關于高中物理實施“科學論證教學”的調研與思考

張春麗 陳 穎

(1. 北京市朝陽區教育研究中心，北京 100028； 2. 北京市第八十中學，北京 100028)

2014年教育部全面啟動對普通高中課程標準(實驗稿)的修訂工作,本次修訂在“三維目標”的基礎上,基于學科本質提出了物理學科的核心素養．為了促進理念與實踐的對接,筆者從“高中物理實施科學論證教學”這一課題出發進行了相關的調研與思考．

1 調研背景

美國國家科學院于1996年初推出了美國歷史上第一部《國家科學教育標準》,其中明確“探究處于核心地位”．[1]隨著各國教育界對科學探究的深入研究,“論證”被提到了科學教育中相當重要的位置．美國國家研究委員會于2013年發布的《下一代科學標準》中又一次明確將“基于證據的論證”列為從幼兒園到十二年級科學教育中的八種基本實踐之一．

我國教育部2017年底頒布的《高中物理課程標準》中已明確“科學思維”、“科學探究”等是學生在學習物理過程中形成的關鍵能力,是物理核心素養的主要內容．并進一步厘清“科學思維”主要包括模型建構、科學推理、科學論證、質疑創新等要素; “科學探究”主要包括問題、證據、解釋、交流等要素．顯然,這些要素相互交融、相互促進,科學論證貫穿其中．

基于科學論證的重要地位,采用論證方式來展開教與學的活動,已經成為當前國際科學教育研究的熱點．在我國將論證教學應用于科學教育的研究才剛剛起步,在物理學科中的體現則更是少之又少.這成為當前我國課程改革與實踐對接的一個薄弱點,亟待探索和嘗試．

2 核心概念

鑒于中學物理教育界對科學論證的相關概念還不十分明晰,以下做簡要闡釋．

2.1 論證

由于視角的不同,對論證有不同的定義．有學者認為論證是一個思考的過程;有學者認為論證是一個推理的過程;有學者認為論證是一種探究的過程;有學者認為論證是一種理性的問題解決和獲得知識的過程．

現代漢語詞典對“論證”這一概念的定義是: (1) 邏輯學是指引用論據來證明論題的真實性的論述過程,是由論據推出論題時所使用的推理形式; (2) 論述并證明; (3) 立論的根據．[2]

對論證的分類也有多種視角．根據交互方式的不同,可分為單向論證(例如,傳統單一講述的教學法)和多向論證(例如,對話論證的教學法,指的是有多方面的觀點相互辯駁與說服的過程);根據表達方式的不同,可分為口語論證和書寫論證兩種;根據目的不同,可分為演說性論證、分析性論證(通常用于科學理論的推導與運用或是符號的推理等)和溝通性論證．

2.2 科學論證

美國《國家科學教育標準》[1]中定義:科學論證是一個爭論或就特定主張做出論證的過程．

在國際科學教育領域中近20余年的研究中,科學論證的概念、內涵、結構不斷發展完善,目前比較一致地認為:科學論證是科學探究中一項重要的活動,是由一人或多人利用事實證據、理論知識以及邏輯推理,對觀點和主張進行支持和證實的實踐活動,其中包含對他人觀點的回應和反駁．[3]科學論證的目標聚焦于“知識是如何產生的”以及“我們為何相信這一科學的解釋優于或與其他競爭的觀點相比更富于說服力”．

2.3 科學論證教學

隨著我國課程改革的不斷深入,廣大教師已普遍認識到:教學不是一個單向的傳授過程,而是師生之間、生生之間交互作用的過程．

從課堂論證的視角來看,通常呈現出“說教式的論證”和“對話式的論證”兩種課堂形態．“說教式的論證”是以教師為主導的課堂論證,容易忽略推理和證據,即使含有論證,也往往是由教師為學生來安排證據并完成論證．“對話式的論證”與說教式論證教學不同的是,在對話型的論證教學中,對話是論證的必要部分,這種方式能讓內隱的思考變成外顯的話語,能讓學生體驗“科學知識是怎么形成的”,能讓學生“像科學家一樣思考”,讓學生能有機會表達他為什么要支持某個特定主張的理由,讓學生能有機會表達自己的懷疑,讓學生能有機會在不同的觀點之間辯論、說服其他同學及老師．

本文中的“科學論證教學”指的是在物理課堂教學中融入“對話式的論證”的教學方式．將對話論證活動引入課堂,讓學生經歷類似科學家的獲得資料、提出主張、為主張進行辯駁等過程,從而培養學生的學科核心素養．

2.4 科學論證教學與審辯式思維

審辯式思維是當前國際教育領域中談論最多的話題之一,而今日中國學校中最缺乏的就是審辯式思維．[4]

什么是審辯式思維,簡單說就是不懈質疑、包容異見．審辯式思維的突出特點是:合乎邏輯的論證觀點、證據講話、善于在質疑中提出問題、對自身的反省以及與此相關聯的對異見的包容．[4]有研究者認為論證教學對于科學教育的重要性除了是一種著重科學解釋與推理思考的過程,更重要的是它具有促進參與者的批判反思意識,進而不斷提升參與者的審辯式思維水平．

3 理論依據

在高中物理課堂實施“科學論證教學”離不開理論的支撐,以下簡介相關的理論．

3.1 圖爾敏的論證模式[4]

圖爾敏的論證模式[4]和論證邏輯是當前科學教育中論證學習活動及開展論證教學研究的最重要的理論基礎,也是對科學論證能力進行評價的重要參考標準．

圖爾敏論證模式包含資料、主張、理由、支持、限定條件、反駁6個要素,其論證過程的模式如圖1所示．

其中“資料”即論證由之開始的材料或信息;“主張”即一項斷言或斷定,是指論證者陳述的、試圖在論證中證明為正確的結論;“理由”即說明如何由資料或數據通過推理進而得到結論或主張;“支持”是指在論證過程中所依據的法則、條文、原理、理論或定律公式等,是眾人能接受的通則,用以證明提出的理由;“限定條件”即表明該論證主張是正當的前提條件;“反例”即主張不能成立的情況,也即反駁．

圖1 圖爾敏論證模型

3.2 Erduran等的科學論證能力表現評價框架[5]

在研究科學論證能力上,比較有影響的還有Erduran等提出的以反駁為主要結構要素的科學論證表現評價框架,包含5個水平,如表1所示．

表1 Erduran等的科學論證能力表現評價框架

該評價框架從“反駁”這一要素的層面,為論證教學的開展和實施提供了很好的參考．

3.3 中學物理教學課堂教師論證教學水平評價框架[6]

李西(2017)在其碩士論文(郭玉英教授指導)中以名師賽課為樣本,首次構建了中學物理教學課堂教師論證教學水平的評價框架．評價要素分別為觀點、事實證據、理論依據、推理過程和反駁,各評價要素劃分為3個水平層級,如表2所示．

表2 中學物理教學課堂教師論證教學水平評價框架

上述研究的理論成果是目前開展科學論證教學的主要理論依據,但是與物理學科的課堂教學進行實操對接,國內外的相關研究還十分欠缺．

4 相關調研

為了解高中物理教師對科學論證以及科學論證教學等相關問題的認識,筆者對北京市110位高中物理教師做了問卷調研．以下介紹調研的主要情況．

4.1 基本信息

參加調研的教師教齡分布如圖2所示，參加調研的教師職稱分布情況如圖3所示.

圖2

選項小計比例二級2522.73%一級2724.55%高級5348.18%特級54.55%

圖3

4.2 調研內容

本次問卷一共設計了以下6個問題,6個問題及教師的答題情況如下．

第1題:選擇題、填空題、計算題、論證題4種題型中,您覺得哪一種題型學生最難做?答題情況如圖4所示.

選項小計比例A.選擇題10.91%B. 填空題32.73%C. 計算題21.82%D. 論證題10494.55%

圖4

第2題:選擇題、填空題、計算題、論證題4種題型中,您覺得哪一種題型最能反映學生的物理學習水平?答題情況如圖5所示.

選項小計比例A. 選擇題43.64%B. 填空題21.82%C. 計算題2623.64%D. 論證題7870.91%

圖5

第3題:您的物理課堂經常使用論證的方式進行教學嗎?答題情況如圖6所示.

選項小計比例A. 很多1210.91%B. 比較多4641.82%C. 很少5247.27%D. 沒有00%

圖6

第4題:您認為論證的關鍵要素有哪些?

高頻要素統計如圖7所示.

第5題:請您為科學論證能力做一個定義．

對該問題的回答各不相同,僅列舉幾例: ① 建立物理模型,解決實際問題．② 利用已知的物理知識通過合理的物理推導得出未知物理量的關系．③ 物理論證是考察學生知識、思維的方法．④ 應用物理規律說明一個物理現象或定義物理概念．⑤ 根據已有的物理知識進行邏輯推理得到合理外推結論的過程．⑥ 邏輯思維與理論能力的結合．⑦ 用一個或一些真實的命題確定另一命題真實性的思維形式．

圖7

第6題:您認為科學論證能力對提升學生的學科核心素養有著怎樣的意義?

高頻意義統計如圖8所示.

圖8

4.3 調研思考

從參加調研的教師的教齡分布情況看,27.3%的教師教齡在10年以下,32.7%的教師教齡在20年～30年之間,34.5%的教師教齡在20年以上,5.45%的教師教齡在30年以上,分布合理,所以調研的結果具有較高的可信度．從參加調研的教師的職稱分布情況看,22.73%的教師職稱是中教二級,24.55%的教師職稱是中教一級,48.18%的教師職稱是中教高級,4.55%的教師獲得特級教師稱號,分布合理,所以調研的結果具有較高的效度．

從第1題、第2題的調查結果看,高達94.55%的教師認為,在選擇題、填空題、計算題、論證題4種題型中,論證題型學生最難做;高達70.91%的教師認為,選擇題、填空題、計算題、論證題4種題型中,論證題型最能反映學生的物理學習水平．

耐人尋昧的是,既然高達70.91%的教師認為,論證題型最能反映學生的物理學習水平,那么教師在物理課堂中使用論證教學的情況如何呢?從第3題的調查結果看,僅有10.91%的教師認為自己的物理課堂經常使用論證教學的方式,還有47.27%的教師認為自己的物理課堂很少使用論證教學的方式．換言之,教師在思想認識和實踐行動上的反差很大!其中一個重要的原因就是:教師缺乏論證教學的理論指導和相應的實踐策略,因而導致了教學行動的缺失．第4題的調查結果也反映了這一點,從教師對論證要素的認識上看,認為有“觀點”、“論點”或者“結論”的有33.6%的教師,不甚理想;認為有“論據”的有35.5%的教師,不甚理想;認為有“邏輯”或者“推理”的有61.8%的教師,比較理想;認為有“知識”、“理論”、“原理”或者“概念”的有35.5%的教師,不甚理想;認為有“事實”的僅有6.36%的教師,很不理想．特別需要指出的是,從我們的原始數據看,沒有一位教師回答含有“反駁”、“辯論”或者“質疑”等這些非常重要的要素!

由于理論引領不到位,教師對論證要素的理解也就很難到位,更談不上實踐的落實了．從第5題的調查情況看,教師就很難對物理論證能力做一個較為完善的定義．

從第6題的調研情況看,52.7%的教師認為,科學論證能力有助于培養邏輯思維能力;26.3%的教師認為,科學論證能力能夠促進概念的理解與整合;14.5%的教師認為,科學論證能力能夠提升問題解決的能力;10.9%的教師認為,科學論證能力有助于培養學生的科學態度;11.8%的教師認為科學論證能力的提升有助于核心素養的發展．由此可以看出,教師普遍認為科學論證能力與學科核心素養的發展密切相關．

總之,調研結果顯示,教師普遍認為科學論證能力重要,但缺乏清晰的理論認識;

教師普遍認為科學論證能力與學科核心素養密切相關,但缺乏課堂實操的策略;論證教學在當前仍屬于被嚴重忽視的領域．教師既需要理論認知層面的引領,還需要實踐策略層面的探索,這也為我們下一步的行動研究明確了方向．

5 結語

在高中物理課堂中實施科學論證教學,在國內中學物理界幾乎是空白,我們的行動研究還處于初期階段,撰寫此文以期廣大教學同仁的共同關注和深入思考．

參考文獻：

1 [美]國家研究理事會.科學探究與國家科學教育標準[M].羅星凱等譯.北京:科學普及出版社,2004.

2 中國社會科學院語言研究所詞典編輯室編.現代漢語詞典第6版[M].北京:商務印書館,2012.

3 潘瑤珍.教育中的論證教學[D]上海:華東師范大學,2013.

4 斯蒂芬·圖爾敏著,謝小慶,王麗譯.論證的使用[M]北京:北京語言大學出版社,2016.

5 S Erduran, S Simon, J Osborne.tapping into argumentation: Developments in the application of Toulmin’s argument pattern for studying science discourse [J].Science education, 2004, 88(6): 915-933.

6 李西.高中物理教學中科學論證的分析——以名師賽視頻為樣本[D].北京： 北京師范大學,2017.