探究教学中证据意识的培养*①

张世成

(无锡凤翔实验学校 江苏 无锡 214045)

物理教学的核心是科学探究，科学探究的核心是科学方法和科学态度的培养.科学探究包括提出问题、猜想假设、设计实验、收集数据、评价交流等环节，而在每一步中都包含了一个重要的因素，即证据意识.也就是说，对于合作中的学生，教师除了要知道他在每一个环节中的具体主张外，还应当要求他说出提出这些主张的“证据”.这里所谓的“证据”，与法律上的“证据”(法律事实)有所区别，不仅指科学事实，也包括理论根据.这就要求探究教学是一种“基于论证的科学探究”.

英国哲学家斯蒂芬·图尔敏(Stephen Edelston Toulmin)，于《The uses of argument》一书中提出了著名的论证六要素[1],如图1所示.

图1 Toulmin的论证框架简图

Osborne等人以Toulmin对论证的框架为基础，提出进行论证需有主张(claim)；在主张的背后需有资料作为根基；而主张通常依证据(evidence)提出；证据至少由资料(data)和理由(warrant)两者组成；理由是可让与主张相关的资料、提供批判的信念或支持资料连结到主张间的关联[2].

如此看来，“基于论证的科学探究”的证据是科学探究中用来表达主张的“资料和理由”的总称.学生在为自己的观点和主张寻求他人的认可时，应当提出相关的证据作为支持，而让人能接受的证据必须能正确地描述因果关系，若不具备这样的特征，则主张无稳固的基础，无法让人信服.从斯蒂芬·图尔敏的论证模式看，证据在表达主张的过程中是至关重要的.科学家在进行论证之际需具备这种融入内心的证据意识，探究教学作为“通过经历与科学工作者进行科学探究时的相似过程，学习物理知识与技能，体验科学探究的乐趣，学习科学家的科学探究方法，领悟科学的思想和精神”[3]的一种学习方式，将证据意识培养成为探究教学的一种“课堂生活方式”就显得格外重要.

1 全面依靠证据

案例1：关于“摩擦力”的猜想

师生一起研究“摩擦力”，进入了猜想阶段.学生提出以下猜想.

生甲：滑动摩擦力与接触面粗糙程度有关.

生乙：滑动摩擦力与压力大小有关.

生丙：滑动摩擦力与接触面积的大小有关.

生丁：滑动摩擦力与施力方向有关.

一个学生在旁边小声议论道：丁同学的猜想肯定要被删除.

在师生交流时，教师认为前面三个猜想都很好，至于第四个猜想，他说，这个猜想是没有探究价值的.结果如那位学生所料，教师删除了这个没有探究价值的猜想，迅速进入到探究的下一个环节.

下课后，笔者问那位“料事如神”的学生：老师对猜想的处理你为什么猜得这么准？

生：老师经常这样，凡是书上没有的猜想都会被认为是没有探究价值的，都会被擦掉.

这位教师对猜想的处理不是根据学生已经具备的经验或者知识进行论证，而是围绕课本或者自己的预设展开.书上有的，已做了充分的准备，对于这样的猜想能够应对,甚至，教师期盼学生提出这些猜想.因为课堂需要这个环节来展示“学生学习的主动性”；而一旦超出了预设，可能因知识储备不足以应对，或者没有准备相关的器材和担心没有足够的时间进行探究，于是，教师就会想办法尽早地“删除”它，从而保证课堂及时进入“正轨”.从操作层面来看，教师这样处理猜想是一种“师本意识”的体现；从科学的道德规范层面来看，不采用论证方式而使用教师或书本权威的判定是最不可取的，这既违背科学精神，又挫伤学生的探究积极性.教师知道了问题的答案，于是“从终点去判定起点”[4]，这是野蛮的侵入，是科学探究中的“殖民主义”.

法国思想家、教育家卢梭说过，“误用光阴比虚掷光阴损失更大，教育错了的儿童比未受教育的儿童离智慧更远.”要使学生参与到离智慧更近的探究教学中来，“证据意识”的培养就显得格外重要.究竟有没有价值？判断的依据是什么？教师作为课堂上的科学代言人，必须亮出你的依据！事实上，教师应当培养学生一种习惯，即猜想要讲证据.每提出一个主张，就必须有支持该主张的“资料和理由”.你认为“滑动摩擦力与接触面粗糙程度有关”，依据是什么？(学生可能会想起抓鳝鱼的情形，从而作为一种证据来支持自己的观点)你认为“滑动摩擦力与施力方向有关”，有什么依据？当学生发现自己缺少依据的时候，就会重新审视“未经考虑”的猜想. 相反，学生进行猜想时没有陈述依据的习惯，教师删除猜想时不讲依据，看起来是进行了猜想，其实是一种“走过场”.探究的程序到位了，但其本质上想要传递和培养的价值却被忽略和扭曲了.

著名学者曾说：“猜测和想象是应用现有知识解决新问题的过程，是发挥创造性的过程，也是一个充满智慧挑战和精神历险的过程.”之所以强调要追问“依据”，就是要呈现这个“挑战和历险的过程”.学生有效地猜想是利用已有的知识与经验，经过思维的冲突与再加工后形成的一种假设结论，此过程的本质也是一种“有意义的学习”[5].奥苏伯尔认为，“意义”不是外在于学习者的东西，“当学习者运用某种内在的认知操作主动解释其经验时，意义就出现了”.因此，要想促成“有意义的学习”，教师在提出问题与猜想假设的环节中应当追问依据，这是引导学生 “在已知和未知内容之间建立真正的联系”，认识到自己的主张不能是毫无根据的胡猜瞎蒙，而需要在一定的理性、逻辑和事实的基础上进行论证.在全面依靠证据的过程中，既培养了一种证据意识，又培养了一种课堂责任.

2 高度尊重证据

案例2：凸透镜成像的数据处理

在“探究凸透镜成像规律”的实验中，学生记录了他们的实验数据，然后，开始数据处理.

表1 凸透镜成像实验数据

师生共同分析某一实验小组的数据(表1)，学生看到该组记录的实验数据比较凌乱，因而无法分析.其中一位学生说：“要是没有第2次的实验数据就好办了”.教师敏锐地抓住了这个契机：“你说得对！这一组数据有问题，把它剔除吧.”经过这样的处理后，顺利得出“物距减小时，像距就会增大”的结论.

有学生质疑：为什么要单单剔除第2次的实验数据呢？同样也可以剔除第1次的数据.教师的一句话，就能成为剔除的理由吗？

从案例可以看出，教师把注意力过多地集中在结论上.为了得出所谓的“正确结论”，即与教科书吻合的结论,只根据个人喜好剔除数据、修改数据或者对问题数据视而不见.

英国教育家洛克说过，“热爱真理的确实特征，是对任何一个命题的接受绝不超过其证据所显示的程度.”由此可见，实验数据是严谨的，不得随意更改.要培养收集数据以及处理数据的能力，就必须在可信的数据基础上进行.忽略问题数据，对一些问题数据采取不讨论就简单地剔除是不具有说服力的.考试时，题目只要求“设计记录数据的表格”，可交上来的试卷竟然有1/3的学生凭空想象杜撰出实验数据.这不就是在作假吗？一些学生为了得到正确的结论，发现数据有出入时竟然修改数据以迎合正确结论，这样的探究比那些灌输教育岂不是更糟糕？灌输教育是机械地记住结论，是无用的教育；而这样随意修改数据的处理方法非但是无用的更是有害的，因为它不仅不能培养出科学的精神和方法，反而败坏学生的品格.

其实，教师在数据处理的过程中，应当把重心放在“运用证据发展和修改主张”上来.2010年9月，笔者在英国考察学习期间，就学生是否可能修改数据的问题询问过几位来自不同学校的英国物理教师.他们的回答都是“不会”.原因是，教师在评判学生的实验表现时，并不是太在乎结论，而是关注实验过程.曼彻斯特Marple 高中的一位物理教师说，“只要学生做实验的过程是有价值的，即便最后的结论错误，我也会给予很高的评价.”由此可以看出，当教师评判学生的实验探究时，不仅要关注他的结论，更要关注他得到结论的途径，有了这样的价值引领，学生才会逐渐形成尊重证据的意识.

有了这样的思想就可以这样进行数据处理.首先，面对问题数据，可以重新做实验.在案例2中，物距或者像距有问题，教师提出来，然后请学生一起做实验验证这个数据的可靠性，看看这个数据是否有问题.这个验证的过程，就是传递教师的科学态度的过程.其次，数据有问题，是培养学生质疑能力和批判意识的好时机.“一切阻碍都是线索，所有困境都是路径”.对于想证伪的学生来说，面对问题数据他会找到质疑的“反例”；对于想证实的学生来说，当面对他人提出异议时，他会反思自身的主张是否有疏漏，并决定是否修改自己的解释.在辩论的过程中，会出现反复的意见交流，需在你来我往的唇枪舌战中站稳立场，而唇枪舌战的共同规则就是证据意识.在多元化的沟通以及开放的情境论证中，每个人都能阐述自己的主张和想法，这样的活动可以帮助学生练习对理论和数据的判断，刺激学生提出解释现象的理论或者提出反驳、质疑，有助于学生进行批判式的思考.在这样的探究氛围中，数据不仅为得到正确结论服务，还为培养学生“高度尊重证据”的意识提供机会.

3 善于表达证据

在探究中，教师经常要对探究的结果进行交流和评价，引导学生在质疑、改进等过程中善于表达证据，过一种基于证据意识的“课堂生活”.

案例3：探究电流与电压的关系

“欧姆定律”的探究中，实验方案的设计对培养学生的能力和提升学生的智慧，是一个难得的“成长通道”.在研究“电压对电流的影响”课题时，笔者是这样处理的.

图2

开始设计时，笔者特别关注潜力生的学习状态，特意请学生甲把设计的方案画在黑板上，如图2，然后开始了下面的对话.

师：你为什么这样设计？

生甲:要研究电压对电流的影响，当然要测量这两个物理量.灯泡的明暗还可以和电流表的示数遥相呼应，现象更直观，所以选用灯泡.

设计电路时，首先想到用灯泡是合理的，因为在这之前的几次实验中他们用得最多的用电器就是灯泡.这是学生的经验，也是教学的起点.

生乙：我不同意使用灯泡.在研究电流与电压的关系时，必须保持电阻不变.灯泡的亮度变化会引起温度变化，从而使其电阻发生变化.故需要选择定值电阻进行实验.

师：你们认为乙同学的依据充分吗？

学生一致称赞.

图3

师：好，请你上台修改.

生乙(上台)将图2改成图3，在改进的过程中，将加深学生对控制变量法的理解.

生丙:你怎样改变电阻两端的电压呢？电压不变怎么看出它对电流的影响呢？

生乙:通过改变电池个数改变电压.

生丁：使用学生电源，可以通过改变电源的输出电压.

生戊(看了看实验室的桌面开始“发难”)：你们说的方法好是好，可实验室里没条件.依我看，还是使用滑动变阻器吧.

图4

因地制宜.就这样选择了图4电路图作为最终方案.

图2是“毛坯”，图4是“精品”.由毛坯到精品的过程，是学生合作学习的过程.学生群体在教师的组织和参与下交流、讨论、自主设计的实验方案，批判性地考察他人的观点，通过协商的方式使群体的智慧在和谐的氛围中为每一个个体所共享.这个协商的过程为什么如此和谐？因为在交流的时候突出了“说明观点的证据”.由于证据意识被确认为一种说话方式、一种课堂文化，从而保证学生参与方案设计的过程，不是简单的在教师指导下的推演，而是学生在不断地质疑、不断地修正、多元化的理解下共同生长的过程.在证据意识的牵引下，具有了“客观的依据，理性的怀疑，多元的思考，平权的争论，实践的检验，宽容的激励”[6]的科学理性；也正是在证据意识的牵引下，课堂从最贴近学生原来发展水平的起点出发，走向了无穷远.

要让证据意识成为一种“课堂生活”，就要选择或者设计一种“评价通道”.通道那头的亮光会吸引我们前行，而证据意识就是在黑夜中支撑我们探索的信仰，在靠近亮光的过程中，能力在提升；科学态度在形成；智慧在生长.相反，如果省略了这个通道，教师上课伊始就拿出精品方案来，那只是在传授知识，一张需要反复默写记忆，过一段时间什么也不会留下的电路图.学生最终获得最多也只是知识，而不是素养.用某教授的话来说，“这样的教育实质是知识教育，是‘塑造知识人’的教育” ；“课堂给的是知识，教师讲的是知识，作业练的是知识，考试考的是知识，评价学生的主要标准当然还是知识.素养到哪里去了?不是素养逃遁了，而是素养被淹没在知识的大海里，素养被知识挤压了、吞噬了、赶走了.”[7]

为了不让素养被挤压，需要拉长评价的通道，因为它是“证据意识形成的通道”，也就是“素养形成的通道”，在通道中行走的过程就是在过一种“基于证据意识的课堂生活”.

探究教学好比一个磨盘,上磨盘是科学方法，底磨盘是科学态度，磨心是证据意识.在探究教学中，通过证据意识的培养，既可以提升科学方法又可以增强科学态度.当然，证据意识的培养是一种缓慢的过程，“最重要的东西是智力活动的习惯和融入身心的原理”[8]，要有一种坚韧和执着.正如佐藤学所言：“这场教育革命要求根本性的、结构性的变化.仅此而言，它决非是一场一蹴而就的革命.因为教育实践是一种文化，而文化变革越是缓慢，才越能得到确实的成果.”[9]

参考文献

1 杨宁芳. 图尔敏论证逻辑的意义及反思. 重庆工学院学报(社会科学版), 2008(10)：25～28

2 J.Osborne S.Erduran , S.Simon & M.Monk . Enhancing the quality of argument in school science. School Science Review, 2001,82 , 63 ～70

3 中华人民共和国教育部.全日制义务教育物理课程标准.北京：北京师范大学出版社，2001

4 潘瑶珍. 基于论证的科学教育.全球教育展望，2010(6)

5 (美)奥苏伯尔著.佘星南,等译. 教育心理学——认知观点.北京：人民教育出版社，1994

6 蔡德诚. 要深化理解科学精神. 科学时报， 2002

7 王啸，等.静水流深见气象：鲁洁先生的教育思想与教育情怀.北京：教育科学出版社，2010

8 (英)怀特海. 教育的目的·教师人文读本.上海:上海辞书出版社

9 (日)佐藤学著.李季湄译.静悄悄的革命.长春:长春出版社,2003