基于SWH模式的科学论证的核心要义及教学案例

●弭乐 ，朱正芳 ，胡卫芹 ，高立富 ，郭亚新 ，杨强强 ，李欣

在科学教育实践中，科学论证是科学探究的核心，也是课堂中最常见的科学对话行为之一。克朗比在科学史中谈到，“欧洲传统的科学史是视觉和论证的历史”，反映了科学论证的中心地位，它将科学探究的“实践”工作与发展科学概念和理论的“心灵”工作联系起来。科学论证能够引导学生参与认知和元认知过程，帮助学生建模以及发展合作论证的能力。在尝试建构科学论证的过程中，学生不仅能增进对科学概念的理解，还能培养他们开展科学对话的能力，促进参与对环境污染等社会热点问题的讨论，更好地融入社会。因此，在设计课程时，中、美、加、澳等国家或地区科学课程纲领文件中都将 “建构科学论证”作为学生的科学实践的关键要素之一。

一、科学论证的核心要义与实施困境

德瑞弗等定义“科学论证是一个特定社区内的社会协商的迭代过程，通过提出问题、收集资料和证据、构建和批判观点，以达成共识”[1]。根据该定义，科学论证包括两个趋同方面：社会协商和对论证的认知理解。论证是一种涉及知识建构和批判的社会协商活动，采用“协商”一词而不是“互动”或“交流”，强调学校科学论证的目标不仅交流想法并说服他人，而且当学生面对分歧和认知冲突时，共同找出论证的缺陷，最终达成共识。协商是一种互动形式，福特强调，“为了通过社会协商达成共识，论证构建和批判互动至关重要”[2]。科学家构建论证，将其分享给公众评论，以确定其中的不足之处，并进一步强化。因此，批判激发了真实的知识建构，这是对科学实践的独特性和批判性反映。美国K-12科学教育标准重视批判在科学学习中的作用，指出“批判是构建新知识的基本要素，尤其是科学学习的基本要素”。

研究表明，通过批判促进学生参与知识建构并不容易。希梅内斯·阿莱克安德烈等在遗传学单元中评估了中学生的论证，发现他们主要专注于提出观点，而没有必要的证明[3]。萨德勒研究学生在论证过程中遇到的困难，得出：（1）学生通常不使用科学证据来支持他们的理由；（2）学生不能胜任分析和批判论证；（3）学生经常提出不合理的观点，以及很难识别相反的观点[4]。杜施尔等将这些困难归因于对资料、证据、观点和连贯论证缺乏认知理解[5]。也就是说，学生在进行论证时，应该对“什么是高质量的科学论证”有一个深入理解。学生还需要利用这个标准来批判彼此的想法。重要的是，学生需要将论证认知理解作为工具，提出问题、收集资料，将资料转化为支持观点的证据，并公开辩论。

针对上述问题，众学者呼吁论证教学应整合论证的两个方面——社会协商和对论证的认知理解。在此背景下，渗透式论证教学模式被视为是一种有效的干预措施，它体现了“论证是一种探究”的观念。在该模式中，论证作为一种关键手段，学生通过提出问题、收集资料和证据、辩论观点来学习知识，从而参与整个探究过程。

二、基于SWH模式的论证教学模式

渗透式论证教学模式通过探究促进学生参与论证实践，分为两种类型：基于模型的探究和基于论证的探究。基于模型的探究是一种整合建模和论证的渗透式教学方法，如SNP模式（Science Negotiation Pedagogy，简称SNP）；基于论证的探究是论证驱动的渗透式教学方法，如SWH模式（Science Writing Heuristic，简称SWH）[6]。SWH模式旨在通过社会协商培养学生对论证和学科大概念的理解。考虑到该模式的定位完全符合科学实践，似乎是最有希望培养科学素养的论证教学方式。下面重点介绍SWH模式及其应用，为指导教师实施SWH模式，提供了两个模板：教师模板和学生模板，具体如表1所示。

表1 SWH模式（教师和学生）

教师模板由八个阶段组成，当教师在科学课堂上实施基于论证的探究教学时，这些阶段为教学搭建了脚手架。其中协商阶段一和阶段二重点聚焦学生通过社会协商发展口头和书面论证能力。协商阶段一包括学生进行意义协商，以便进行小组探究和观察；鼓励学生在小组中提出观点和证据，以支持对资料的解释。确定小组协商资料含义之后，进入协商阶段二，在该阶段中，他们公开分享小组论证，并接受同伴的批判，以确定论证的弱点。随后，学生有机会在小组中修改和加强论点，并再次向同伴展示，直到达成共识。因此，协商阶段一和阶段二是一个迭代过程，学生通过一系列基于对话和写作的协商活动，加深了对学科大概念的理解。

SWH模式是基于论证的探究，旨在培养学生的科学实践能力，同时加深对学科大概念的理解。知识的建构和批判，无论是公开的还是私下的，都强调论证认知框架，并通过提出问题、收集资料和证据以及支持观点而开展。SWH模式涉及学生使用嵌入式和显性语言任务构建科学知识，在进行探究活动时，强调对话和写作作为认识论工具，要求学生协商论证要素的意义以及确保要素之间的一致性。

三、基于SWH模式的教学案例（以生态系统和人体系统为例）

本研究聚焦两个教学单元：生态系统和人体系统。选择两个不同单元的目的是检验学生在第二单元中是否能够在第一单元中培养的论证技能基础上持续发展。每个单元包含依据科学课标提出的大概念。大概念是在单元开始时提出的一个简化陈述，该陈述涵盖了本单元所有学习内容，用于指导学生的提问、探究和全班讨论，以帮助学生参与科学探究和论证，并深入理解概念。针对生态系统和人体系统，基于SWH模式的课程设计包含了大概念、探究问题、相关核心概念和学习活动，具体如表2所示。

表2 基于SWH模式的课程设计

教师在每个单元开始时都向学生介绍大概念，要求学生参与构建个人或小组概念图，表征他们对给定主题的教学前认识。对概念图的构建和讨论有助于学生阐明对主题的理解，并设计探究问题。随后，教师邀请全班同学对每个小组的问题进行评论，包括这些问题是否可以测试和研究，为什么它们对学习大概念至关重要，以及如何在科学课堂上对它们进行探究。例如，在呼吸系统单元中，学生提出问题：“当一个系统关闭时会发生什么？”“空气如何进入我们的身体？”师生共同对这些研究问题进行评论，讨论它们与大概念的关系。通过讨论，学生一致提出探究问题：呼吸系统如何与其他系统协同工作？

学生一旦达成共识，教师要求学生设计并进行探究。例如，为回答呼吸系统问题，学生决定用塑料瓶、吸管、橡皮筋和气球建立一个模型来模拟呼吸系统的功能。每组都建立一个模型，以最佳方式展示他们认为呼吸系统是如何工作的；收集资料，从中获得证据来回答探究问题；根据证据提出观点；在全班讨论中提出自己的想法。为帮助学生构建小组书面论证，教师提供书面论证格式（表3），其中包含了论证三要素的指导性提示：问题、观点和证据。重点确保每个小组都构建一个书面论证，作为学生开展批判的基础。

表3 小组书面论证格式

SWH模式中的对话和写作部分并没有被视为独立的要素，而作为论证的共同组成部分。在小组活动期间，教师与每个小组一起，倾听学生的想法并提出问题，例如“你能解释一下你的模型是如何工作吗”“你的模型中有什么证据来解释肺和胸部之间的关系”“你为什么认为你的证据支持这个说法”，等等。

当小组向全班展示书面论证时，教师鼓励其他学生对其进行评论。在公开论证之后，每个小组决定如何修改论点以回应同伴的批判，或者是否应再次开展探究以加强论点。最后，在本单元结束时，希望学生深入理解与本单元相关的大概念。

四、小结

SWH模式作为渗透式论证教学法与“生产性学科参与”理念一致，该理念强调掌握基础科学要素（如问题、变量、资料、观点和证据），理解科学家工作的性质以及社会协商的各个方面[7]。SWH模式包括更好的科学实践，学生不需要记忆论证的具体定义，认知负荷较小，能够逐渐培养学生发展更复杂的社会协商实践和对论证的认知理解。