中美初中生物教科書中的科學(xué)論證要素比較研究

方欣 劉紫薇 尚媛媛 管彤彤 王念 林雅晨 王晶瑩

摘? ?要：科學(xué)論證是科學(xué)思維的核心實踐，對學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提升具有關(guān)鍵作用。生物教科書作為學(xué)生學(xué)習(xí)和教師教學(xué)的重要媒介，其科學(xué)論證的體現(xiàn)與否對學(xué)生論證能力的培養(yǎng)意義重大。本研究通過構(gòu)建科學(xué)論證的初中生物教科書分析框架，比較中美兩國初中生物教科書在科學(xué)論證的基礎(chǔ)、科學(xué)論證的條件、科學(xué)論證的過程和科學(xué)論證的核心這四個要素間的差異，從內(nèi)容水平、呈現(xiàn)形式和表征方式三方面為我國后續(xù)的科學(xué)教材開發(fā)提供參考。

關(guān)鍵詞：科學(xué)論證；比較研究；初中生物教科書；內(nèi)容分析

中圖分類號：G633.91? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?DOI： 10.3969/j.issn.1672-3937.2023.10.04

國際教育領(lǐng)域十分重視科學(xué)論證的教學(xué)，注重培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)論證能力。國際學(xué)生評估項目（Program for International Student Assessment，PISA）2015 科學(xué)素養(yǎng)測評框架明確指出具備科學(xué)素養(yǎng)的公民應(yīng)具備三種核心能力，其中包括“科學(xué)地解釋數(shù)據(jù)和證據(jù)”。[1]國際數(shù)學(xué)與科學(xué)趨勢研究（Trends in International Mathematics and Science Study，TIMSS）科學(xué)框架也將“證據(jù)中提出論點”作為學(xué)生需要參與的五種基本科學(xué)探究實踐之一。[2]教科書是課程的重要組成，反映科學(xué)學(xué)習(xí)的目標，能夠幫助科學(xué)教師將課程意圖轉(zhuǎn)化為課堂實踐。[3]當前，大多數(shù)科學(xué)教師都是依據(jù)教科書進行課程內(nèi)容的設(shè)計。[4]因此，教科書對教學(xué)內(nèi)容的選擇和編排起著關(guān)鍵作用，對學(xué)生科學(xué)知識的學(xué)習(xí)和科學(xué)素養(yǎng)的發(fā)展極具影響力。

本研究聚焦中美初中階段的生物教科書，旨在發(fā)現(xiàn)兩國生物教科書中科學(xué)論證呈現(xiàn)的特點，為我國科學(xué)教材的編寫提供參考。

一、論證與科學(xué)論證的內(nèi)涵

圖爾敏（Toulmin）最先提出論證是個人通過證據(jù)和理論來支持解釋與論點。[5]圖爾敏的論證模式將論證分為數(shù)據(jù)（data）、主張（claim）、保證（warrant）、支撐（backing）、反駁條件（rebuttal）和限定（qualifier）六要素。[6]然而，近年來對論證的研究已成為一項更加實證性和科學(xué)性的研究。圖爾敏的論證與實際中的論證情況并不一致。埃梅倫（Eemeren）和格魯滕多斯特（Grootendorst）指出，圖爾敏的論證沒有考慮參與論證的雙方，更側(cè)重于說服同伴，只涵蓋支持者，而沒有反對者。[7]因此根據(jù)主客體不同，論證可以分成兩方面。在個體方面，論證是個體的論證過程，通過證據(jù)和理由建構(gòu)自己的主張。在群體方面，論證是完善他人主張的過程，個體通過反駁來提出異議，并且進行辯護。目前，科學(xué)論證被定義為試圖根據(jù)理由建立或驗證一個主張[8]，或者作為一個過程，以一種反映科學(xué)界價值觀的方式提出，支持、評估和完善群體或個人的主張[9]。

二、研究資料和方法

本研究選取中美兩國初中階段的生物教科書進行分析。其中，中國教科書選擇A版初中生物學(xué)教科書，包含七年級上冊、七年級下冊、八年級上冊和八年級下冊，共計四本書。美國教科書選取霍頓米扶林哈考特集團（Houghton Mifflin Harcourt）出版的《科學(xué)融合》（Science Fusion）。此套教科書包含GK～G8共九級，其中GK～G5對應(yīng)我國學(xué)前和小學(xué)教育階段，G6～G8對應(yīng)我國初中教育階段。G6對應(yīng)的是生命科學(xué)模塊，G7對應(yīng)的是地球與空間科學(xué)模塊，G8對應(yīng)的是物質(zhì)科學(xué)模塊。本研究選取G6的四冊教科書具體分析，分別是A冊《細胞與遺傳》（Cells and Heredity）、B冊《生物多樣性》（The Diversity of Living Things）、C冊《人體》（The Human Body）和D冊《生態(tài)與環(huán)境》（Ecology and the Environment）。

通過整理國內(nèi)外研究人員對科學(xué)論證的評價研究，本研究采用內(nèi)容分析法，建立對生物教科書中科學(xué)論證要素的分析框架，以此評價中美初中階段生物教科書中科學(xué)論證的各要素，再對各要素出現(xiàn)的頻率進行量化統(tǒng)計，同時將收集的數(shù)據(jù)進行編碼分類，從定量的角度比較各教科書的科學(xué)論證水平。

三、評價框架

本研究采用縱向和橫向交叉的分析框架。縱向科學(xué)論證指標采取基于結(jié)構(gòu)要素、辯護邏輯和內(nèi)容的評價標準，將科學(xué)論證劃分為概念、規(guī)則、證據(jù)、主張、推理、因果、論點和論辯8個指標評價。基于鄒祎在物理教科書運用的科學(xué)論證分析框架[10]，將概念、規(guī)則納為科學(xué)論證的基礎(chǔ)，將證據(jù)和主張納為科學(xué)論證的條件，將推理和因果納入科學(xué)論證的過程，將論點和論辯納入科學(xué)論證的核心，形成如表 1所示的科學(xué)論證評價指標。

確定科學(xué)論證評價指標后，結(jié)合中美兩國初中階段教科書的特點，從內(nèi)容水平、呈現(xiàn)形式和表征方式這三維度對科學(xué)論證各指標進行橫向比較。內(nèi)容水平運用1～5級量化評價，呈現(xiàn)形式和表征方式依據(jù)是與否，用1和0評價。同時，數(shù)據(jù)處理過程中，各一級維度統(tǒng)計的數(shù)據(jù)分別處理。例如，內(nèi)容水平的四個二級維度，分別除以相同的數(shù)，等比例縮至1～5級量化水平，進行后續(xù)的作圖分析。呈現(xiàn)形式和表征方式的二級維度的數(shù)據(jù)也依次運用此方法進行處理。

四、研究結(jié)果

（一）科學(xué)論證的基礎(chǔ)

整體上看，中美兩國初中階段的生物教科書都是概念的復(fù)雜性比規(guī)則的有效性內(nèi)容水平更高，呈現(xiàn)形式和表征方式更為豐富。美國初中階段的生物教科書（以下簡稱美國教科書）中概念的復(fù)雜性內(nèi)容水平更高，呈現(xiàn)形式多樣，表征方式也更為豐富；中國初中階段的生物教科書（以下簡稱中國教科書）中規(guī)則的有效性內(nèi)容水平與美國教材相似，但表征方式較為豐富，呈現(xiàn)形式更為多樣。

關(guān)于內(nèi)容水平，中美初中階段的生物教科書在描述范圍、組織方式和科學(xué)觀念處皆是概念的復(fù)雜性高于規(guī)則的有效性，其中，美國教科書中概念的復(fù)雜性高于中國教科書概念的復(fù)雜性；在探究水平上，中國教科書概念復(fù)雜性略低于中國教科書規(guī)則的有效性；美國教科書概念的復(fù)雜性仍然是最高的。兩國的教科書在規(guī)則的有效性上差距不大；在組織方式和探究水平上，美國教科書中規(guī)則的有效性高于中國教科書中規(guī)則的有效性。

關(guān)于呈現(xiàn)形式，兩國教科書都是概念的復(fù)雜性比規(guī)則的有效性豐富。在內(nèi)容講述上，四者水平一致，其余維度中，概念的復(fù)雜性遠高于規(guī)則的有效性。在例題習(xí)題和探究拓展上，美國教科書中概念的復(fù)雜性較高；在專題閱讀上，則中國教科書較高。美國教科書中規(guī)則有效性在例題習(xí)題處與中國教科書中規(guī)則的有效性水平一致；在探究拓展上略低。

關(guān)于表征方式，美國教科書概念的復(fù)雜性在概念規(guī)律、真實案例和動手操作上均是最高；在動腦探究上，美國教科書中概念的復(fù)雜性與中國教科書中概念的復(fù)雜性和中國教科書中規(guī)則的有效性水平一致，美國教科書中規(guī)則的有效性未涉及該維度。中國教科書中概念的復(fù)雜性在概念規(guī)律上低于美國規(guī)則的有效性；在真實案例和動手操作上均高于中美教科書中規(guī)則的有效性。中國教科書中規(guī)則的有效性在概念規(guī)律和動手操作上低于美國教科書中規(guī)則的有效性，在真實案例上則較高。

（二）科學(xué)論證的條件

整體上看，中國教科書證據(jù)的復(fù)雜性與美國教科書中證據(jù)的復(fù)雜性和主張的有效性內(nèi)容水平相近，中國教科書中主張的有效性內(nèi)容水平最低。兩國教科書科學(xué)論證的條件呈現(xiàn)形式都豐富多樣，證據(jù)的復(fù)雜性都多在內(nèi)容講述和專題閱讀上，但中國教科書中證據(jù)的復(fù)雜性還多在探究拓展上。兩國教科書中主張的有效性更多集中在內(nèi)容講述上，中國教科書中主張的有效性還多在探究拓展上。兩國教科書中的表征方式也有較大差異。中國教科書中證據(jù)的復(fù)雜性多集中在真實案例和動手操作上，美國則集中在真實案例上。中國教科書中主張的有效性多集中在概念規(guī)律、真實案例和動手操作處，美國教科書中主張的有效性是在動手操作處較少，在動腦探究處較多。

關(guān)于內(nèi)容水平，中國教科書證據(jù)的復(fù)雜性在描述范圍上與美國教科書中證據(jù)的復(fù)雜性水平接近，中國教科書中主張的有效性在描述范圍上也與美國教科書中主張的有效性水平接近，其中證據(jù)的復(fù)雜性均高于主張的有效性。在組織方式上，中國教科書中證據(jù)的復(fù)雜性與美國教科書中主張的有效性水平接近，中國教科書中主張的有效性在描述范圍上也與美國教科書中證據(jù)的復(fù)雜性水平接近，中國教科書中證據(jù)的復(fù)雜性和美國教科書中主張的有效性均高于中國教科書中主張的有效性和美國教科書中證據(jù)的復(fù)雜性。在科學(xué)觀念上，美國教科書證據(jù)的復(fù)雜性和主張的有效性均略高于中國教科書。在探究水平上，中國教科書證據(jù)的復(fù)雜性和美國教科書主張的有效性水平接近，均高于中國教科書主張的有效性和美國教科書證據(jù)的復(fù)雜性，其中美國教科書證據(jù)的復(fù)雜性略高于中國教科書證據(jù)的主張性。

關(guān)于呈現(xiàn)形式，四者在內(nèi)容講述上，水平接近，均比在其他維度水平要高。在專題閱讀上，中國教科書和美國教科書證據(jù)的復(fù)雜性均高于兩國教科書主張的有效性，其中美國教科書證據(jù)的復(fù)雜性最高。在例題習(xí)題上，美國教科書主張的有效性水平最高，而證據(jù)的復(fù)雜性水平最低。在動腦探究上，中國教科書證據(jù)的復(fù)雜性和主張的有效性均高于美國教科書。

關(guān)于表征方式，兩國教科書主張的有效性均高于兩國教科書證據(jù)的復(fù)雜性，其中美國教科書主張的有效性更高。真實案例處正好相反，兩國教科書證據(jù)的復(fù)雜性都高于主張的有效性。在動手操作上，中國教科書證據(jù)的復(fù)雜性和主張的有效性均高于美國教科書。在動腦探究上，中國教科書證據(jù)的復(fù)雜性和主張的有效性水平接近，均高于美國教科書證據(jù)的復(fù)雜性，均低于美國教科書主張的有效性。

（三）科學(xué)論證的過程

整體上看，兩國教科書推理的復(fù)雜性內(nèi)容水平均高于兩國教科書因果的有效性。呈現(xiàn)形式上，中國教科書推理的復(fù)雜性均勻分布在專題閱讀、例題習(xí)題和探究拓展上；美國教科書推理的復(fù)雜性更集中在內(nèi)容講述和例題習(xí)題上。因果的有效性更多都集中在例題習(xí)題上。在表征方式上，兩國教科書因果的有效性都較為集中在概念規(guī)律和真實案例上。中國教科書推理的復(fù)雜性也集中在概念規(guī)律和真實案例上，動手操作和動腦探究均勻分布。美國教科書推理的復(fù)雜性更集中在概念規(guī)律、真實案例和動腦探究上，動手操作則涉及較少。

關(guān)于內(nèi)容水平，兩國教科書推理的復(fù)雜性在描述范圍和科學(xué)觀念上均高于兩國教科書的因果的有效性。在組織方式上，四者水平接近。探究水平上，美國教科書推理的復(fù)雜性和因果的有效性均高于中國教科書推理的復(fù)雜性和因果的有效性。

關(guān)于呈現(xiàn)形式，四者在內(nèi)容講述處水平接近，中國教科書推理的復(fù)雜性略高。在專題閱讀和探究拓展上，中國教科書推理的復(fù)雜性水平高于中國教科書因果的有效性和美國教科書推理的復(fù)雜性，美國教科書因果的有效性未涉及專題閱讀。在例題習(xí)題上，美國教科書推理的復(fù)雜性高于中國教科書；中國教科書未涉及因果的有效性，美國教科書因果的有效性水平也較低。

關(guān)于表征方式，中國教科書推理的復(fù)雜性和因果的有效性與美國教科書因果的有效性水平接近，均低于美國教科書推理的復(fù)雜性。在真實案例、動手操作和動腦探究上，兩國教科書推理的復(fù)雜性均高于因果的有效性。在動腦探究上，美國教科書推理的復(fù)雜性高于中國；真實案例和動手操作是中國教科書略高。在動手操作上，兩國教科書因果的有效性水平一致；在真實案例和動腦探究上美國教科書較高。

（四）科學(xué)論證的核心

整體上看，兩國教科書論點的復(fù)雜性和論辯的有效性在描述范圍和組織方式和科學(xué)觀念上水平接近，但中國教科書論點的復(fù)雜性探究水平較低。兩國教科書均是論辯的有效性呈現(xiàn)形式更為多樣，論點的復(fù)雜性多集中在內(nèi)容講述上。表征方式上也是論辯的有效性更為豐富，論點的復(fù)雜性多集中于概念規(guī)律上。

關(guān)于內(nèi)容水平，兩國教科書論辯的有效性在描述范圍和探究水平上均高于兩國教科書論點的復(fù)雜性；其中在描述范圍上，兩國教科書論點的復(fù)雜性水平接近，兩國論辯的有效性水平也接近；在探究水平上，美國教科書論點的復(fù)雜性和論辯的有效性均比中國教科書高。在組織方式和科學(xué)觀念上，中國教科書論辯的有效性與美國教科書論點的復(fù)雜性和論辯的有效性水平接近，但都均低于中國教科書論點的復(fù)雜性。

關(guān)于呈現(xiàn)形式，四者在內(nèi)容講述處水平接近，中國教科書論辯的有效性略高。在專題閱讀上，中國教科書論點的復(fù)雜性和論辯的有效性與美國教科書論辯的有效性水平接近，中國教科書論辯的有效性水平略高。在例題習(xí)題上，美國教科書論辯的有效性最高，其次是中國教科書論辯的有效性、美國教科書論點的復(fù)雜性。在探究拓展上，兩國教科書論辯的有效性和美國教科書論點的復(fù)雜性水平接近，均高于中國教科書論點的復(fù)雜性。

關(guān)于表征方式，美國教科書論點的復(fù)雜性和論辯的有效性高于中國教科書論點的復(fù)雜性和論辯的有效性。真實案例、動手操作和動腦探究處均是兩國教科書論辯的有效性更高，其中真實案例和動手操作方面中國教科書論辯的有效性略高，動腦探究處兩國教科書水平一致。真實案例和動手操作處美國教科書論點的復(fù)雜性略高。

五、研究結(jié)論

綜上，中美教科書的科學(xué)論證各要素各有差異。根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，分別從中美教科書科學(xué)論證各指標的內(nèi)容水平、呈現(xiàn)形式和表征方式三個維度比較科學(xué)論證各要素呈現(xiàn)情況。

（一）內(nèi)容水平的特點

在內(nèi)容水平上，兩國教科書都是在科學(xué)論證的基礎(chǔ)和科學(xué)論證的條件處內(nèi)容水平較高，這可能是因為生物學(xué)科富含大量的概念關(guān)系，且與自然和社會生活聯(lián)系緊密。另外，與我國教科書相比，美國教科書各指標之間的差異較小。同時，兩國教科書科學(xué)論證的過程和科學(xué)論證的核心內(nèi)容水平較低也表明論證過程的辯護邏輯單一，辯護性不強，以論述性為主。

整體上看，美國教科書對科學(xué)論證的內(nèi)容水平高于中國。美國教科書在組織方式上頗有特色：當重復(fù)概念再次出現(xiàn)時，教科書中會對其用類似的表達再次進行解釋，幫助學(xué)生遷移。例如，A冊在細胞的分裂中提到減數(shù)分裂；當B冊植物的繁殖中提到植物通過減數(shù)分裂產(chǎn)生孢子時，教材會明確重復(fù)描述“減數(shù)分裂是細胞分裂的過程，每個子細胞接收母細胞一半的染色體”。此外，在科學(xué)觀念上，美國教科書會靈活運用各種思維圖示表達科學(xué)觀念，中國教科書對思維圖示的運用偏少，類型也較為單一。美國教科書的探究水平比中國教科書略高。美國教科書善用提問，正文中常用問句式標題將內(nèi)容邏輯分類，突出目標導(dǎo)向。中國教科書雖然設(shè)有大量探究活動，但探究活動中的探究步驟都以文字呈現(xiàn)，學(xué)生只需填空般寫出假設(shè)和得出結(jié)論，論證的內(nèi)容水平并不鮮明。

（二）呈現(xiàn)形式的特點

兩國教科書大多集中在內(nèi)容講述處，其中概念的復(fù)雜性還會多分布在專題閱讀和例題習(xí)題處，證據(jù)的復(fù)雜性多分布在專題閱讀中。這表明兩國教科書都注重概念和證據(jù)。這也與內(nèi)容水平的趨勢一致。

總體上看，中國教科書呈現(xiàn)形式比美國豐富。這可能是因為中國教科書欄目設(shè)置得比美國的類型多，每節(jié)內(nèi)容會設(shè)有“資料分析”“探究”“實驗”“觀察與思考”等。但這也隨之帶來弊端，欄目太多表示呈現(xiàn)的內(nèi)容繁瑣，中國教科書相比美國教科書表達的更多，內(nèi)容呈現(xiàn)的文字更多。美國教科書若在專題閱讀中提供了概念和證據(jù)，就不會在正文繼續(xù)贅述，使正文瀏覽起來更加短小精悍。反之中國教科書文字量占據(jù)的篇幅較大，需要學(xué)生耐心閱讀。

此外，兩國教科書中均設(shè)有專門的探究欄目，但差距較大。中國教科書的探究欄目占據(jù)篇幅較大，但主要體現(xiàn)的是證據(jù)的復(fù)雜性，論證的內(nèi)容主要在探究欄目后的正文中。美國教科書的探究拓展更多以提問的形式展現(xiàn)，專題閱讀和內(nèi)容講述處均有，且涉及科學(xué)論證各要素。

（三）表征方式的特點

兩國教科書的表征方式差距較小，大部分指標多以概念規(guī)律和真實案例體現(xiàn)，動腦探究都較少，其中論點的復(fù)雜性均在真實案例上較少。兩國教科書概念的復(fù)雜性在動手操作上體現(xiàn)較多，具體體現(xiàn)為中國教科書開設(shè)動手活動幫助學(xué)生理解概念，美國教科書讓學(xué)生自己填寫思維圖示串聯(lián)概念。兩國教科書推理的復(fù)雜性和論辯的有效性相比其他要素在動腦探究上體現(xiàn)更多，但還是更多以概念規(guī)律和真實案例闡述。中國教科書科學(xué)論證的條件在動手操作上表征較多，與實驗欄目的呈現(xiàn)形式一致。

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Comparative Study of the Elements of Scientific Argumentation in Chinese

and American Junior High School Biology Textbooks

FANG Xin1? ?LIU Ziwei2? ?SHANG Yuanyuan2? ?GUAN Tongtong2? ?WANG Nian3? ?LIN Yachen4? ?WANG Jingying2

（1. Wanci Primary School，Hefei Normal Primary School Education Group，Hefei 230022，China;

2. Faculty of Education， Beijing Normal University，Beijing 100032，China;

3. No. 2 Middle School Affiliated to Inner Mongolia Normal University，Hohhot 010040，China；

4. College of Chemistry， Central China Normal University，Wuhan 430079，China）

Abstract： Scientific argumentation promotes students scientific literacy and is widely valued by national and international researchers. As an important bridge for students learning and teachers teaching， textbooks rarely pay attention to the evaluation of scientific argumentation. By clarifying the standards for scientific argumentation， students can develop their capacity for scientific argumentation. For this reason， by constructing a framework for analyzing scientific argumentation， this study compares the differences between junior high school biology textbooks in China and the United States. The comparison was evaluated in four dimensions， including the foundation of scientific argumentation， the conditions of scientific argumentation， the process of scientific argumentation， and the core of scientific argumentation. These results constitute direct evidence for future science textbook revisions in China.

Keywords： Scientific argumentation; Comparative study; Junior high school biology textbooks; Content analysis

編輯 王亭亭? ?校對 朱婷婷