱愛真理的確實特征，是對任何一個命題的接受絕不超過其證據所顯示的程度.”由此可見，實驗數據是嚴謹的，不得隨意更改.要培養收集數據以及處理數據的能力，就必須在可信的數據基礎上進行.忽略問題數據，對一些問題數據采取不討論就簡單地剔除是不具有說服力的.考試時，題目只要求“設計記錄數據的表格”，可交上來的試卷竟然有1/3的學生憑空想象杜撰出實驗數據.這不就是在作假嗎？一些學生為了得到正確的結論，發現數據有出入時竟然修改數據以迎合正確結論，這樣的探究比那些灌輸教育豈不是更糟糕？灌輸教育是機械地記住結論，是無用的教育；而這樣隨意修改數據的處理方法非但是無用的更是有害的，因為它不僅不能培養出科學的精神和方法，反而敗壞學生的品格.

其實，教師在數據處理的過程中，應當把重心放在“運用證據發展和修改主張”上來.2010年9月，筆者在英國考察學習期間，就學生是否可能修改數據的問題詢問過幾位來自不同學校的英國物理教師.他們的回答都是“不會”.原因是，教師在評判學生的實驗表現時，并不是太在乎結論，而是關注實驗過程.曼徹斯特Marple 高中的一位物理教師說，“只要學生做實驗的過程是有價值的，即便最后的結論錯誤，我也會給予很高的評價.”由此可以看出，當教師評判學生的實驗探究時，不僅要關注他的結論，更要關注他得到結論的途徑，有了這樣的價值引領，學生才會逐漸形成尊重證據的意識.

有了這樣的思想就可以這樣進行數據處理.首先，面對問題數據，可以重新做實驗.在案例2中，物距或者像距有問題，教師提出來，然后請學生一起做實驗驗證這個數據的可靠性，看看這個數據是否有問題.這個驗證的過程，就是傳遞教師的科學態度的過程.其次，數據有問題，是培養學生質疑能力和批判意識的好時機.“一切阻礙都是線索，所有困境都是路徑”.對于想證偽的學生來說，面對問題數據他會找到質疑的“反例”；對于想證實的學生來說，當面對他人提出異議時，他會反思自身的主張是否有疏漏，并決定是否修改自己的解釋.在辯論的過程中，會出現反復的意見交流，需在你來我往的唇槍舌戰中站穩立場，而唇槍舌戰的共同規則就是證據意識.在多元化的溝通以及開放的情境論證中，每個人都能闡述自己的主張和想法，這樣的活動可以幫助學生練習對理論和數據的判斷，刺激學生提出解釋現象的理論或者提出反駁、質疑，有助于學生進行批判式的思考.在這樣的探究氛圍中，數據不僅為得到正確結論服務，還為培養學生“高度尊重證據”的意識提供機會.

3 善于表達證據

在探究中，教師經常要對探究的結果進行交流和評價，引導學生在質疑、改進等過程中善于表達證據，過一種基于證據意識的“課堂生活”.

案例3：探究電流與電壓的關系

“歐姆定律”的探究中，實驗方案的設計對培養學生的能力和提升學生的智慧，是一個難得的“成長通道”.在研究“電壓對電流的影響”課題時，筆者是這樣處理的.

圖2

開始設計時，筆者特別關注潛力生的學習狀態，特意請學生甲把設計的方案畫在黑板上，如圖2，然后開始了下面的對話.

師：你為什么這樣設計？

生甲:要研究電壓對電流的影響，當然要測量這兩個物理量.燈泡的明暗還可以和電流表的示數遙相呼應，現象更直觀，所以選用燈泡.

設計電路時，首先想到用燈泡是合理的，因為在這之前的幾次實驗中他們用得最多的用電器就是燈泡.這是學生的經驗，也是教學的起點.

生乙：我不同意使用燈泡.在研究電流與電壓的關系時，必須保持電阻不變.燈泡的亮度變化會引起溫度變化，從而使其電阻發生變化.故需要選擇定值電阻進行實驗.

師：你們認為乙同學的依據充分嗎？

學生一致稱贊.

圖3

師：好，請你上臺修改.

生乙(上臺)將圖2改成圖3，在改進的過程中，將加深學生對控制變量法的理解.

生丙:你怎樣改變電阻兩端的電壓呢？電壓不變怎么看出它對電流的影響呢？

生乙:通過改變電池個數改變電壓.

生?。菏褂脤W生電源，可以通過改變電源的輸出電壓.

生戊(看了看實驗室的桌面開始“發難”)：你們說的方法好是好，可實驗室里沒條件.依我看，還是使用滑動變阻器吧.

圖4

因地制宜.就這樣選擇了圖4電路圖作為最終方案.

圖2是“毛坯”，圖4是“精品”.由毛坯到精品的過程，是學生合作學習的過程.學生群體在教師的組織和參與下交流、討論、自主設計的實驗方案，批判性地考察他人的觀點，通過協商的方式使群體的智慧在和諧的氛圍中為每一個個體所共享.這個協商的過程為什么如此和諧？因為在交流的時候突出了“說明觀點的證據”.由于證據意識被確認為一種說話方式、一種課堂文化，從而保證學生參與方案設計的過程，不是簡單的在教師指導下的推演，而是學生在不斷地質疑、不斷地修正、多元化的理解下共同生長的過程.在證據意識的牽引下，具有了“客觀的依據，理性的懷疑，多元的思考，平權的爭論，實踐的檢驗，寬容的激勵”[6]的科學理性；也正是在證據意識的牽引下，課堂從最貼近學生原來發展水平的起點出發，走向了無窮遠.

要讓證據意識成為一種“課堂生活”，就要選擇或者設計一種“評價通道”.通道那頭的亮光會吸引我們前行，而證據意識就是在黑夜中支撐我們探索的信仰，在靠近亮光的過程中，能力在提升；科學態度在形成；智慧在生長.相反，如果省略了這個通道，教師上課伊始就拿出精品方案來，那只是在傳授知識，一張需要反復默寫記憶，過一段時間什么也不會留下的電路圖.學生最終獲得最多也只是知識，而不是素養.用某教授的話來說，“這樣的教育實質是知識教育，是‘塑造知識人’的教育” ；“課堂給的是知識，教師講的是知識，作業練的是知識，考試考的是知識，評價學生的主要標準當然還是知識.素養到哪里去了?不是素養逃遁了，而是素養被淹沒在知識的大海里，素養被知識擠壓了、吞噬了、趕走了.”[7]

為了不讓素養被擠壓，需要拉長評價的通道，因為它是“證據意識形成的通道”，也就是“素養形成的通道”，在通道中行走的過程就是在過一種“基于證據意識的課堂生活”.

探究教學好比一個磨盤,上磨盤是科學方法，底磨盤是科學態度，磨心是證據意識.在探究教學中，通過證據意識的培養，既可以提升科學方法又可以增強科學態度.當然，證據意識的培養是一種緩慢的過程，“最重要的東西是智力活動的習慣和融入身心的原理”[8]，要有一種堅韌和執著.正如佐藤學所言：“這場教育革命要求根本性的、結構性的變化.僅此而言，它決非是一場一蹴而就的革命.因為教育實踐是一種文化，而文化變革越是緩慢，才越能得到確實的成果.”[9]

參考文獻

1 楊寧芳. 圖爾敏論證邏輯的意義及反思. 重慶工學院學報(社會科學版), 2008(10)：25～28

2 J.Osborne S.Erduran , S.Simon & M.Monk . Enhancing the quality of argument in school science. School Science Review, 2001,82 , 63 ～70

3 中華人民共和國教育部.全日制義務教育物理課程標準.北京：北京師范大學出版社，2001

4 潘瑤珍. 基于論證的科學教育.全球教育展望，2010(6)

5 (美)奧蘇伯爾著.佘星南,等譯. 教育心理學——認知觀點.北京：人民教育出版社，1994

6 蔡德誠. 要深化理解科學精神. 科學時報， 2002

7 王嘯，等.靜水流深見氣象：魯潔先生的教育思想與教育情懷.北京：教育科學出版社，2010

8 (英)懷特海. 教育的目的·教師人文讀本.上海:上海辭書出版社

9 (日)佐藤學著.李季湄譯.靜悄悄的革命.長春:長春出版社,2003