以科学论证为导向 实施科学探究教学

摘要：科学论证能力是当前国际上科学教育的重要目标。科学论证能力对于学生自我概念的转变、科学思维的培养和科学探究的提效有着独特的教学价值。在课堂中开展以科学论证为导向的科学探究教学，能够改善探究活动的品质，有效地培养学生的科学论证能力。

关键词：科学论证；科学探究；操作要点

中图分类号：G623 文献标志码：A 文章编号：1673-9094（2017）10A-0076-04

所谓科学论证，可以被理解为学生通过对信息的获取和证据的选择，利用逻辑推理的方式，建立自己的科学主张或为自己的科学主张进行辩护的过程。欧美国家非常重视科学论证教育。比如：美国将科学论证作为科学教育的重要目标渗透在《K-12科学教育框架》《科学素养的导航图》等带有政策导向性和学术指导性的科学文本之中；英国则在最新的国家课程标准中要求学生对观察到的科学现象、數据的合理解释和由此得到的结论这三者之间形成说服力强的联系。由此可见，科学论证能力已成为世界范围内学生科学素养的核心内容。而我国的科学课程设计，相对来说缺乏对学生科学论证能力的重点关注和系统架构，从而造成了课堂实践层面上科学探究活动表面热闹，实则低效的普遍现象，很多教师和学生甚至觉得科学探究就是验证已知的科学知识。本文分析了科学论证在小学科学教学中的价值，并就课堂中如何开展以科学论证为导向的探究教学进行了粗浅的探索。

一、科学论证的教学价值分析

（一）促进自我概念的转变和科学知识的形成

建构主义理论认为：学生在正式学习之前，头脑中已存在着与科学概念相异或相背的个人理论，科学学习的实质就是要促进学生自我概念的转变。聚焦于科学论证的课堂教学能够让学生更深刻地理解知识是如何一步步从事实中分析抽离而来。具体作用原理为：（1）在科学论证过程中，学生需要澄清自己的固有认识，亮出有力的证据，明晰推理的过程，使其思维过程可视化，从而达到修正原有概念的效果。（2）自我概念的转化需要探究活动的支持，学生在科学探究中通过对话交流，提出个人观点，倾听他人想法，这样有助于更好地反思自我概念的不足，在理解他人的概念和论证过程的基础上形成更为合理的科学知识。

（二）全面落实科学思维的培养和训练

科学论证不仅是对自然现象成因的解释，它在科学学习上还推动着认知向较高的层级发展。事实上，相比于科学知识而言，培养学生的科学思维能力具有更大的意义。学生科学思维的发展主要体现在以下几个方面：能够对证据和理论作出区分；能够尊重证据和理论；能不时地注意到理论和证据的不一致，并乐于作出协调的尝试。[1]小学科学课中的科学探究活动大致分为三类：第一类重点研究“是什么”的问题，它竭力追求科学事实；第二类重点探讨“为什么”的问题，它主要揭示事物间的因果联系；第三类是“有什么规律”，它主要探讨科学知识在现实中的具体应用。我们通过这三类问题的解决，能够帮助学生形成尊重证据和事实、学会逻辑推理、懂得任何结论都需要经得起更多的事实和实践的检验。在科学学习活动中重视科学论证的渗透，能够有效地促进学生的科学思维由浅入深、循序渐进地得到培养和训练。

（三）促进科学探究的提质提效

在小学阶段，几乎所有的科学探究活动都和观察密不可分。问题在于学生在整个科学探究过程中只扮演了一个“纯粹观察者”的角色。即使如此，这个观察者也时常没有很好地履行仔细观察的职责。离开了学生个体的鲜活观察过程，探究就变成了指令般的机械操作活动。观察的作用在于支持推理的线索，推理的价值在于暗示新的观察。[2]所以，哪怕学生以观察者的角色进行科学探究，那也应当建立在搜集证据和逻辑推理的相互作用之上，以此提升探究活动的品质和效果。比如在低年级学生的科学课上，教师要重点进行观察活动的指导和练习，让他们尽可能准确地描述事物，这一点在科学学习的起始阶段非常重要。因为它不仅可以促使学生之间互相比较观察的结果，寻找不同观察者之间的相同点和存异之处，更重要的是让学生明白：当人们对同一个事物或在同一个探究活动中出现不同的主观描述时，通常最好的办法就是再进行新一轮的、更为聚焦性的观察，而不是在课堂上争论谁的描述才是正确的。对于中高年级的学生，要引导他们在观察的基础上区分清楚什么是事实，什么是观点，努力在事实和观点之间建立起逻辑关系，同时能够从书籍、文章或数据库中找到支撑自己观点的各种论据，而不是仅仅靠着个人的感觉、经验进行解释和判断。

二、科学探究与科学论证相融合的必要性

（一）科学探究需要改变缺乏科学论证的现状

科学探究是科学教学最主要的方式，而它最核心的特征就是依靠证据进行合理的解释。一个科学观点必须得到足够多且可重复获得的证据加以佐证，为此人们不断开发出了效果更好的观察工具和技术，以此来发现那些仅靠人体感官所无法触及的证据。尽管人们常常会对获得的证据采取完全不同的处理方式，甚至得出截然相反的结论，但是在把证据和结论联结起来的过程中，他们都无一例外地自觉遵循逻辑推理的原则，从而使自己的解释看上去是合理的。

科学探究也是最需要改善的一种教学方式。其最突出的问题主要表现为对科学结论的过度追求。比如，我们经常可以在公开课上看到这样的现象：学生在课堂中提出的假设明显超出教师预料，却很少有教师会为之单独地、临时地设计一个实验进行求证，在绝大多数情况下，教师会巧妙地找个理由（如实验器材准备不足、课堂时间有限等）将之排除在外，以保证课堂按照原有的计划进行下去。再比如，一旦学生通过探究后没能出现教师期望的结果，实验往往不会被要求重复进行，教师会作出貌似合理的解释，如学生观察得不够仔细全面、实验操作不规范、属于正常的数据误差等等，这足以表明教师其实并没有将探究活动所获取的证据作为一种重要的生成性教学资源，至于科学论证过程更是一带而过。如果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最不可取……这是科学探究中的殖民主义。”[3]正是出于这种现状，奥斯本指出：科学课堂缺少科学论证是现代教育的严重问题。endprint

（二）科学论证需要借助科学探究展开

托马斯·库恩指出：“科学教科书几乎始终无例外地被理解为：科学方法仅仅是由收集这些课本资料的各种技巧，与把课本资料与理论联系起来的逻辑运作两者凑合的结果。”[4]这其实可被理解为对无科学探究基础的纯科学论证教学的一种婉转式批评。一个较为完整的科学论证过程应由提出假设、收集证据和逻辑推理三大要素构成（见图1）。假设是对研究问题的猜测或解释，它应该与证据相符；证据是指能够支撑假设的各种事实，如观察到的实验现象，采集到的实验数据以及从书籍、资料库等其他途径获得的相关信息；推理则阐明证据为什么支持假设，如何支持假设。推理为证据提供解释，而证据为推理提供辩护。[5]不难发现，这和科学探究的过程高度契合，也为两者的互相融合提供了现实的可行性。

若科学教育的目的是掌握现有的科学知识，科学探究活动肯定不是最有效率的教学方式。若以获得科学知识、认识科学探究及科学本质等综合性科学素养为宗旨，那种纯辩论性的科学论证学习同样难以胜任。只有通过科学探究活動参与科学论证的学生，实践能力和思维活性才能得到充分激发，可见让学生参与科学论证活动是改善科学探究教学品质的一种必然选择。

三、以科学论证为导向的探究教学操作要点

我们发现，科学家在进行研究时，除了要明确研究目的之外，还要思考如何把实验设计得更合理有效，采取何种措施以保证取得全面可靠的数据，从这些数据背后可否做出多种不同的解释等等。“以探究的过程来教科学，如果不能有机会让学生进行论证、解释的建构和证据的评价，那将无法呈现科学本质的核心成分，或是建立一个发展学生理解的机会。”[6]这对我们的课堂教学不无启示。

（一）在提出假设时，要尽可能让每个学生作出假设，明确自己要“将做什么”

世上并没有众人的真理，只有个人的真理；并没有客观的真理，只有主观的真理。这种哲学观虽带有极端的唯心主义，但也能让我们在明确并提出自己观点的同时，尊重和理解他人的观点。有这样一种说法：差的教师直接告诉学生答案，合格的教师告诉学生到哪儿找答案，好教师是坚持不给学生答案，而是引导学生去思考、辩论，理解和建立假设。科学教师可以把每一个学生的假设记录下来，比如保存在电子白板上，或者专门在黑板上粘贴一张巨大的记录纸，引导学生在上面写下自己和他人不同的观点。

以“水中的物体受到水的浮力”这一教学案例为主题，教师就可以先让学生罗列出几种不同假设：（1）只有浮在水面上的物体才受到水的浮力，沉在水里的物体不受到水的浮力；（2）在水里的物体，不管沉或浮都受到水的浮力；（3）同一个物体，浮在水面时受到水的浮力大，浸没在水中时受到的水的浮力小；（4）与（3）观点相反。 这些都是学生头脑中对浮力可能存在的自我解释。接着教师结合实验操作和生活经验提供如下几个证据：（1）不同的物体在水中的沉浮情况是各不相同的；（2）把充满气的皮球放在水中，它是浮着的，把它往水中下按时很费劲；（3）硬币在空气中下落时基本是直线式的，而在水中下沉时的轨迹是非直线式的；（4）回想从水井中打水时，装满水的水桶会往下沉，往上慢慢提出水面的过程中手会觉得越来越重……最后重点组织学生通过讨论来选择哪些证据可支持某个假设，哪些假设之间是相互矛盾的，哪些解释之间可以互相补充，最终形成关于浮力更为合理严密的科学知识。

（二）在收集证据时，要引导学生全面关注各种信息，为科学论证提供必要的论据

学生通过探究活动可以获得各种证据。一类称之为证实证据，它能够支撑学生原先的观点；另一类称之为证伪证据，它不能够支持原先的假说，用原先的观点也无法解释它为何出现。小学生一般更容易观察到那些符合自己假设的实验现象，对那些与自己假设不一致的事实采取忽略的态度，很多有价值的事实和数据成为背景信息，这就导致学生不能正确全面地评估证据，甚至产生错误的论证结果。教师应该指导学生在探究活动中全面客观地记录实验现象、采集实验数据，特别是要重视证伪证据的独特作用，有意识地引导学生思考证伪证据存在的价值，让学生体会到不同类型的证据对假设所起的支撑作用。

以“人眼如何看见物体”为例。很多学生通过各种生活中的事实性证据发现：当有光线照射在物体上，并且人的视线也到达物体上时，一般都能够看到物体。这个推理虽然符合绝大部分生活经验，但却与科学结论并不严密相符（科学的解释应该是“光线照射到物体上再反射到人的眼中”）。这时教师不妨设计一个“看发亮的镜子”的探究活动（见图2），让学生分别从A孔的正上方、紧贴B孔或C孔朝镜子观察，这时学生会惊讶地发现：从A孔能够看到发亮的镜子，但是从B或C孔观察时镜子几乎不可见。这一证伪证据的出现，对学生头脑中原本的看法造成了强烈的冲击，逼迫其要么放弃原本的观点，重新选择或建立新的解释，要么对它进行细微的修正，得出一个更接近科学知识的解释。

（三）在逻辑推理时，要充分进行质疑辩论，促进学生在证据与假设之间达成协调

当前课堂中的逻辑推理活动多以师生间的问答形式呈现，这种单一的固定模式造成学生缺乏质疑他人观点的热情和欲望，对其他人提出的证据和想法漠不关心，只希望得到教师权威的定论。所以教师要采用多种形式尽可能地让每一小组展示证据、表达推理过程，这样有助他们在尊重事实的基础上得出合乎逻辑的结论，同时也利于不同观点之间的互相辩驳和补充，促进不同的证据和作出的假设之间趋向协调。

比如教师可以围绕人类科学发展进程中一些具有代表性的科学问题，如“基因工程”“温室效应”等，把全班学生分为正、反两方，围绕各自所持有的观点展开针锋相对的辩论赛，要注意的是，当学生在质疑与反驳中出现僵持不下的情形时，教师要及时加以协调，让学生理解科学辩论真正目的不是为了获得暂时的胜出，而在于从证据出发推理出最具解释力、最合理的观点，学会以质疑、辩护、反驳、发展等方式回应他人想法。

科学论证能力并不是学生参与科学探究活动的一种必然结果和自然习得。这需要教师在开展科学探究教学活动时把科学论证列入教学目标框架之内，并在组织教学时有意识地予以关注和实现。唯有满足这两个条件，才能促进学生对科学探究的真正理解和科学论证能力的提高。

参考文献：

[1]许春良，冷巨丰.科学思维：小学科学教学的价值追求[J].江苏教育研究， 2014（6A）.

[2]美国科学促进协会.科学素养的导航图[M].中国科学技术协会，译.北京：科学普及出版社，2008：16.

[3]张世成.探究教学中证据意识的培养[J].物理通报，2012（4）.

[4][美]托马斯·库恩.科学革命的结构[M].金吾伦，胡新和，译.北京：北京大学出版社，2003：1.

[5]季薛庆.科学论证取向的实验教学探索[J].全球教育展望，2012（2）.

[6]潘瑶珍.基于论证的科学教育[J].全球教育展望， 2010（6）.

责任编辑：石萍endprint