基于“多重论证”的科学实践课堂

翁庆双 曾海辉 贾梦如

摘要： 基于“多重论证”的科学实践教学模型，以“金属的复习”为例，将模型建构、科学推理、科学解释、科学评价（辩论）等科学实践行为引入科学探究，提炼以证据为核心、以探究为载体、以思维为关键、以能力为目标的教学策略，以此消除化学教学中存在的模式化、教条化、机械化的现象。

关键词： 多重论证; 科学实践; 教学模型; 金属的复习

文章编号： 10056629（2022）07003205

中图分类号： G633.8

文献标识码： B

科学探究是化学学科核心素养之一。经过近二十年的教学探索，初中化学中的探究教学相较之前已成熟许多，但同时也出现了一些新问题，主要表现有三个方面： 一是将科学探究僵化为单一步骤集合体，缺乏假说、推测、解释等理论性思考;二是对科学探究的解读陷入“科学方法”的思维定势，弱化科学思维的作用;三是对科学探究理解未能統一，教学实践千差万别[1]。2011年，美国发布《K12年级科学教育框架： 实践、跨学科概念和核心概念》（以下简称“科学教育框架”）中，以“科学实践”取代“科学探究”，提出从科学探究向科学实践的转变。这其中的关键则是引入模型建构、科学推理、科学解释、科学评价（辩论）等在科学教育中很少被足够重视的重要科学实践行为[2]。

科学教育改革将提高学生的科学素养作为目标，即培养学生具备像科学家一样收集资料、分析数据、形成观点并与科学社群进行沟通互动的能力，让学生为他们的想法寻找理由及论据，进而提高逻辑推理和问题解决能力。基于此，本文结合当代相关教育理论，将“科学论证”引入化学教学，建构基于“多重论证”的科学实践模型。

1 基于“多重论证”的科学实践模型概述

从科学探究到科学实践的转变，关键在于科学论证。缺少科学论证的探究就变成了固化的步骤模式。科学论证要求师生基于现象进行推理，基于假设获取证据，基于证据建构模型，基于模型做出解释，并以此寻求探究结果与理论的一致性，此即为科学实践。基于“多重论证”的科学实践模型，即在教学过程中突出科学论证，注重从已有经验、问题情境、科学实验、调查搜证等多方面识别、转换、形成证据，利用证据进行推理解释，在假设与结论之间建立多重逻辑关系，从而解决问题。此学习过程突出证据作用过程，强调科学研究的实践属性。具体实践模型如图1所示。

第一，以证据过程为核心。这里所谓的证据，可以理解为作出判断的理由与依据，既包括用于推理论证过程的信息和数据，也包括获得（形成）证据的过程。证据过程贯穿于整个科学教学，它是一切科学推理与论证的起点。

第二，以科学实践为载体。此处科学实践即为科学探究，就如美国“科学教育框架”中所言，科学实践之于科学探究并非否定取代之意，而是为之正名[3]。科学探究依然是科学研究和学习的重要方式，它包含了真实问题解决的环节、高阶思维应用的情境、关键能力培养的途径。之所以采用科学实践这一提法，意在防止教学中出现过分模式化、教条化与机械化的处理方

式，突出高阶思维、关键能力、态度观念在其中的重要作用与地位。

第三，以科学思维为实质。科学思维是化学学科核心素养的重要组成部分，在科学实践过程中，科学思维是学生从一个探究环节到另一个探究环节所发生的心智过程，如科学推理、科学论证、科学解释、科学建模、模型理解等。科学思维隐含在学习过程之中，却又真实存在。北京师范大学董艳教授认为，“没有科学思维的科学探究只能停留在做做看，做到哪算哪的浅层次”。只有融入科学思维，尤其是高阶思维，科学探究才能真正意义上向科学实践转变。

第四，以论证循环为关键。本模型中的科学论证循环是指从提出假设、确定所需证据、获取处理数据、分析论证，到反驳并修正假设，再次进入论证，如此循环往复的过程。每一次论证循环之中，学习者或是发现假设偏颇予以修正，或是数据偏差予以纠正，或是证据不足予以补充，从而实现对科学论证的逐步优化和完善。该过程包含推理、论证、建模等思维内容，融入大量的元认知、创新性、批判性、决策性等高阶思维过程。

2 基于“多重论证”的科学实践教学策略

将基于“多重论证”的科学实践模型应用于初中化学教学，旨在通过科学论证过程，提升高阶思维，发展关键能力，培养核心素养。本文以“金属的复习”为例对具体做法进行说明。

2.1 基于情境推理，形成初步结论

在“金属的复习”提问环节中，教师设置“探寻眼镜框上的绿色物质”的任务情境，引导学生在活动中获得情境证据，调用原有证据（原有认知），并以此为基础表达心中的疑问，进一步通过分析整合，确立“绿色物质是怎么形成的”为本节课的研究主题。而在建立假设的过程中，让学生搜索原有认知中与“金属锈蚀原理、产物及其性质”有关的信息，并结合之前的情境证据进行推理，从而初步回答提出的问题，建立初步假设。具体过程如图2所示。

此环节中，学生以情境证据为基础进行推理，活动任务情境可活跃课堂氛围，激发学习动机。而推理过程则隐藏在科学实践环节之中，如确立研究问题时，学生要对表达的疑问进行分析回答、筛选整合，利用情境证据和原有证据进行推理。再如建立假设的过程，既是对研究问题的回答，也是一个推理过程，只是推理依据来源于情境证据与原有证据，所得答案是初步假设，仍需进一步论证。以上推理过程都是基于“证据→结论”的正向推理。

2.2 基于证据获取，设计多重论证

基于“多重论证”的科学实践课堂经历多次论证过程，每一次论证过程都围绕证据展开。如基于初步假设的逆向推理可确定进一步论证所需的证据，之后的设计实施方案是为了获取证据。获得证据后的正向推理便可建立证据与结论之间的逻辑关系： 若支持结论则论证成立，否则将反驳并修正假设，最后再次进入逆向推理过程，开始新一轮论证。如此往复，构成了“推理论证循环”。其操作模型如图3所示。

此环节总共经历五次“推理论证循环”，证据获取过程包括科学实验，查阅文献、书籍、网络影像资料，询问求助等多个途径。证据内容包含铜生锈的现象、铜锈的化学成分、古法炼铜原理、置换法提取铜、还原法提取铜等五个方面。由于单次论证过程均无法完全

支持结论，其中“论证二”甚至反驳假设，但所有五次论证循环综合分析，却大大增加了结论的可靠性，使假设更加接近真相。

值得一提的是，整个“推理论证循环”中的思维过

程有逆向推理（由结论到证据）、证据获取（方案设计与实施）和正向推理（由证据到结论）等。学生所采用的学习方式有独立思考、合作讨论、说理解释、辩论反驳、交流评价等，所有这些共同构成了科学论证的过程。因此，此环节对提升学生表达与交流、信息获取与加工、评价与反思等学科能力，培养元认知、创造性、批判性、决策性等思维能力有至关重要的作用。这正是科学探究向科学实践转化的关键。

2.3 基于科学解释，优化科学模型

在“推理论证循环”环节，学生获得了包括情境证据、原有证据、获取的证据在内的证据群，初步完成了证据与假设之间的逻辑链接。对假设的支持、反驳或修正都是基于个别证据的论证。要完全解决问题，则需要对证据群进行分析整理，寻找建立“证据与证据”、“证据、结论与问题”之间的逻辑关系，需要涉及科学推理、科学建模和科学解释的过程。其过程如图4所示。

此过程中学生通过科学推理对证据群进行综合分析。首先，情境证据、原有证据及证据2在推理和反驳修正的基础上共同建构了生成绿色物质的反应物模型;证据1与证据3确认了假设成立的可能性;证据3为证据5的获取打开了思路;证据4与证据5则是直接从绿色物质中提取出了金属铜，为假设的成立提供了有力的支持。其次，基于证据群提取并建构了问题解决模型，包括生成绿色物质的化学反应原理、反应物的来源及生活应用。其三，利用模型对现象进行解释，获得科学模型与现象之间的一致性、合理性和逻辑性。最终问题得以解决。

3 基于“多重论证”的科学实践模型的应用价值

3.1 促进科学探究向科学实践转变

基于“多重论证”的科学实践课堂，以证据要素为基础，始于真实情境中的问题提出，终于科学探究后的问题解决。而这两者之间包含了科学推理、模型建构、模型理解、科学解释、科学论证的思维过程;同时也有科学实验、调查研究、资料查阅、询问求助等研究方法;还有合作、讨论、评价、辩论、说服、反驳等实践行为。所有这些加深了学习者的研究层次，突出了学习过程的实践属性，加强了科学探究的灵活性，促进了科学探究向科学实践的转变。

3.2 促进浅层认知向深度学习转变

基于“多重论证”的科学实践课堂，拥有生活化的问题情境（眼镜框上的绿色物质）、统领性的学习主题（绿色物質如何形成）、挑战性的学习任务（寻找证据解决问题）、合作交流的学习方式（科学实践过程）、持续性的学习评价（对假设、方案、证据过程的讨论与反思）。作为学习主体的学生身历其境，获得内在的学习动机，主动进行知识建构，运用创造性、批判性、决策性的高阶思维，实践元认知及建模迁移的学习过程。学生的学习层次由表面浅层转向内涵深层次。

3.3 促进低阶思维向高阶思维转变

基于“多重论证”的科学实践教学引入的是科学论证过程，而科学论证的推进需要科学推理、科学建模、科学解释的参与。相较讲授式课堂，学生由记忆、理解、应用等低阶思维的运用，向分析、评价、创造等高阶思维活动转变，有利于学生关键能力的提升。

3.4 促进知识传授向素养提升转变

以知识立意的课堂教学已不能满足现阶段对人才培养的要求，只有从素养立意出发，才能培养出适应新时代的人才。初中化学课程核心素养已经发布，包括

化学观念、科学思维、探究实践、科学态度与责任四个方面。其中探究实践是其他几个素养要素培养的载体，而核心素养的培养效果则取决于科学探究向科学实践转化的程度。基于“多重论证”的科学实践课堂，从核心素养导向的教学目标出发，在科学教学中引入“多重论证”过程，从本质上实现从科学探究到科学实践的转变。其中“多重论证”过程，则是建立在科学推理、科学建模、科学解释等多种科学思维的基础之上。它建立了化学学科核心素养各要素之间的联系，提供了核心素养真正落地的途径。

4 基于“证据推理”的科学教学反思

在教学实践中发现，基于“多重论证”的科学实践课堂中，多重论证环节的设计是难点和关键。它直接影响学生的学习参与度、思维有效度、能力提升度、情感内化度和目标达成度。这就要求一线教师不但要理清证据之间的关系、论证循环的顺序、论证形式的安排，还要做好学生学习的指导者、帮助者和倾听者，营造和谐宽松的学习环境，力求取得更好的教学效果。因而教师扎实的教学功底和先进的教学理念就显得难能可贵了。

参考文献：

[1]唐小为， 丁邦平. “科学探究”缘何变身“科学实践”——解读美国科学教育框架理念的首位关键词之变[J]. 教育研究， 2012， （11）： 141～145.

[2]王威， 刘恩山. 美国科学教育框架设计理念的发展动态[J]. 外国教育研究， 2012， （8）： 70～75.

[3]黄恭福. 科学实践：“科学探究与创新意识”核心素养的意蕴[J]. 化学教学， 2020， （10）： 3～13.