基于“多重論證”的科學實踐課堂

翁慶雙 曾海輝 賈夢如

摘要： 基于“多重論證”的科學實踐教學模型，以“金屬的復習”為例，將模型建構、科學推理、科學解釋、科學評價（辯論）等科學實踐行為引入科學探究，提煉以證據為核心、以探究為載體、以思維為關鍵、以能力為目標的教學策略，以此消除化學教學中存在的模式化、教條化、機械化的現象。

關鍵詞： 多重論證; 科學實踐; 教學模型; 金屬的復習

文章編號： 10056629（2022）07003205

中圖分類號： G633.8

文獻標識碼： B

科學探究是化學學科核心素養之一。經過近二十年的教學探索，初中化學中的探究教學相較之前已成熟許多，但同時也出現了一些新問題，主要表現有三個方面： 一是將科學探究僵化為單一步驟集合體，缺乏假說、推測、解釋等理論性思考;二是對科學探究的解讀陷入“科學方法”的思維定勢，弱化科學思維的作用;三是對科學探究理解未能統一，教學實踐千差萬別[1]。2011年，美國發布《K12年級科學教育框架： 實踐、跨學科概念和核心概念》（以下簡稱“科學教育框架”）中，以“科學實踐”取代“科學探究”，提出從科學探究向科學實踐的轉變。這其中的關鍵則是引入模型建構、科學推理、科學解釋、科學評價（辯論）等在科學教育中很少被足夠重視的重要科學實踐行為[2]。

科學教育改革將提高學生的科學素養作為目標，即培養學生具備像科學家一樣收集資料、分析數據、形成觀點并與科學社群進行溝通互動的能力，讓學生為他們的想法尋找理由及論據，進而提高邏輯推理和問題解決能力?；诖耍疚慕Y合當代相關教育理論，將“科學論證”引入化學教學，建構基于“多重論證”的科學實踐模型。

1 基于“多重論證”的科學實踐模型概述

從科學探究到科學實踐的轉變，關鍵在于科學論證。缺少科學論證的探究就變成了固化的步驟模式?？茖W論證要求師生基于現象進行推理，基于假設獲取證據，基于證據建構模型，基于模型做出解釋，并以此尋求探究結果與理論的一致性，此即為科學實踐?；凇岸嘀卣撟C”的科學實踐模型，即在教學過程中突出科學論證，注重從已有經驗、問題情境、科學實驗、調查搜證等多方面識別、轉換、形成證據，利用證據進行推理解釋，在假設與結論之間建立多重邏輯關系，從而解決問題。此學習過程突出證據作用過程，強調科學研究的實踐屬性。具體實踐模型如圖1所示。

第一，以證據過程為核心。這里所謂的證據，可以理解為作出判斷的理由與依據，既包括用于推理論證過程的信息和數據，也包括獲得（形成）證據的過程。證據過程貫穿于整個科學教學，它是一切科學推理與論證的起點。

第二，以科學實踐為載體。此處科學實踐即為科學探究，就如美國“科學教育框架”中所言，科學實踐之于科學探究并非否定取代之意，而是為之正名[3]?？茖W探究依然是科學研究和學習的重要方式，它包含了真實問題解決的環節、高階思維應用的情境、關鍵能力培養的途徑。之所以采用科學實踐這一提法，意在防止教學中出現過分模式化、教條化與機械化的處理方

式，突出高階思維、關鍵能力、態度觀念在其中的重要作用與地位。

第三，以科學思維為實質?？茖W思維是化學學科核心素養的重要組成部分，在科學實踐過程中，科學思維是學生從一個探究環節到另一個探究環節所發生的心智過程，如科學推理、科學論證、科學解釋、科學建模、模型理解等?？茖W思維隱含在學習過程之中，卻又真實存在。北京師范大學董艷教授認為，“沒有科學思維的科學探究只能停留在做做看，做到哪算哪的淺層次”。只有融入科學思維，尤其是高階思維，科學探究才能真正意義上向科學實踐轉變。

第四，以論證循環為關鍵。本模型中的科學論證循環是指從提出假設、確定所需證據、獲取處理數據、分析論證，到反駁并修正假設，再次進入論證，如此循環往復的過程。每一次論證循環之中，學習者或是發現假設偏頗予以修正，或是數據偏差予以糾正，或是證據不足予以補充，從而實現對科學論證的逐步優化和完善。該過程包含推理、論證、建模等思維內容，融入大量的元認知、創新性、批判性、決策性等高階思維過程。

2 基于“多重論證”的科學實踐教學策略

將基于“多重論證”的科學實踐模型應用于初中化學教學，旨在通過科學論證過程，提升高階思維，發展關鍵能力，培養核心素養。本文以“金屬的復習”為例對具體做法進行說明。

2.1 基于情境推理，形成初步結論

在“金屬的復習”提問環節中，教師設置“探尋眼鏡框上的綠色物質”的任務情境，引導學生在活動中獲得情境證據，調用原有證據（原有認知），并以此為基礎表達心中的疑問，進一步通過分析整合，確立“綠色物質是怎么形成的”為本節課的研究主題。而在建立假設的過程中，讓學生搜索原有認知中與“金屬銹蝕原理、產物及其性質”有關的信息，并結合之前的情境證據進行推理，從而初步回答提出的問題，建立初步假設。具體過程如圖2所示。

此環節中，學生以情境證據為基礎進行推理，活動任務情境可活躍課堂氛圍，激發學習動機。而推理過程則隱藏在科學實踐環節之中，如確立研究問題時，學生要對表達的疑問進行分析回答、篩選整合，利用情境證據和原有證據進行推理。再如建立假設的過程，既是對研究問題的回答，也是一個推理過程，只是推理依據來源于情境證據與原有證據，所得答案是初步假設，仍需進一步論證。以上推理過程都是基于“證據→結論”的正向推理。

2.2 基于證據獲取，設計多重論證

基于“多重論證”的科學實踐課堂經歷多次論證過程，每一次論證過程都圍繞證據展開。如基于初步假設的逆向推理可確定進一步論證所需的證據，之后的設計實施方案是為了獲取證據。獲得證據后的正向推理便可建立證據與結論之間的邏輯關系： 若支持結論則論證成立，否則將反駁并修正假設，最后再次進入逆向推理過程，開始新一輪論證。如此往復，構成了“推理論證循環”。其操作模型如圖3所示。

此環節總共經歷五次“推理論證循環”，證據獲取過程包括科學實驗，查閱文獻、書籍、網絡影像資料，詢問求助等多個途徑。證據內容包含銅生銹的現象、銅銹的化學成分、古法煉銅原理、置換法提取銅、還原法提取銅等五個方面。由于單次論證過程均無法完全

支持結論，其中“論證二”甚至反駁假設，但所有五次論證循環綜合分析，卻大大增加了結論的可靠性，使假設更加接近真相。

值得一提的是，整個“推理論證循環”中的思維過

程有逆向推理（由結論到證據）、證據獲取（方案設計與實施）和正向推理（由證據到結論）等。學生所采用的學習方式有獨立思考、合作討論、說理解釋、辯論反駁、交流評價等，所有這些共同構成了科學論證的過程。因此，此環節對提升學生表達與交流、信息獲取與加工、評價與反思等學科能力，培養元認知、創造性、批判性、決策性等思維能力有至關重要的作用。這正是科學探究向科學實踐轉化的關鍵。

2.3 基于科學解釋，優化科學模型

在“推理論證循環”環節，學生獲得了包括情境證據、原有證據、獲取的證據在內的證據群，初步完成了證據與假設之間的邏輯鏈接。對假設的支持、反駁或修正都是基于個別證據的論證。要完全解決問題，則需要對證據群進行分析整理，尋找建立“證據與證據”、“證據、結論與問題”之間的邏輯關系，需要涉及科學推理、科學建模和科學解釋的過程。其過程如圖4所示。

此過程中學生通過科學推理對證據群進行綜合分析。首先，情境證據、原有證據及證據2在推理和反駁修正的基礎上共同建構了生成綠色物質的反應物模型;證據1與證據3確認了假設成立的可能性;證據3為證據5的獲取打開了思路;證據4與證據5則是直接從綠色物質中提取出了金屬銅，為假設的成立提供了有力的支持。其次，基于證據群提取并建構了問題解決模型，包括生成綠色物質的化學反應原理、反應物的來源及生活應用。其三，利用模型對現象進行解釋，獲得科學模型與現象之間的一致性、合理性和邏輯性。最終問題得以解決。

3 基于“多重論證”的科學實踐模型的應用價值

3.1 促進科學探究向科學實踐轉變

基于“多重論證”的科學實踐課堂，以證據要素為基礎，始于真實情境中的問題提出，終于科學探究后的問題解決。而這兩者之間包含了科學推理、模型建構、模型理解、科學解釋、科學論證的思維過程;同時也有科學實驗、調查研究、資料查閱、詢問求助等研究方法;還有合作、討論、評價、辯論、說服、反駁等實踐行為。所有這些加深了學習者的研究層次，突出了學習過程的實踐屬性，加強了科學探究的靈活性，促進了科學探究向科學實踐的轉變。

3.2 促進淺層認知向深度學習轉變

基于“多重論證”的科學實踐課堂，擁有生活化的問題情境（眼鏡框上的綠色物質）、統領性的學習主題（綠色物質如何形成）、挑戰性的學習任務（尋找證據解決問題）、合作交流的學習方式（科學實踐過程）、持續性的學習評價（對假設、方案、證據過程的討論與反思）。作為學習主體的學生身歷其境，獲得內在的學習動機，主動進行知識建構，運用創造性、批判性、決策性的高階思維，實踐元認知及建模遷移的學習過程。學生的學習層次由表面淺層轉向內涵深層次。

3.3 促進低階思維向高階思維轉變

基于“多重論證”的科學實踐教學引入的是科學論證過程，而科學論證的推進需要科學推理、科學建模、科學解釋的參與。相較講授式課堂，學生由記憶、理解、應用等低階思維的運用，向分析、評價、創造等高階思維活動轉變，有利于學生關鍵能力的提升。

3.4 促進知識傳授向素養提升轉變

以知識立意的課堂教學已不能滿足現階段對人才培養的要求，只有從素養立意出發，才能培養出適應新時代的人才。初中化學課程核心素養已經發布，包括

化學觀念、科學思維、探究實踐、科學態度與責任四個方面。其中探究實踐是其他幾個素養要素培養的載體，而核心素養的培養效果則取決于科學探究向科學實踐轉化的程度?；凇岸嘀卣撟C”的科學實踐課堂，從核心素養導向的教學目標出發，在科學教學中引入“多重論證”過程，從本質上實現從科學探究到科學實踐的轉變。其中“多重論證”過程，則是建立在科學推理、科學建模、科學解釋等多種科學思維的基礎之上。它建立了化學學科核心素養各要素之間的聯系，提供了核心素養真正落地的途徑。

4 基于“證據推理”的科學教學反思

在教學實踐中發現，基于“多重論證”的科學實踐課堂中，多重論證環節的設計是難點和關鍵。它直接影響學生的學習參與度、思維有效度、能力提升度、情感內化度和目標達成度。這就要求一線教師不但要理清證據之間的關系、論證循環的順序、論證形式的安排，還要做好學生學習的指導者、幫助者和傾聽者，營造和諧寬松的學習環境，力求取得更好的教學效果。因而教師扎實的教學功底和先進的教學理念就顯得難能可貴了。

參考文獻：

[1]唐小為， 丁邦平. “科學探究”緣何變身“科學實踐”——解讀美國科學教育框架理念的首位關鍵詞之變[J]. 教育研究， 2012， （11）： 141～145.

[2]王威， 劉恩山. 美國科學教育框架設計理念的發展動態[J]. 外國教育研究， 2012， （8）： 70～75.

[3]黃恭福. 科學實踐：“科學探究與創新意識”核心素養的意蘊[J]. 化學教學， 2020， （10）： 3～13.