利用论证促进学生科学概念建构的途径研究

◎ 赵 闪

一、问题的提出及研究意义

（一）问题的提出

不少研究表明，在开展探究之前，学生往往忽略对问题的分析及设计探究的环节，即使提出了假设或设计，但并不理解假设或设计在科学探究中的作用。［1］在结果分析上，当对数据与现象之间的关系不明确时，学生往往会基于现有的规律或结论强加判断。［2］基于此，强调对证据提出推理、反思自身和他人的不足的综合思维能力呼之欲出。而注重观点辩护、证据推理的论证教学则被很多学者视为达到探究教学的有效途径。“探究教学中若不能让学生进行论证、解释，那将无法呈现科学本质的核心，或是建立一个供学生理解的机会”。［3］

（二）研究意义

国外很多研究表明开展论证教学能够有效地促进学生科学概念的学习［4］，那么什么样的论证教学能够有效地促进小学生对科学概念的理解？笔者以“论证教学”为关键词查阅知网文献，发现大多数研究重思辨而轻实用，即主要集中文献综述阶段，有些研究尽管提出操作方式，但也仅限于教学框架、策略层次，实际操作性较差，无法做到“拿来主义”。因此，如何设计适合本土的论证教学模式以促进小学中年级学生科学概念的理解并向其他课程领域迁移成为本研究的聚焦点。

二、研究概况

（一）研究对象的确立

小学三年级的学生年龄普遍在9—10岁，这个阶段的儿童的认知水平处在具体运算阶段，能够进行一些简单的逆向或互换的逻辑推理。［5］因此，研究者认为在三年级实施论证教学具有理论的可行性。

本研究在研究者所在学校三年级中随机选取4个班级（每班约45人），其中2个班为实验组，2个班为对照组。对照组开展的教学活动以沪科版《自然》中给出的活动建议为主要依据，实验组则在此基础上添加更多的论证活动。

（二）论证教学实施的理论依据

经过对论证相关的文献进行搜索，不难发现，现如今的各种论证模型多数都是由图敏（Toumin）提出的图尔敏论证模式（Toumin’s Argument Pattern，简称 TAP）［6］衍生或修改而来的，具有较高的理论及实践价值。该模式用宣称（claim）、资料（data）、因为（warrants）、由于（backings）、所以（qualifiers）和除非（rebuttals） 来说明论证本质。 “宣称”即主张，“所以”是当宣称正确时将会出现的情况，“因为”是支撑宣称的根据，“由于”是因为的因为，即“因为”成立的证据，而“除非”是对“因为”“由于”或“所以”的反向陈述。

（三）构建论证教学模式

基于TAP理论，并结合三年级儿童的认知发展特点，本研究将论证教学分为三个循序渐渐的阶段，论证教学模式共分为三个时期。

1.论证理论启蒙期

论证作为有较高难度的探究方式，对于三年级的学生具有较高的思维要求，因此研究伊始，笔者利用八周的时间对儿童展开论证启蒙教育，先不讲述TAP中所包含的论证元素，而是以潜移默化的方式让儿童感知这样的对话方式。有学者认为在小学阶段实施论证教学，教师可以通过口语提问的方式来进行，［7］因此，笔者根据TAP中对论证要素的分类以及研究者两年的实际教学实践，将教师引导学生论证的话语进行分类，如表1所示。

表1 TAP模式下的教师话语类别

2.论证行为塑造期

八周的理论启蒙期后，儿童对教师提出的问题形式逐渐熟悉，但根据研究者的教学经验推断，尚有部分学生的语言表达能力有所欠缺，不能自主、连贯、清晰地展开完整的论证环节。因此，本阶段教师将提供TAP论证表格，研究表明该表格不仅有利于培养学生的读写习惯，还具有让推理自动化的效果，可以帮助儿童更好地内化论证的环节和内涵。

3.论证运用期

在理论实施期，儿童将脱离教师提供的脚手架的帮助，而要像科学家一样对教材中的内容进行质疑与批判、讨论与修正，而在这一阶段的教学中，需要遵守的流程及原则如下。

（1） 创设民主式课堂环境，鼓励儿童论证。

（2） 着重反驳式教师言谈，刺激儿童论证。

（3） 激发元认知学习策略，反思儿童论证。

实验证明，经过以上三个层层递进、螺旋上升的论证学习过程后，儿童逐渐内化TAP论证中的各要素，并在摆脱论证表格及教师提示等脚手架后，能将因为、由于、所以和除非融入、运用到自然课堂的各个论证环节中。

（四）论证教学活动举例

西蒙（Simon）等发现，高效的论证教学需包含知道论证的含义、显示立场等八个环节，因此本研究在开展论证教学的三个阶段，笔者分别设计了不同的教学流程，且安排了适当的教学活动。表2显示了“论证运用期”在实验组和对照组开展的教学活动。

表2 实验组和对照组的教学活动

三、儿童科学概念建构水平测验编制

（一）测试工具的开发

1.测试工具的开发

为了真实地测量出开展论证教学对不同组别学生理解科学概念的影响的差异，本研究采用布鲁姆修订版认知分类标准（Revised Bloom’s Taxonomy）［8］作为指导要义（见表3），并将试题按照其意欲考查的认知水平给予评分，认知水平越高分值则越高，如识记为1分、理解为2分，以此类推。同时为了细致地了解儿童在不同认知水平上的科学概念的建构情况，本研究人为地将分值为1—2的测试题定义为低难度水平，3—4为中难度，而5—6则为高难度。

2.试题内容效度

为了保证本测试可以真实地测量出实验组及对照组对科学概念的掌握程度，本研究邀请3名科学教育专业从业人员与研究者共同参与测试卷的编制与评定。力使科学概念的考查及认知水平的分布全面、有所侧重，这一过程在一定程度上保证了本测试的内容效度。

3.试题信度检验的数据收集及分析

信度主要用于测试结果的一致性、稳定性，根据研究者关注点不同可分为内在信度及外在信度，本研究侧重关注前者，即一组问题是否测试同一个概念。基于此，本研究采用Cronbach a来测验信度，一般而言，当0.6≤Cronbach a≤ 0.9时，说明该测试有较高信度。

初测的试题首先面向非研究对象——三年级的其中一个平行班展开测试，利用SPSS.17的“分析”——“度量”命令中的“可靠性分析”对结果进行处理，分析表明，本测试的Cronbach a 的值均大于0.672，则认为本测试题具有较高的信度。

四、研究结果与分析

在长达一年的论证教学中，研究者不仅在研究结束后对不同组别的儿童展开了概念建构水平的测试，更在日常的教学活动中积累了大量的过程性的素材，二者相得益彰、互为表里，从而呈现出更加立体、真实、饱满的研究结论，因此，本研究的结论共分为两类：测试数据分析结论和过程性结论。

（一）测试数据分析结论

1. 论证教学方式可促进学生科学概念的建构

经过对实验组和对照组的总分及各难度水平的总分进行分析发现，实验组与对照组在总分上的确存在差异，即本研究的论证教学方式的确可以促进学生对科学概念的理解，具体的平均分、数据分布及独立样本t检验结果如下。

（1）实验组测试的平均分高于对照组。实验组的平均分为28.76，对照组的平均分为24.03。其中实验组的低难度总分、中难度总分均高于对照组，而低难度总分略低于对照组。

（2）实验组在各个水平上均有一半以上人数得分高于平均值。在将总分及各个难度水平的分数均转化为标准分后，利用SPSS17绘制出箱图（见图1），可以看出实验组总分、低难度总分、中难度总分的中位数均高于平均值，而对照组总分、低难度总分、中难度总分的中位数均低于平均值。且实验组在各个水平上均有一半以上学生的得分高于平均值。

图1 不同组别总分及不同难度类型题目上的Z-分数比较

（3）实验组与对照组的总分存在统计学意义上的差异。将实验组与对照组在总分、低难度总分、中难度总分及高难度总分方面在SPSS.17上进行独立样本t检验，并将α水平设置为0.01，通过表3分析得知，实验组和对照组在总分、低难度总分、中难度总分上均存在差异性，即总分、低难度总分及中难度总分的平均值均高于实验组，但在高难度总分上无差异性。

表3 独立样本t检验

2. 实验组中，论证对科学概念学习的影响无性别差异

实验组的不同性别在总分及其他难度水平总分的平均分均有明显差异，在将两组的总分及其他水平的得分进行独立样本t检验可以发现，男、女在各个难度水平上得分均无差异（见表4）。

（二）过程性结论

1.实验组的论证思维能力高于对照组

在借鉴埃多恩（Erduran）等提出的论证质量评估框架的同时，结合三年级儿童利用TAP模式展开论证的教学实际，根据论证开展的难易程度将学生的论证水平分为五个水平，详细如表5所示。各随机抽取实验组和对照组中的一个班级，并对两个不同课本之外的议题展开论证并书写，其一是社会科学性议题“能否对蔬菜进行基因改造”，其二是科学概念议题“空气是否有重量”。经过卡方检验，两个议题的皮尔森卡方值分别为0.32和0.01，结果表明论证水平与组别存在关系，实验组对不同主题论证水平高于对照组。

表4 试题得分独立样本t检验

2.论证有助于学习共同体的形成

在日常的教学活动中不难发现，“10后”们往往有较强的自我意识，不情愿与他人合作、共进，常囿于自己围城的堡垒或小团体中。本研究中笔者发现，在论证教学中，观点相同、目标一致的儿童往往更容易相互激发，为捍卫“真理”集思广益，提出观点证据或反驳对方，促进思维的激流碰撞及意义分享，并在师生形成的“分布式认知系统”中组建真正的学习共同体。

表5 各论证水平及描述

3.论证模式有较强的外溢性

论证即“辩护与解释”，研究者发现儿童非常乐于将其拓展到日常生活中，无形中将“生活即教育，社会即学校”的教育理念落地生根，同时对培养儿童严密的逻辑思维及推理能力不无裨益。