科學論證在探究式教學中的應用

何燕玲

科學論證是利用證據建立科學的理由以支持科學觀點。從形式上看，科學論證大體包括個體論證和個體間的論證兩類，前者是指個體通過科學推理，利用證據建立自己的科學主張，后者是指人與人之間通過辯論、爭論等形式，對相互對立的主張進行辯駁，從而鞏固個人主張。科學思維是核心素養的核心，科學論證是當前課程改革提出的科學學科核心素養之一“科學思維與創新”所包含的要素，學生在每個探究環節都要有著眼整體的科學論證過程。在引導五年級學生對“小水珠從哪里來”的探究中，我著力培養學生的科學論證能力，進而提升他們的思維能力。

教學分析

學生在探究“小水珠從哪里來”之前，已經對水的特點有比較清晰的認識，對水蒸氣以及水變成水蒸氣有了一定的理解，初步建立了蒸發和沸騰的概念，這為本課學習凝結以及進一步認識水的三態變化奠定了基礎。

為更好地幫助學生探究“小水珠從哪里來”這個問題，在教學設計前，我對學生進行了前測，了解他們對凝結現象的認識情況。前測題是：夏天，我們從冰箱里拿出一瓶礦泉水，過一會兒外壁會出現很多小水珠，這是怎么回事？參與調查的五（1）班39名學生的回答主要有三種情況：根本不知道的1人;能正確作答的有5人（通過課后訪談，了解到這5名學生是看了一些科普書籍，知道答案）;33人關于凝結現象的解釋很混亂，他們的解釋中存在許多錯誤的概念，如許多學生認為“冰箱里會產生小水珠，這些水珠凝固在杯子上”。

通過測查前概念發現，學生的回答中會提到凝結現象發生的其中一個條件——水蒸氣或溫度。有學生認為“礦泉水瓶外壁出現的水珠可能是從瓶子里漏出來的”，也有學生認為“瓶外壁不會出現小水珠”。學生對冷藏的礦泉水瓶外壁出現的水珠的解釋，暴露了他們對凝結現象的認識，大部分學生糾結冰箱里是否帶出來了冷氣、水蒸氣、霧或霜，想不到是空氣中的水蒸氣遇冷凝結在瓶子的外壁而出現了小水珠。因為水蒸氣不可見，學生很難想到瓶子的外壁出現了小水珠是水蒸氣凝結所造成的。面對學生的這些千奇百怪的解釋，該如何設計論證式的教學，才能更好地引領他們在課堂上開展有效的科學探究呢？根據這些情況，我決定在課堂上先解決學生對水蒸氣的認識問題，然后解決凝結的另外一個條件溫度。當學生初步理解了凝結現象發生的兩個條件后，再結合生活中的一些證據進行引導，學生就很容易理解從冰箱里拿出來的礦泉水瓶子外壁出現水珠的現象。

教學過程及策略

1.結合學生的生活創設情境

科學論證式的教學所創設的問題情境要盡可能來源于學生的生活。問題情境離學生生活越近，越容易激發他們探究的興趣和進行論證的欲望。本節課開始，我把裝有茶水的杯子舉起，掀開杯蓋，面向學生。學生很快發現杯蓋上面有小水珠，并解釋小水珠出現在杯蓋的原因。學生的回答：它們是杯子里的水跑上面去了;杯子里的熱氣會上升到杯蓋上，凝結了。學生的回答中有“凝結”一詞，但究竟什么是凝結，他們并不能進行科學解釋。我進一步聚焦問題：杯蓋上的小水珠是怎么形成的？學生論證的問題有兩個方面：水蒸氣、溫度。學生的觀點有三類：一部分學生認為只要水蒸氣遇到物體就會形成小水珠，和溫度無關;一部分學生認為水蒸氣遇熱就出現小水珠;還有一部分學生認為水蒸氣遇冷才會出現小水珠。學生在論證過程中要對問題進行多種可能的解釋或闡述，論證的問題可以引發他們的認知沖突，這樣就形成了一個論證氛圍。在學生科學論證的過程中，我鼓勵他們說出自己的觀點和理由，并幫助他們有理有據地表達出來。

2.依據證據提出觀點或形成假設

杯蓋上的小水珠到底是怎樣形成的？要弄清楚這個問題，學生需要獲取更全面的證據。我讓學生分組觀察。

首先，需要考慮該準備什么樣的水做實驗。實驗中的水一定是熱水，但一定不能看出冒著熱氣（熱氣容易讓學生產生白汽這個錯誤概念）。學生看不到杯子中的水如何到杯蓋，有利于呈現他們原有的想法，為后面不斷獲取證據、理解凝結的概念奠定基礎。

其次，情境的創設應該是一個持續的系統，即持續圍繞杯蓋里的現象進行。學生用培養皿模擬杯蓋，用燒杯模擬杯身，靜靜觀察兩分鐘后，他們觀察到了水蒸氣凝結的現象：“開始的時候杯蓋沒有小水珠，過了一會兒杯蓋變得像蓋了一層霧，再過一會兒就出現小水珠了。”針對這個現象，學生提出自己的觀點：杯蓋上的小水珠與杯里的水有關，杯里的熱氣到杯蓋上去了。有部分學生會聯系到之前學習的蒸發知識，提到是水蒸氣到杯蓋凝結而成。盡管學生之間的表達略有不同，但他們很容易達成一致，那就是杯蓋上要有小水珠出現就必須有充足的水蒸氣。

水蒸氣為什么會在杯蓋上出現呢？學生對于凝結的第二個條件即溫度產生了爭論。有學生認為水蒸氣遇到杯蓋就會出現凝結，和溫度無關，有學生認為與溫度有關，也有學生認為水蒸氣遇到了冷的物體就會出現水珠，還有些學生認為水蒸氣遇到了熱的物體就會出現水珠。學生在論證的過程中，依據觀察到的現象作為證據，不斷明確自己的觀點，即形成假設。如果這節課僅憑借杯蓋上水珠的問題就讓學生猜想，而忽視他們的細致觀察、體驗的思考過程，就會影響到后面的論證。

3.依據假設設計實驗方案

學生有了自己的觀點，就可以引導他們為自己的觀點尋找證據。于是，教學進入到實驗設計環節，即怎樣證明觀點是正確的。如果有學生認為杯蓋上的小水珠形成條件與水蒸氣、溫度有關，他們就要依據自己的假設來設計實驗方案。教師應當提示學生闡明自己的想法時，要說說自己這樣想的理由。從個人思考到小組研討達成一致，學生將會經歷個體論證和個體間的論證過程。

有學生在小組研討后提出本組的實驗方案：“我們認為水蒸氣遇冷變成小水珠。所以，我們可以把杯蓋變冷，如果杯蓋上出現小水珠就說明我們的想法是對的。”這組學生認為不需要對比實驗，直接驗證就可以了。這位學生還沒有匯報完，其他組的同學就開始質疑：“我們先拿一個冷的杯蓋蓋在杯子上，再拿一個熱的杯蓋蓋在杯子上。如果冷的杯蓋上有小水珠就說明水蒸氣遇冷會形成小水珠，如果熱的杯蓋上有小水珠就說明水蒸氣遇熱會形成小水珠。如果兩個杯蓋上都出現了，就說明小水珠的形成與溫度無關。如果只做其中一個實驗，就不能證明我們的觀點。”

在實驗方案產生的過程中，同學之間出現了不一致的意見，有的對實驗設計進行補充，有的對實驗設計不合理的地方提出質疑，最終通過集體論證獲得大家都認可的實驗方法。

4.在論證與假設間建立聯系

實驗設計是否合理，是否能夠達成實驗目的，需要在實踐中檢驗。對學生而言，說和做之間是有差距的。比如，冷熱不同的杯蓋該如何處理？學生想到可以把杯蓋放進熱水和冷水來實驗。在這個實驗里，學生對“水蒸氣遇冷”這個條件理解上有難度，即水蒸氣要遇到比自身冷的物體才可以凝結。如果學生能夠分清實驗中燒杯里的熱水、杯蓋上的熱水和冷水的作用，他們就能根據事實較好地進行論證和解釋。

在學生制訂實驗方案后，我組織他們進行實驗，收集、整理證據，并與當初的假設建立聯系，使實驗探究成為一個有邏輯的整體。課堂上我通過提問引導學生進行實驗匯報，讓他們經歷一個科學論證過程。

師：你們觀察到了什么現象？你們原來的猜想是什么？根據觀察到的現象，你得到了什么結論？

生：我發現冷的杯蓋底部出現了小水珠，熱的杯蓋的底部沒有出現小水珠。我原來猜想水蒸氣只要遇到物體就會出現小水珠。根據觀察到的現象，我得到的結論是：水蒸氣遇到比自身冷的物體會形成小水珠。

生：我發現，冷的杯蓋下面很快出現了很多小水珠，而熱的杯蓋下面沒有小水珠。我原來認為水蒸氣遇到比自己冷的物體會出現小水珠，通過實驗驗證了我的猜想是對的。

學生這樣的論證、表述，體現了他們的科學思維過程，讓他們的科學探究更加深入、持久。在以前的教學中，我往往忽略將科學論證過程與學生提出的假設建立聯系，這樣容易導致學生的探究過程不能渾然一體。

5.不斷豐富論據、完善論證

杯蓋上的小水珠是怎么形成的？學生探究這個問題的過程就是在經歷科學論證的過程。學生對凝結概念的建構不能僅僅停留在這個階段，還需要更充分的證據，這就是我們常說的知識遷移和應用環節。在關注學生科學論證的教學中，也要重視遷移和應用，使生活中的事實成為論據，引導學生進一步論證。如燒水的壺嘴和蓋子會看到白汽，從冰箱冷藏室拿出的礦泉水瓶表面會出現小水珠，這兩種不同的情況可作為論證過程中的證據。前者是內部的（鍋里）水蒸氣遇到外面的冷空氣凝結成的小水珠，所以看到白汽。所謂“白汽”其實就是小的水滴，因為輕而上升，但上升到一定階段又看不見了，也就是又變成了水蒸氣。后者是外部（冰箱外）空氣里的水蒸氣遇冷，凝結成的小水滴。通過這兩類生活現象，學生可以把生活中更多的凝結現象有理有據地表述出來。有學生說：“水蒸氣遇冷會凝結成小水珠，冬天嘴里呼出的白汽，是嘴里的水蒸氣遇到外面的冷空氣而凝結成的小水滴。”還有學生提道：“夏天吃冰棍時，看到冰棍上面冒白汽。這個白汽是空氣中的水蒸氣遇到冰棍周圍的水蒸氣凝結成的小水滴。”通過這樣的論證，學生對生活中露的形成也更加清楚了。

學生把學到的知識遷移和應用也是一個演繹推理的過程，經歷這樣的過程，有助于他們在科學論證時有理有據、條理清晰。

6.基于探究過程進行概括

學生的科學探究需要對探究研究過程有理有據、有邏輯層次地概括和總結。以往，我們通常通過板書帶著學生進行總結，試圖為他們的探究學習畫上一個完美的句號。本課則關注學生的科學論證，課的最后引導他們嘗試對探究的問題進行回顧。有的學生會直接說出結論：“杯蓋上的小水珠是水蒸氣遇冷凝結成的小水珠。”這時，我采用一些關鍵的引導詞提示學生進行總結：“你能完整地說說，這節課我們是怎么研究的嗎？我們研究的問題是什么？我們首先怎么做，然后怎么做，接下來怎么做？最后得到什么結論？”學生在提示下，按照科學論證的表述要求完成了對本課的總結。這個過程也是對全班同學的示范，提示每個同學都按照這種思路對本課進行總結，使得他們對本課內容理解得更深刻。

總結與反思

論證式教學與傳統教學有很大的不同，是一種真正以學生為中心的教學活動。在實施過程中要以學生為主體，教學設計要順應學生探究式學習的認知需要，關注教學細節。

在引入環節，通過真實的問題情境引發學生的多種猜想，并盡可能多地探查他們的已有知識與經驗;在猜想與假設環節要讓學生有據可依，形成自己的初步觀點;在設計實驗、收集處理數據環節，要讓學生把證據與假設建立聯系，使探究過程形成一個有邏輯的整體;在知識遷移和應用環節，要進一步聯系生活，提供更多的證據，為學生建構科學概念服務。學生在每個環節的論證表述都是他們思維的外化，教師要充分關注學生的思維過程，進行必要的引導，讓論證式教學收到更好的效果。

引導學生對“小水珠從哪里來”的探究，力圖展開科學論證過程，是一次有益的嘗試，還存著很多問題。首先，論證式的課堂以學生為中心，需要展開論證過程，要激發學生更多思考，讓他們能通過尋找更多的證據來解決問題，一節課的教學時間往往不夠。其次，論證式的教學要想提高效益，需要根據學生的情況，進行有目的的培養和訓練，如在平時要訓練學生如何有根據地表達觀點，敢于對同學的觀點有理有據地質疑，同時也要對自己的觀點進行辯護。再次，教師在課堂上要創設更加寬松的學習氛圍，便于學生打開思維、暢所欲言。最后，開展論證式教學，還要形成一套科學的評價體系來評估論證式教學的有效性。

（本文系北京市教育科學“十三五”規劃2018年度一般課題《在小學科學探究教學中關注學生的科學論證》的階段性成果，課題編號：CDDB18178。）