依托学生活动手册 培养小学生科学论证能力

【摘   要】科学论证能力是小学科学学科核心素养的重要组成部分，包括提出主张的能力、获取证据的能力、推理证明主张的能力和合理质疑的能力。学生活动手册是培养学生科学论证能力的重要工具，为学生的科学论证提供活动支架与思维支架。在小学科学学习中，学生可依托活动手册，“聚焦问题，作出假设，发展提出主张的能力；探索活动，记录信息，培养获取证据的能力；得出结论，作出推理，提升证明主张的能力；研讨交流，评价反思，发展合理质疑的能力”，最终形成良好的科学论证能力。

【关键词】分层探究；科学论证；推理；教学策略

《义务教育科学课程标准（2022年版）》强调，作为核心素养重要组成部分的科学思维主要包括模型建构、推理论证、创新思维等。科学论证活动指的是基于证据和逻辑，运用多种科学思维，构建证据与解释之间的关系并提出合理见解。

科学论证能力是科学素养的重要体现。然而，当前的科学论证教育中仍存在两大问题：一是论证缺位，教师的教学直奔结论，忽视了从现象到结论的科学论证环节；二是支架缺失，平时作业偏重于实验现象和实验发现，缺少科学论证活动的思维支架。因此，教师应构建科学论证框架，为学生搭建科学论证的思维支架，在课堂教学中采用多种策略，促进学生科学论证能力的发展。

一、科学论证框架是培养科学论证能力的目标指向

在小学科学教学中，将科学论证能力进行解构细分，有助于教师从细处入手培养学生的科学论证能力。小学生的科学论证能力包括提出主张的能力、获取证据的能力、推理证明主张的能力以及合理质疑的能力（如图1）。这四种能力的建设围绕科學论证活动展开，构成一个有机的整体。其中，对证据、主张和推理过程的合理质疑与批判性思考，使得科学论证活动更为严谨，能够促进学生科学论证能力的发展。

二、学生活动手册是培养科学论证能力的重要工具

学生活动手册是科学教材的重要组成部分。强调科学论证能力的活动手册，其设计应聚焦核心概念，体现科学探索过程，凸显科学论证过程，为学生的论证活动提供活动支架和思维支架，保证科学论证活动贯穿课堂始终。

如图2，强调科学论证能力的活动手册各部分指向不同能力的培养。聚焦问题指向提出主张，探索活动指向获取可靠、系统的证据，得出结论强调运用证据证明主张，小组和全班的研讨交流指向合理质疑。可见，学生活动手册是培养学生科学论证能力的重要工具。

三、多种教学策略是培养科学论证能力的有力保障

如图3，教师在进行论证教学时，可以活动手册为依托，根据探究活动和科学论证的四个要素，运用多种教学策略进行教学。

（一）聚焦问题，作出假设，发展提出主张的能力

一个好的科学问题能推动科学研究，使科学问题与科学主张相互关联。教师通过创设真实的问题情境，使学生聚焦问题，提出主张。具体而言，在编制活动手册时，要先通过“任务+问题”的方式，提高学生的问题意识。明确问题后，再设置“我的猜想”“我的观点”“我的假设”等环节，推动学生提出主张。

提出主张是论证活动的开始。学生围绕着自己的主张收集资料，运用思维作出推理与分析，探索活动由此开始。提出主张的能力不是与生俱来的，需要在科学学习中不断训练。如图4，学生使用活动手册时，根据问题情境和学习经历，形成了多种提出主张的途径。

在以往的生活和学习中，学生已累积了许多生活经验和科学前概念。这些经验和前概念是科学学习的基石，对科学概念的形成具有至关重要的作用。比如，对于声音是怎么产生的这一问题，学生在生活中看到过各种各样的发声现象，他们观察到的这些现象将直接影响他们对概念的学习和理解。学生基于现象提出主张，充分展现了他们的原有概念，这有助于科学概念的转化与重构。

（二）探索活动，记录信息，培养获取证据的能力

自然科学是讲究实证的，实验研究是自然科学的根本所在。在科学观察、实验中获取科学事实和信息，以此为证据证明主张，是科学课的重要特性。观察是任何科学的基础，是描述世界和解释世界的重要途径。教师要让学生把观察到的事实作为描述世界和解释世界的证据，而不是停留在为观察而观察的层面。在实验中，教师也要让学生真实记录数据，不做随意的修改。

获取证据的策略包括搭建活动支架有效搜集证据、精选形式有效记录证据和多种渠道有效整合证据三种。

1.搭建活动支架有效搜集证据

如图5，证明主张需要获得证据的支持。为推动学生开展探索活动，教师要在活动手册中设置活动支架，指导学生规范有序地开展探索活动，以提高证据的准确性。同时设置记录表，让学生客观公正地记录观察到的现象和实验数据，及时搜集证据。此外，教师还要提醒学生合理分工，让人人都参与实验，确保所有学生都能获得证据。

2.精选形式有效记录证据

在科学研究中，证据是多种多样的，可以是实物、图片、视频、文字等各种形式。教师要指导学生根据探索的主题和学习内容，精选、优化证据记录的形式，以达到有效记录证据的目的，并为整理证据做准备。

常用的证据形式有四种。一是表格式，即采用表格记录实验数据，作为实验分析时的证据。二是文字记录式，即用文字表述的方式记录事实和信息。三是统计图表式，主要采用柱状图来整理数据，并以此作为证据。四是示意图式，比如“自然界的风是怎样形成的”这一模拟实验，即采用示意图的方式将观察到的现象记录下来，作为研究风成因的证据。

3.多种渠道有效整合证据

在科学探索活动中，让学生收集证据有助于发展其实证意识。教师需综合考虑教学内容、学习材料特点、学生的认知水平等多个方面，整合收集到的证据。证据的整合一般要符合下面几个要求：一是媒体合力，便于表述；二是面向全体，呈现清晰；三是系统整理，比较质疑。在科学课堂中有多种展示证据的方式：用黑板展示电路连接图和昼夜交替示意图；用图表展示横梁抗弯曲性能统计图；利用各种实物展示自己成长的证据；在实物展示台上展示各种活动记录……最终，各组的证据都将汇总在课件或表格中进行呈现。

（三）得出结论，作出推理，提升证明主张的能力

论证的过程就是运用某些推理形式来证明观点或主张的过程。科学教学中常用的推理类型有归纳推理和演绎推理。其中，归纳推理是根据个别事件具有或不具有某种特定性质，推理这类事件所有对象都具有或都不具有该性质。广义的归纳推理还包括类比推理、因果推理等。小学科学课中，地球与宇宙科学领域的很多概念和规律都是通过类比推理进行教学的。而许多对比实验则运用了因果推理的方法进行研究，包括求同法、求异法、求同差异法、剩余法和共变法。

教师可以通过在活动单中编写如下语句，鼓励学生构建现象、数据与结论的联系，运用论证回应主张。比如：“你观察到了什么现象？这说明了什么？”“你这样说的证据是什么？”“分析各小组的数据，你可以得出什么结论？”具体来说，论证主张主要有以下几种策略。

1.交叉印证支持结论。在个体论证的基础上，教师应组织学生开展集体论证。教师应鼓励学生比较、分析不同证据，并排除异常现象和数据，然后整合证据，形成系统化的证据链，在交叉印证中得出更为可靠的科学结论，体现科学的可重复性。

2.得出合乎逻辑的结论。比如，在研究“哪些物体具有导电性”时，学生发现钢尺、铜钥匙、铝片、金银首饰具有导电性，但由于这一研究过程运用了枚举法，并没有包含所有金属，所以不能进行全称概括。因此，合乎逻辑的结论应为“很多金属都具有导电性”。

3.缜密推理论证主张。比如，学生借助活动手册，对“电能从哪里来”进行分层进阶式的推理论证。具体论证过程如下：①因为线圈接通电流可以使磁针发生偏转；②现在观察到，转动小电动机，磁针发生了偏转；③说明产生了电；④这个电是由转动小电动机产生的；⑤所以，转动小电动机产生了电流。在论证过程中，只有将①和②结合起来，才能支持③，由此推及④，最后才能得到结论⑤。

4.多种推理论证主张。如图6，教学《电和磁》一课时，学生提出问题为何通电导线能使指南针发生转动”，并提出了三种主张。为论证这三种主张，学生开展了多次探索。探索活动①：证明导线不能使磁针发生偏转，从而否证了导线使磁针发生偏转的主张。探索活动②：加大电流能使磁针偏转的角度增大，既支持电流使磁针偏转的主张，又支持电产生磁的主张。探索活动③：当电流大小不变时，把电流方向相同和电流方向相反的两条通电导线并置于磁针上方，能观察到电流方向相同时，磁针偏转的角度增大，电流方向相反时，磁针没有发生偏转，由此否证了电流能使磁针偏转的主张。探索活动④：采用线圈能使磁针偏转角度增大，进一步证实了电产生磁的主张。纵观整个探索过程，学生不断寻找证据推理不同的可能，既有证实又有证伪，既体现了论证方法的使用，又反映了概念的生成过程。

（四）研讨交流，评价反思，发展合理质疑的能力

学生的论证活动亦是一个批判的过程。在科学概念的形成过程中，學生经常面临认知问题和逻辑错误。而合理的质疑与评判，能帮助学生建立逻辑清晰、结构严密的科学论证系统。在论证活动中，学生质疑的内容包括观点是否清晰、证据是否充分和推理是否合理。

1.观点是否清晰。科学论证活动要对研讨的问题有一个清晰的观点。观点不明，论证活动就缺少具体目标的指引，学生就找不到研究的方向。因此，教师要在活动手册中明确提出：“你的观点是什么？你同意其他同学的观点吗？为什么？”

比如《温度不同的物体互相接触》一课中，对于“热水如何使冷水变热”的问题，学生1认为，热水将温度传给了冷水，冷水就变热了。学生2认为，冷水吸收了热水的热量，所以冷水的温度上升了。这时，笔者提出问题：“刚才两个同学，一个讲温度，一个讲热量，你们同意谁的观点？为什么？”这样，讨论活动就有了明确的观点指向。

2.证据是否充分。科学论证活动十分强调证据的收集过程，以及证据对结论的支持程度。但在现实中，教师的教学还面临许多的问题。如教学情况复杂、时间不足、实验数据与预设不一致、学生篡改数据以符合全班的数据等。这些都为学生认识科学本质、形成良好的科学态度以及建立科学概念带来了极大的阻碍。所以，教师在设计活动手册时，需提出“我的证据能支持自己的观点吗？其他小组的证据是什么？其他小组的证据能支持我的观点吗？”等问题，指导学生关注更多的证据，并评估证据是否充分。

在进行个体论证时，学生要寻找依据来支持观点，但由于他们“盲目坚信”原始主张，他们常常忽视反常资料。比如在“分离食盐和水”时，学生观察到食盐水加热蒸发后，蒸发皿中得到的物质是粉末状的白色颗粒物。虽然这些物质与日常生活中所见到的食盐颗粒有着明显的不同，但学生都想当然地认为，这种粉末状的白色颗粒物就是食盐。他们不能运用实验中得到的现象作出客观分析。因此在教学时，笔者提出两个问题：“分离后出现的物质与实验前的食盐相同吗？”“你判断它是食盐的证据是什么？”由此引导学生关注证据是否充分合理。

在进行集体论证时，学生往往只关注自己的证据，而无法对全部证据进行通盘考虑。因此，教师要引导学生在活动手册中收集全班的证据，思考这些证据是否合理、所有的证据是否都支持观点，从而认识到科学研究具有可重复性的本质。教师还要引导学生特别关注异常数据和现象，分析实验方法和过程是否合理，帮助学生剔除错误数据，确保证据合理无误。

3.推理是否合理。论证过程的逻辑是否清楚、是否存在谬误，会影响学生论证的水平。比如：“如果产生的气体是二氧化碳，那么把燃着的木条伸入集气瓶中，木条会立即熄灭。现在观察到燃烧的木条伸入集气瓶后迅速熄灭，所以瓶中气体必然为二氧化碳。”在这一推理过程中，学生出现了肯定后件的逻辑错误。因此，教师应在课堂教学中提供多种气体资料，让学生在比较分析的基础上，用举反例的方法作出否证，从而认识到推理中的逻辑错误。

综上所述，在科学学习中，学生可依托活动手册，获得提出主张的能力、获取证据的能力、推理证明主张的能力和合理质疑的能力。教师在教学时，要善用整体策划，助推学生科学论证能力的发展，并根据课程标准不同学段的目标，紧密结合教学内容和学生实际，正确把握论证教学的切入点，促使学生的论证能力沿着一定的路径不断进阶。

参考文献：

［1］朱潮海.漫谈科学课的论证教学［M］.北京：团结出版社，2019.

［2］中华人民共和国教育部.义务教育科学课程标准（2022年版）［M］.北京：北京师范大学出版社，2022.

*本文系浙江省2022年度教育科学规划一般课题“依托分层探究活动手册培养小学生科学论证能力的实践与研究”（课题编号：2022SC072）的研究成果。