科学论证在探究式教学中的应用

何燕玲

科学论证是利用证据建立科学的理由以支持科学观点。从形式上看，科学论证大体包括个体论证和个体间的论证两类，前者是指个体通过科学推理，利用证据建立自己的科学主张，后者是指人与人之间通过辩论、争论等形式，对相互对立的主张进行辩驳，从而巩固个人主张。科学思维是核心素养的核心，科学论证是当前课程改革提出的科学学科核心素养之一“科学思维与创新”所包含的要素，学生在每个探究环节都要有着眼整体的科学论证过程。在引导五年级学生对“小水珠从哪里来”的探究中，我着力培养学生的科学论证能力，进而提升他们的思维能力。

教学分析

学生在探究“小水珠从哪里来”之前，已经对水的特点有比较清晰的认识，对水蒸气以及水变成水蒸气有了一定的理解，初步建立了蒸发和沸腾的概念，这为本课学习凝结以及进一步认识水的三态变化奠定了基础。

为更好地帮助学生探究“小水珠从哪里来”这个问题，在教学设计前，我对学生进行了前测，了解他们对凝结现象的认识情况。前测题是：夏天，我们从冰箱里拿出一瓶矿泉水，过一会儿外壁会出现很多小水珠，这是怎么回事？参与调查的五（1）班39名学生的回答主要有三种情况：根本不知道的1人;能正确作答的有5人（通过课后访谈，了解到这5名学生是看了一些科普书籍，知道答案）;33人关于凝结现象的解释很混乱，他们的解释中存在许多错误的概念，如许多学生认为“冰箱里会产生小水珠，这些水珠凝固在杯子上”。

通过测查前概念发现，学生的回答中会提到凝结现象发生的其中一个条件——水蒸气或温度。有学生认为“矿泉水瓶外壁出现的水珠可能是从瓶子里漏出来的”，也有学生认为“瓶外壁不会出现小水珠”。学生对冷藏的矿泉水瓶外壁出现的水珠的解释，暴露了他们对凝结现象的认识，大部分学生纠结冰箱里是否带出来了冷气、水蒸气、雾或霜，想不到是空气中的水蒸气遇冷凝结在瓶子的外壁而出现了小水珠。因为水蒸气不可见，学生很难想到瓶子的外壁出现了小水珠是水蒸气凝结所造成的。面对学生的这些千奇百怪的解释，该如何设计论证式的教学，才能更好地引领他们在课堂上开展有效的科学探究呢？根据这些情况，我决定在课堂上先解决学生对水蒸气的认识问题，然后解决凝结的另外一个条件温度。当学生初步理解了凝结现象发生的两个条件后，再结合生活中的一些证据进行引导，学生就很容易理解从冰箱里拿出来的矿泉水瓶子外壁出现水珠的现象。

教学过程及策略

1.结合学生的生活创设情境

科学论证式的教学所创设的问题情境要尽可能来源于学生的生活。问题情境离学生生活越近，越容易激发他们探究的兴趣和进行论证的欲望。本节课开始，我把装有茶水的杯子举起，掀开杯盖，面向学生。学生很快发现杯盖上面有小水珠，并解释小水珠出现在杯盖的原因。学生的回答：它们是杯子里的水跑上面去了;杯子里的热气会上升到杯盖上，凝结了。学生的回答中有“凝结”一词，但究竟什么是凝结，他们并不能进行科学解释。我进一步聚焦问题：杯盖上的小水珠是怎么形成的？学生论证的问题有两个方面：水蒸气、温度。学生的观点有三类：一部分学生认为只要水蒸气遇到物体就会形成小水珠，和温度无关;一部分学生认为水蒸气遇热就出现小水珠;还有一部分学生认为水蒸气遇冷才会出现小水珠。学生在论证过程中要对问题进行多种可能的解释或阐述，论证的问题可以引發他们的认知冲突，这样就形成了一个论证氛围。在学生科学论证的过程中，我鼓励他们说出自己的观点和理由，并帮助他们有理有据地表达出来。

2.依据证据提出观点或形成假设

杯盖上的小水珠到底是怎样形成的？要弄清楚这个问题，学生需要获取更全面的证据。我让学生分组观察。

首先，需要考虑该准备什么样的水做实验。实验中的水一定是热水，但一定不能看出冒着热气（热气容易让学生产生白汽这个错误概念）。学生看不到杯子中的水如何到杯盖，有利于呈现他们原有的想法，为后面不断获取证据、理解凝结的概念奠定基础。

其次，情境的创设应该是一个持续的系统，即持续围绕杯盖里的现象进行。学生用培养皿模拟杯盖，用烧杯模拟杯身，静静观察两分钟后，他们观察到了水蒸气凝结的现象：“开始的时候杯盖没有小水珠，过了一会儿杯盖变得像盖了一层雾，再过一会儿就出现小水珠了。”针对这个现象，学生提出自己的观点：杯盖上的小水珠与杯里的水有关，杯里的热气到杯盖上去了。有部分学生会联系到之前学习的蒸发知识，提到是水蒸气到杯盖凝结而成。尽管学生之间的表达略有不同，但他们很容易达成一致，那就是杯盖上要有小水珠出现就必须有充足的水蒸气。

水蒸气为什么会在杯盖上出现呢？学生对于凝结的第二个条件即温度产生了争论。有学生认为水蒸气遇到杯盖就会出现凝结，和温度无关，有学生认为与温度有关，也有学生认为水蒸气遇到了冷的物体就会出现水珠，还有些学生认为水蒸气遇到了热的物体就会出现水珠。学生在论证的过程中，依据观察到的现象作为证据，不断明确自己的观点，即形成假设。如果这节课仅凭借杯盖上水珠的问题就让学生猜想，而忽视他们的细致观察、体验的思考过程，就会影响到后面的论证。

3.依据假设设计实验方案

学生有了自己的观点，就可以引导他们为自己的观点寻找证据。于是，教学进入到实验设计环节，即怎样证明观点是正确的。如果有学生认为杯盖上的小水珠形成条件与水蒸气、温度有关，他们就要依据自己的假设来设计实验方案。教师应当提示学生阐明自己的想法时，要说说自己这样想的理由。从个人思考到小组研讨达成一致，学生将会经历个体论证和个体间的论证过程。

有学生在小组研讨后提出本组的实验方案：“我们认为水蒸气遇冷变成小水珠。所以，我们可以把杯盖变冷，如果杯盖上出现小水珠就说明我们的想法是对的。”这组学生认为不需要对比实验，直接验证就可以了。这位学生还没有汇报完，其他组的同学就开始质疑：“我们先拿一个冷的杯盖盖在杯子上，再拿一个热的杯盖盖在杯子上。如果冷的杯盖上有小水珠就说明水蒸气遇冷会形成小水珠，如果热的杯盖上有小水珠就说明水蒸气遇热会形成小水珠。如果两个杯盖上都出现了，就说明小水珠的形成与温度无关。如果只做其中一个实验，就不能证明我们的观点。”

在实验方案产生的过程中，同学之间出现了不一致的意见，有的对实验设计进行补充，有的对实验设计不合理的地方提出质疑，最终通过集体论证获得大家都认可的实验方法。

4.在论证与假设间建立联系

实验设计是否合理，是否能够达成实验目的，需要在实践中检验。对学生而言，说和做之间是有差距的。比如，冷热不同的杯盖该如何处理？学生想到可以把杯盖放进热水和冷水来实验。在这个实验里，学生对“水蒸气遇冷”这个条件理解上有难度，即水蒸气要遇到比自身冷的物体才可以凝结。如果学生能够分清实验中烧杯里的热水、杯盖上的热水和冷水的作用，他们就能根据事实较好地进行论证和解释。

在学生制订实验方案后，我组织他们进行实验，收集、整理证据，并与当初的假设建立联系，使实验探究成为一个有逻辑的整体。课堂上我通过提问引导学生进行实验汇报，让他们经历一个科学论证过程。

师：你们观察到了什么现象？你们原来的猜想是什么？根据观察到的现象，你得到了什么结论？

生：我发现冷的杯盖底部出现了小水珠，热的杯盖的底部没有出现小水珠。我原来猜想水蒸气只要遇到物体就会出现小水珠。根据观察到的现象，我得到的结论是：水蒸气遇到比自身冷的物体会形成小水珠。

生：我发现，冷的杯盖下面很快出现了很多小水珠，而热的杯盖下面没有小水珠。我原来认为水蒸气遇到比自己冷的物体会出现小水珠，通过实验验证了我的猜想是对的。

学生这样的论证、表述，体现了他们的科学思维过程，让他们的科学探究更加深入、持久。在以前的教学中，我往往忽略将科学论证过程与学生提出的假设建立联系，这样容易导致学生的探究过程不能浑然一体。

5.不断丰富论据、完善论证

杯盖上的小水珠是怎么形成的？学生探究这个问题的过程就是在经历科学论证的过程。学生对凝结概念的建构不能仅仅停留在这个阶段，还需要更充分的证据，这就是我们常说的知识迁移和应用环节。在关注学生科学论证的教学中，也要重视迁移和应用，使生活中的事實成为论据，引导学生进一步论证。如烧水的壶嘴和盖子会看到白汽，从冰箱冷藏室拿出的矿泉水瓶表面会出现小水珠，这两种不同的情况可作为论证过程中的证据。前者是内部的（锅里）水蒸气遇到外面的冷空气凝结成的小水珠，所以看到白汽。所谓“白汽”其实就是小的水滴，因为轻而上升，但上升到一定阶段又看不见了，也就是又变成了水蒸气。后者是外部（冰箱外）空气里的水蒸气遇冷，凝结成的小水滴。通过这两类生活现象，学生可以把生活中更多的凝结现象有理有据地表述出来。有学生说：“水蒸气遇冷会凝结成小水珠，冬天嘴里呼出的白汽，是嘴里的水蒸气遇到外面的冷空气而凝结成的小水滴。”还有学生提道：“夏天吃冰棍时，看到冰棍上面冒白汽。这个白汽是空气中的水蒸气遇到冰棍周围的水蒸气凝结成的小水滴。”通过这样的论证，学生对生活中露的形成也更加清楚了。

学生把学到的知识迁移和应用也是一个演绎推理的过程，经历这样的过程，有助于他们在科学论证时有理有据、条理清晰。

6.基于探究过程进行概括

学生的科学探究需要对探究研究过程有理有据、有逻辑层次地概括和总结。以往，我们通常通过板书带着学生进行总结，试图为他们的探究学习画上一个完美的句号。本课则关注学生的科学论证，课的最后引导他们尝试对探究的问题进行回顾。有的学生会直接说出结论：“杯盖上的小水珠是水蒸气遇冷凝结成的小水珠。”这时，我采用一些关键的引导词提示学生进行总结：“你能完整地说说，这节课我们是怎么研究的吗？我们研究的问题是什么？我们首先怎么做，然后怎么做，接下来怎么做？最后得到什么结论？”学生在提示下，按照科学论证的表述要求完成了对本课的总结。这个过程也是对全班同学的示范，提示每个同学都按照这种思路对本课进行总结，使得他们对本课内容理解得更深刻。

总结与反思

论证式教学与传统教学有很大的不同，是一种真正以学生为中心的教学活动。在实施过程中要以学生为主体，教学设计要顺应学生探究式学习的认知需要，关注教学细节。

在引入环节，通过真实的问题情境引发学生的多种猜想，并尽可能多地探查他们的已有知识与经验;在猜想与假设环节要让学生有据可依，形成自己的初步观点;在设计实验、收集处理数据环节，要让学生把证据与假设建立联系，使探究过程形成一个有逻辑的整体;在知识迁移和应用环节，要进一步联系生活，提供更多的证据，为学生建构科学概念服务。学生在每个环节的论证表述都是他们思维的外化，教师要充分关注学生的思维过程，进行必要的引导，让论证式教学收到更好的效果。

引导学生对“小水珠从哪里来”的探究，力图展开科学论证过程，是一次有益的尝试，还存着很多问题。首先，论证式的课堂以学生为中心，需要展开论证过程，要激发学生更多思考，让他们能通过寻找更多的证据来解决问题，一节课的教学时间往往不够。其次，论证式的教学要想提高效益，需要根据学生的情况，进行有目的的培养和训练，如在平时要训练学生如何有根据地表达观点，敢于对同学的观点有理有据地质疑，同时也要对自己的观点进行辩护。再次，教师在课堂上要创设更加宽松的学习氛围，便于学生打开思维、畅所欲言。最后，开展论证式教学，还要形成一套科学的评价体系来评估论证式教学的有效性。

（本文系北京市教育科学“十三五”规划2018年度一般课题《在小学科学探究教学中关注学生的科学论证》的阶段性成果，课题编号：CDDB18178。）