思維型科學課論證活動的有效支持策略

摘 要 在小學科學課教學中，一線教師因長期輕視論證活動的價值，或缺乏適切策略支持和引導學生的論證活動，使論證活動變成驗證活動，極大地制約了學生科學思維的發展。思維型科學課論證活動的開展可以從課堂論證環境的營造和渲染，核心論點的提煉和析出，論證方法的訓練和引導，論證依據的鋪墊和挖掘等方面著手，幫助學生基于證據與邏輯建立證據與解釋之間的關系，并提出合理見解。

關" 鍵" 詞 思維型科學課；論證活動；論證環境；核心論點；論證方法；論證依據

引用格式 杜偉.思維型科學課論證活動的有效支持策略[J].教學與管理，2025（05）：40-44.

思維型科學課[1]強調學生科學思維能力的訓練和習得。《義務教育科學課程標準（2022年版）》指出，科學思維是從科學的視角對客觀事物的本質屬性、內在規律及相互關系的認識方式，主要包括模型建構、推理論證、創新思維等[2]。思維型科學課最能體現思維屬性的部分就是論證環節。一般來說，論證環節集中安排在實驗探究后，學生依據自己和他人獲得的證據類素材，展開思辨活動。同時，在提問環節和總結應用環節，也會有論證活動的存在。如何組織好論證活動，做好學生思維的引路者，對教師教學技能有比較高的要求[3]。論證活動作為學生在科學課上的一種常態化學習手段，是學生科學思維的重要訓練途徑。然而，當下很多教師的科學課教學，在論證活動的組織上缺乏有效性，致使論證活動變成驗證活動，阻礙了學生科學思維的發展。論證活動包含確定論點、尋找論據、開展推理、辯證交流等環節，教師在支持學生開展論證活動的過程中需要注意課堂論證環境的營造，幫助學生提煉和確定核心論點，引導學生掌握基礎論證方法和模型，以及對論據的引導性梳理和使用。

一、論證環境的營造和渲染

1.更開放的情境創設

William A.Sandoval等人的研究指出，在小學科學課堂上產生富有成效的論證活動取決于在課堂上形成一種以達成共識為目標的論證文化，需要通過營造集體論證的氛圍并引導學生開展一系列與之相適應的課堂實踐來實現[4]。論點提煉于問題，問題析出于情境。開放式的情境設計，會促使學生更主動、更發散、更全面地思考問題，由此提煉出的論點，具備讓學生主動探尋答案和論據的動機基礎。根據Antonia Larraín等人的研究結果，與支持論證的課程材料最相關的方面可能是任務設計，涉及認知、語用和論證維度之間的微妙平衡，以及專注于話語的詳細腳本[5]。如在探究小學中年段“影子秘密”時，教師一般是先明確影子產生的三要素（光源、遮擋物、屏），再布置探究任務并提供詳細步驟指導，學生順利完成。若改換思路，則可以先通過影子游戲激發學生興趣，再提出問題并引導學生觀察影子變化，最后提供開放性的探究提示。這種情境創設能給予學生更多探究空間，所得結論既符合預期也可能帶來意外發現。

2.更清晰的問題線索

我們可以將論點看作一條清晰的問題線索，線索是學生順利完成探究活動的關鍵。線索的迷失，會導致探究活動的散漫和混亂。Manz的研究指出，教師可以提出一些具有指導性的問題來支持學生以特定的方式考慮證據[6]。因此，問題線索需要被提煉，也需要在探究活動的全程，通過或顯性或隱性的方式被不斷強調。如通過“尋找世界上的另一個我”這個問題線索探究相貌的典型特征與組合規律；利用“火鍋湯底沸騰”作為問題線索引出熱對流機制的研究，并結合水槽實驗等透明容器進行實驗觀察。采用問題線索串聯研究內容不僅適用于以論證為主的探究課程，也適用于工程技術類問題，如“給船裝上動力”的工程課，通過設定明確的驅動問題（如使小船自行航行2米），引導學生選擇材料并完成作品。總之，問題線索的聚焦性對教學成效至關重要，模糊或過于寬泛的線索可能導致教學偏離目標，而過于具體的限制條件（如追求最快速度）可能限制學生的多元化設計方案。

3.更靈活的學情把控

如果學生對擬研究的內容已經有足夠豐富的認知，教師必須給予足夠重視和尊重，原定探究目標太高或太低，原定探究內容太多或太少，都會導致學生探究熱情的冷卻。在“簡易電路”一課的教學中，教師預設的教學步驟包括觀察材料、元件固定與連接、加入開關。然而，在實際教學中學生幾乎同步完成所有元件連接，遠超預設水平。面對這種情況，教師就不能再執著于原有教學設計，而應該順應學情變化，設置高階任務。例如在簡易電路里點亮兩顆燈泡，再試著找找有沒有不同的連接方式？如果有，電流的流經路線應該是怎樣的？基本規律和最簡單的那種電路聯系是什么？如果新的連接方式不成功，可能原因又是什么？總之，無論學情如何變化，始終通過有挑戰的教學任務，讓學生圍繞“電流回路”這個基本科學邏輯，展開論證活動。

4.更人文的情緒帶入

人文氛圍的營造，極大地影響著科學課論證教學的效果，甚至可以是決定性的影響。其構建應基于真情境，進而促進真問題、真探究及真討論的形成。以“認識星座”教學為例，通過營造代入感較強的情境氛圍，如使用上百個微型LED燈模擬星空，結合音樂與視覺刺激，引導學生進入“觀星”狀態，進而通過“摘星”“擺星”“調星”“歸星”等活動，促進學生深入探究與論證，提升教學效果。

科學課是理性的、邏輯的，同時也應該是神奇的、夢幻的。只有當科學課有了人文色彩的加持，才能讓學生感受理性和邏輯的溫度。教師重視人文情緒的引導和激發，才能讓學生主動投入、開動思維，才能最終觸發真正的論證思維活動。

二、核心論點的提煉和析出

1.論點需要被挖掘

（1）從邏輯沖突里挖掘論點。思維型科學課要“論起來”，關鍵在于是否有認知矛盾的存在。學生個體對科學現象的直覺體驗和實際事實不符是認知矛盾，學生個體基于經驗提出的不確定解釋也是認知矛盾，不同學生個體之間觀點的差異和沖突更是認知矛盾，有認知矛盾的存在，才有了“論起來”的前提和必要。如日食現象，雖為小學高年段學生熟知，但月球位置導致日全食、日偏食、日環食的差異及日食觀測的地域限制等問題仍使學生困惑。月球位于地球和太陽之間時，為什么有時是日全食，有時是日偏食，有時是日環食？為什么當新聞上說有日食時，我們并不能在任何地方都能看見？這些存在于學生腦海里想不通的問題和矛盾，可以析出日食現象研究里最有研究意義的論點：月球位于地球和太陽之間并不是我們能否看到日食現象的唯一條件，月球必須在更恰巧的位置，才能在地球上看到日食現象。這個“更恰巧的位置”是否存在，到底是什么？接下來的任務就是通過移動月球模型的位置，獲得更多論據來解釋縈繞在學生腦海里的問題和佐證論點。

（2）從關聯現象里挖掘論點。很多看上去很細碎，繁雜的科學課研究內容，需要教師從更全局的視角，以現象關聯作為研究線索，引導學生開展論證活動。如對人體身體結構和健康的研究，由于體內器官與組織無法通過肉眼被直接觀察，因而需依賴外部現象與模型進行推斷。具體而言，呼吸過程需通過胸腔腹腔起伏及實物模型演示來探究有哪些器官參與；消化過程需結合生活經歷與模型演示分析器官功能；運動過程則通過雞翅與模型展示骨骼肌肉關節的協同作用。人體是一個復雜的系統，需從現象關聯的角度審視，方能提煉出核心論點。心臟為何跳動、為何持續跳動、是否可控、跳動與血液流動如何滿足身體需求、跳動速率變化的原因等，均可關聯分析，最終得出“心臟是生命活動的‘發動機’”的論點。在此過程中，教師可引導學生構建認知結構圖（如圖1），通過論證分析逐步析出研究內容的核心邏輯。

2.論點需要被看見

（1）論點隱藏在前概念里。教育心理學和學習科學的大量研究都告訴我們一個事實：前概念調查是科學課一般教學流程中的必需環節。此環節除了可以知曉學生已有的認知基礎，便于調整教學節奏，同時也能幫助學生梳理研究論點、明確探究方向。前概念調查不是單純的提問，也不是干癟的問卷，而是通過有趣有料的真實情境，調動學生已有認知，將其暴露和外顯出來。面對蘊含多樣問題元素的情境，學生想要從繁復的情境中提煉出隱藏其中的核心論點，需要教師的主導。如在研究船的載重量問題時，用4張材質相同且邊長為12cm的正方形鋁箔紙，分別折成底面積不同的“開口盒”形狀，模擬小船，研究船的載重量與什么因素有關。在情境創設的環節，教師可以用這個規格的鋁箔紙隨便折一個“小船”，把問題拋給學生，什么樣的折法可以承載最大的貨物質量？學生很容易提出底面積越大，承載量越大的想法。因為鋁箔紙規格統一，底面積的變化，必然帶來船高和船體積的連帶改變。三種變量到底誰對載重量的影響更大？這是一個必須在此環節讓所有學生明確的研究問題，三種變量分別指向三種不同的論點。明確論點后，在實際測試中找依據，最后再回到最開始提出的論點，用數據解釋說明。

（2）論點糅合在動手操作里。并不是所有的科學課，一上來就能立即明確論點。思維的發展需要一些鋪墊和火候，在探究過程中可以慢慢生成論點。如關于電路的研究里，有一項內容是研究電路暗盒。一個封閉的盒子里，有4個接線柱，學生預先是不知道這4個接線柱之間的導線是怎樣連接的，需要通過電路檢測器的檢測結果，推斷暗盒內的電路連接情況。這是一個學生非常感興趣的活動，從檢測工具和方法的介紹，到檢測活動進行，再到根據結果提出自己的推斷，似乎都沒有一個明確的論點。直至學生發現，同樣的檢測結果可能推斷出不同的連接方式，問題和矛盾才顯現出來：為什么不同的連接方式都能達到同樣的檢測效果呢？這個問題指向的核心論點是：只要接線柱的導線能將它們連在一條線上就能通電。這個論點指向的核心概念就是電流回路。

三、論證方法的訓練和引導

1.常用“歸納—演繹”法

“歸納—演繹”是科學家進行科學研究的常用方法，同時也是小學科學課大部分課型都會用到的一種論證方法。這一方法要求學生在現象和數據中歸納事物的共性，從共性中演繹推導應用。事實上，“歸納—演繹”的過程就是將思維進行橫向遷移和縱向遷移的過程。歸納概括可以從論據的多樣性論證論點的正確性；演繹推理可以從論點的遷移性論證論點的正確性。如果論證過程中出現了論據和論點的矛盾，要么是論點有問題，要么是論據有問題，找問題的過程，是思維能力經受訓練的過程，這個過程會讓思維逐漸變得嚴謹縝密。如在點亮小燈泡這一研究內容里，學生手持燈泡、電池、導線三種簡單的材料，在不斷試錯過程中找到多種解決方案，同時也會得到很多失敗教訓。通過對成功經驗和失敗教訓的歸納梳理，學生摸清電流回路通斷決定燈泡亮滅的底層邏輯，為繼續研究電路相關問題打下概念基礎。

2.熟用各種論證模型

Laura Zangori等人的研究表明，基于模型的推理可能有助于學生思考和解釋復雜問題情境里相關因素之間的相互作用，以及它們之間的因果關系[7]。這進一步強調了論證模型在教學實踐中的重要性，特別是在教師組織課堂論證活動時的作用不可或缺。鑒于此，接下來以兩種具體的論證模型為例，簡要討論其在科學教學中的應用。

（1）圖爾敏論證模型。在科學教學研究中，圖爾敏論證模型是較為通用和受歡迎的。該論證模型包括六個基本的論證因子：主張、條件限制、數據/資料、理由/依據、支持、反駁[8]。科學課可以在圖爾敏模型基礎上，根據課堂需要，優化每個環節的具體內容，并提供必要的支持手段，如圖2所示。

例如，在主張環節，通過教師引導性提問，促發學生對問題的深度思考，逐漸提煉和析出主張，此過程可以理解成為學生搭建問題支架；在條件限制環節，通過真實情境的創設，明確限定條件和問題范圍，可以理解成為學生搭建情境支架；在數據/資料環節，主要通過結構化的實驗材料，幫助學生在探究活動中獲得足夠豐富和可用的論據素材，可以理解成為學生搭建材料支架；在理由/依據環節，通過模型搭建、推理分析、創新思考等思維方法的加持，幫助學生學會調用數據和資料，開展有邏輯的分析整理，形成佐證或反駁論點的有力依據，可以理解成為學生搭建思維方法支架；在支持環節，為了使論據更充分，論證更嚴謹，教師可以為學生搭建資料支架；在反駁環節，教師需要為學生創造一個更有“安全感”的課堂氛圍，“說對鼓勵，說錯不批”，學生才有可能具備反駁的主觀動力，此舉可以理解成為學生搭建氛圍支架。

（2）PCRR論證模型。PCRR論證模型是2015年Kujawski基于美國新一代科學教育標準對科學論證的關注提出的一種科學論證教學模型 （Present，Critique，Reflect，Refine，簡稱PCRR） 。PCRR論證模型能夠幫助科學教師在課堂上持續創造科學論證的學習氛圍，促進學生對科學概念的整合理解[9]。這個模型對論證教學的階段劃分比較簡單，主要分為四個階段：呈現、批判、反思和提煉。小學科學教師利用這個模型開展論證教學，比較容易上手。如在研究巖石、沙、黏土三者關系的時候，學生可先分小組，在觀察中提出自己的想法（呈現），如果認為巖石、沙、黏土三者有關系，哪些現象和分析可以證明，反之，如何證偽？每個小組對其他小組的觀點和發現提出自己的質疑（批判），同時回應別人的質疑（反思），最后重新修正自己的觀點（提煉）。

四、論證依據的鋪墊和挖掘

1.材料的靈活安排

（1）材料超市。前文提到，在數據/資料環節，教師要為學生搭建材料支架。在思維型科學課論證教學中，教師需構建“材料資源庫”，以支撐學生多元觀點的形成與驗證。材料超市作為一種策略，通過結構化地提供實驗材料，可以有效促進學生對實驗方案的自主探索與創新。以液體熱脹冷縮實驗為例，標準化材料的局限限制了探究深度，而材料超市則鼓勵學生基于疑問（如其他液體的熱脹冷縮效應、實驗現象的優化等）自選材料，從而豐富論據，增強論點的說服力。此策略若廣泛實施，將極大地豐富科學論證中的觀點多樣性。

（2）分批發放。從遵循學生思維最近發展區的角度審視科學課教學，我們會發現論證活動必須具有一定的挑戰性，才能最大程度激發學生思維的活躍度。論點明確后，論據的找尋通常不可能一蹴而就，需要教師提前預設好探究階段，不同階段給予學生不同材料支持。以斜面作用的研究為例，初始階段通過彈簧秤實驗直觀展示省力原理，隨后通過第二批材料（含實物、圖像、視頻）引導學生探索斜面在延長作用力時間、減輕碰撞、優化空間利用等方面的作用，促進深度思考。

（3）技術加持。信息時代背景下，傳感器（溫度、速度、壓力、光電、心率……）、AI技術等成為科學探究的重要工具，不僅使難以直接觀察的現象可視化、可記錄，還提升了工程設計、小組討論的效率與質量，為自主探究提供了智能輔助。此外，教師將自制教具作為補充，可以以低成本高效益的方式支持論證活動的深入開展。

2.數據的靈活使用

思維型科學課論證活動中對實驗數據的處理，通常遵循“數據匯總→趨勢分析→異常處理”的框架，但具體工具與方法因教師教法和課程內容而異。在處理數據時，教師應避免思維僵化，靈活選擇分析方式，如通過典型小組案例分析亦可得出結論，同時簡化記錄與板書，提高教學效率。對于非數據密集型課程，通過結構化記錄單設計，同樣能有效促進論證思維的發展。這一點在Ying-Chih Chen等人關于文本記錄對學生論證能力影響的研究中可以得到印證：學生使用文本、繪畫、圖形來解釋自己對事物的認識和科學概念，不僅能加深對事物和現象本質的理解，也能更連貫地組織和表達自己的想法[10]。

通過前文論述，我們可以初步得到結論：論證教學是思維型科學課實施的關鍵路徑。但論證活動的支持策略在科學課實踐中的落地還須做好四個方面準備：一是教學理念的更新，克服傳統教學方式慣性，強化學生主體地位及探究能力培養；二是教師素養的提升，確保他們具備扎實的學科知識、豐富的教學經驗和靈活的教學方法等；三是教學資源的豐富，因地制宜構建必要的教學資源體系；四是評價體系的完善，關注科學素養和探究能力評價，促進科學思維與核心素養的達成。

參考文獻

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[10] CHEN，Y.C.，PARK，S.，HAND，B.Examining the Use of Talk and Writing for Students’ Development of Scientific Conceptual Knowledge Through Constructing and Critiquing Arguments[J].Cognition and Instruction，2016，34（02）：100-147.

[責任編輯：陳國慶]

*該文為廣東省深圳市教育科學 “十四五”規劃2023年度課題 “基于學業評價結果應用的小學科學思維型教學策略研究”（YB23101）、現代教學技術教育部重點實驗室2023年基礎教育開放課題 “思維型教學引領下的小學科學積極思維課堂教學文化研究”（SYSK202309）的研究成果