高中物理教科书中的科学论证体现研究——以人教版必修第一册教科书为例

邹 祎，付雨晴，康世举，王晶莹

1.辽宁师范大学物理与电子技术学院，辽宁 大连 116029

2.六盘水师范学院物理与电气工程学院，贵州 六盘水 553004

3.青岛大学师范学院，山东 青岛 266071

1 前言

目前，国内外对科学论证的重视程度都很高，美国2011年发布的《K-12年级科学教育框架》，将论证的建构和批判作为科学实践的核心要素[1]。我国的《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》，将科学论证归为科学思维核心素养的重要组成部分[2]。但国内有关科学论证的相关研究大多集中于学生科学论证能力的测评、科学论证教学实施策略等方面，很少对教科书中的科学论证体现进行分析和研究。所以，本文拟从该角度入手，对人教版必修第一册高中物理教科书进行深入分析，以补充、完善相关研究。

2 科学论证的教科书分析框架

目前已有的关于科学论证的分析大多是针对学生的科学论证能力，在分析教科书中的科学论证体现时，大部分框架都不太适用，所以本研究拟在前人相关研究的基础上制定一个适用于分析高中物理教科书的科学论证指标体系和教科书分析框架。

2.1 科学论证的指标体系

结合目前应用比较广泛的图尔敏论证模式[3]、CER 论证模式[4]以及 Nagashima[5]、Ryu[6]等人建立的科学论证评价框架，本研究提取出概念、规则、证据、主张、推理、因果、论点、论辩8个科学论证的组成要素。根据各要素在科学论证中起到的作用，将其划分到四个一级指标之下。第一个一级指标是“科学论证的基础”，其下有“概念”“规则”两个要素；第二个一级指标是“科学论证的条件”，其下有“证据”“主张”两个要素；第三个一级指标是“科学论证的过程”，其下有“推理”“因果”两个要素；第四个一级指标是“科学论证的核心”，其下有“论点”“论辩”两个要素。此外，李小涵在评价学生科学论证能力时，从两个维度对主张、证据等要素作出评价[7]。本研究也参照其做法，从两个角度对每个要素作出评价，以更全面地对各要素作出评价，所以建立起相应的16个二级指标，分别是概念的复杂性、概念的情境性、规则的充分性、规则的有效性、证据的复杂性、证据的情境性、主张的充分性、主张的有效性、推理的复杂性、推理的情境性、因果的充分性、因果的有效性、论点的复杂性、论点的情境性、论辩的充分性、论辩的有效性。

2.2 分析框架

通过观察教科书编写特点，学习内容分析的基本方法，本研究拟从所占篇幅、出现频次、描述水平三个维度对科学论证各指标的呈现进行深入分析。与科学论证的指标体系综合起来得到如表1所示的二维分析框架。

表1 科学论证的二维分析框架

2.3 具体操作流程

应用框架进行实际分析时，在内容水平部分对出现频次进行次数统计，对所占篇幅和描述水平进行五级水平评定。在所占篇幅维度，本研究根据各指标篇幅的分布，规定0～50字为水平I，51～100 字为水平 II，101～150 字为水平 III，151～200字为水平IV，200字以上为水平V。描述水平评定标准的制定立足于物理学科与生活实际密切联系的特性，不仅考虑指标呈现的由简到繁、由孤立到相互联系，还考虑其与情境、生活实际的联系情况。此外，结合布鲁姆认知过程理论，在较高水平上，对应用、创新提出一定的要求，得到如表2所示的评定标准。

表2 二级指标的描述水平的评定标准

在实际操作时，按照人教版必修第一册高中物理教科书的栏目以及小标题，将每节课划分成若干个单元，将各单元的数据汇总，得到整本书的数据。在对两级指标整体呈现进行分析时，为便于将各维度数据放到一个图中进行分析，将三个维度汇总的各指标数据除以一个值，使所有数据都在0～5之间。

3 教科书中科学论证的两级指标分析

3.1 教科书中科学论证二级指标的呈现分析

如图1所示，所占篇幅和描述水平部分的数据要高于出现频次，但这是统计方式引起的，并无特殊含义。下面对二级指标在各维度的呈现情况进行分析。

图1 科学论证二级指标在教科书中的呈现

在所占篇幅维度，前8个二级指标的值都要明显高于后8个二级指标。前8个二级指标中，概念的复杂性指标的篇幅最多，之后依次是概念的情境性、证据的复杂性、证据的情境性、主张的有效性、规则的有效性、主张的充分性，最后是规则的充分性。在后8个二级指标中，推理的情境性指标的篇幅最多，之后依次是推理的复杂性、论辩的充分性和论辩的有效性、论点的情境性、因果的有效性、因果的充分性，最后是论点的复杂性。

在出现频次维度，前8个二级指标的值都要明显高于后8个二级指标。前8个二级指标中，概念的复杂性指标的出现频次最多，之后依次是证据的复杂性、主张的充分性和主张的有效性、概念的情境性和证据的情境性，最后是规则的充分性和规则的有效性。后8个二级指标中，论点的复杂性指标的出现频次最多，推理、论辩对应的指标以及论点的情境性指标紧随其后，因果对应的指标的出现频次相对较少。

在描述水平维度，前8个二级指标的值都要明显高于后8个二级指标。前8个二级指标中，概念的复杂性指标的描述水平最高，之后依次是概念的情境性、证据的情境性、证据的复杂性、主张的有效性、主张的充分性、规则的有效性，最后是规则的充分性。在后8个二级指标中，推理的复杂性和论点的复杂性指标的描述水平最高，论点的情境性和推理的情境性指标的描述水平较高，之后依次是论点的情境性、推理的情境性、论辩的有效性、因果的有效性、论辩的充分性，最后是因果的充分性。

3.2 教科书中科学论证一级指标的呈现分析

如图2所示，在所占篇幅维度，科学论证的基础指标的篇幅最多，其次是科学论证的条件，接着是科学论证的过程，最后是科学论证的核心。在出现频次维度，科学论证的条件指标的出现频次最高，其次是科学论证的基础，接着是科学论证的核心，最后是科学论证的过程。在描述水平维度，科学论证的条件指标的描述水平最高，其次是科学论证的基础，然后是科学论证的核心，最后是科学论证的过程。在各维度上，前两个指标的值都要明显高于后两个指标。

图2 科学论证一级指标在教科书中的呈现

4 结论

在人教版必修第一册高中物理教科书中，科学论证的基础和科学论证的条件及其对应的二级指标在各维度都要明显高于科学论证的过程和科学论证的核心。规则的充分性指标所占篇幅是前8个二级指标中最少的，论点的复杂性指标所占篇幅是后8个二级指标中最少的。规则对应指标的出现频次是前8个二级指标中最少的，因果对应指标的出现频次是后8个二级指标中最少的。规则的充分性指标的描述水平是前8个二级指标中最低的，因果的充分性指标的描述水平是后8个二级指标中最低的。

基于以上结论，本研究认为人教版高中物理教科书对科学论证的基础和科学论证的条件及其对应的二级指标的表述上比较完善，但也要适当加强对规则对应指标的表述。要提高对科学论证的过程和科学论证的核心及其对应二级指标的关注度，尤其是因果对应的指标，要增加对其表述的频次、篇幅和水平，以便教师和学生从思维层面上深入地了解科学论证的实质。此外，教师在应用教科书培养学生的科学论证能力时，也要对科学论证的过程和科学论证的核心部分的内容进行补充完善。