基于实验探究和科学论证的化学辩论式教学

魏崇启 凌一洲

摘要： 实验探究和科学论证是化学教育中彼此沟通与转化的重要目标，但是在现阶段，论证在国内化学教学中严重缺失，且论证与探究相割裂。基于探究和论证的辩论式教学是以学生为主体，由学生小组从探究实验中获得证据，使用论证的方法，围绕特定辩题展开辩驳、问难、磋商，主动获取知识的教学模式。这样的辩论式教学能够同步发展学生的探究和论证能力，促进知识的迁移应用，激发批判性思维。设计公平开放且有目的性的辩题、应用图尔敏论证模型、提供辩论结构图等策略可以支持学生辩论的有效实施。

关键词： 辩论式教学； 化学辩论； 实验探究； 科学论证

文章编号： 1005-6629（2023）03-0055-06

中图分类号： G633.8

文献标识码： B

1  化学辩论式教学的目的

实验探究和科学论证都是化学教育的重要育人目标。实验探究是高中化学课程标准认定的核心素养，其重要性已经被广泛讨论。科学论证是指个体或团体围绕自然科学内容，基于证据和理由建构主张，利用反驳、劝说等形式向他人辩护自己的主张的合理性实践［1］。科学论证是科学家工作的重要形式，因此被认为是学生重要的科学素养，有必要融入科学教育中，受到了国际科学教育研究者的密切关注［2］。

看似自由的探究能否与严谨的论证相融合？宋歌和王祖浩结合国际科学教育实践转向的背景，强调了论证与探究的相互关系［3］。张留华梳理了罗素、杜威和图尔敏的教育思想，认为“教人论证”与“教人探究”是可以彼此沟通与转化的教育目标，论证者要从生动的经验中发现问题并在开放的经验中探索问题解决之道［4］。Grooms等提出了适用于实验探究教学的论证驱动探究（ArgumentDriven Inquiry， ADI）模式［5］。本研究的目的正是促進学生实验探究与科学论证能力的相辅相成、协调发展。

2  化学辩论式教学的提出背景

目前，国内化学教育界已经对实验探究展开深入研究和实践，但对科学论证的研究主要集中于理论探讨和国外成果引荐层面，鲜有本土化实践。论证在化学课堂上严重缺失，已有的一些论证教学实践也缺少与实验探究的融合。具体如下：

（1） 强调探究但忽视论证，将探究结果的简单归纳视为真理。探究教学弥补了直接把知识作为真理讲授给学生的弊端，通过实验探究出结果，从而让学生获得知识。但是，论证的缺失使学生直接把探究结果（如实验现象）归纳出的结论（如某个定律）奉为真理，这是一种误解。从论证模型看，探究结果只能作为事实证据，还需要与理由、支援、限定等其他要素组合后才能有力地支持主张。从科学史看，科学家个体的探究结论并不一定被科学共同体接受，相反，科学家之间存在许多分歧和争论，需要在探究结果的基础上有理有据地说服他人。最后，从科学本质看，科学知识具有暂定性，探究结论只能趋向于真理，而不能到达真理。

（2） 强调论证但忽视探究，证据源于给定资料而不是探究所得。国内的化学论证教学实践尚且不多，已有的论证教学课例非常关注论证与表达，但其证据来源鲜有探究所得。例如，围绕“是否建设一座硫酸厂”展开的课堂论证，其证据主要来源于生活经验和教师给出的资料［6］。又如，围绕“重雾霾天气‘汽车限行’是否合理”展开的课堂论证，其证据主要来源于教师演示实验和给定资料［7］。但是，化学是一门以实验为基础的学科，化学家在论证时，证据通常来源于实验探究。同时，张留华强调了探究在论证中的重要性——防止或纠正教师和学生把论证狭隘地理解为文本游戏或语言诡辩［8］。因此，尽管用教师给定的资料也可以推动课堂论证的发生，但基于探究的论证仍然有独特的价值。

（3） 论证时缺少批判性思维，鲜有反驳的声音和说服的过程。科学史中曾经出现过大量针锋相对的观点和主张（如光波说与粒子说等），科学家在争论的过程中，有理有据地批驳不同观点的理由或证据，逐渐化解错误，说服对方，达成共识。但是，目前化学课堂的论证常常只有一种声音，学生倾向于直接接受教师或学生发言者的论证，鲜有批判性反驳，更没有像科学史中磋商、说服的过程。

基于上述现状，本文从实践的角度介绍化学辩论式教学，期望对我国化学课堂实施实验探究与论证整合的教学提供借鉴。

3  化学辩论式教学的内涵

“论证”和“辩论”在英文中来源于同一个词——argumentation，这一英文概念既可以指“包含观点、论据和论证的推理产物”，也可指“建构和运用这种推理产物解决争端的社会互动过程”［9］，唐小为等建议前者译为“论证”，后者译为“辩论”［10］。

“辩论式教学”是以学生为主体，由学生小组使用论证的方法，围绕特定辩题展开辩驳、问难、磋商，主动获取知识的教学模式。与国内更常见的一般的论证教学相比［11］，辩论式教学同样需要学生展开论证，但在此基础上还需要学生小组（正反方）之间的磋商、互动和说服——模拟了科学史中科学家的争论过程，为反驳和回应提供了机会。因此，辩论式教学更有利于培养学生的科学本质观和批判性思维，也更容易推动论证走向深入和严密。

“化学辩论式教学”指出了辩论式教学与化学的关系，或以化学场景为情境，或以化学问题为辩题，或需要用化学方法解决问题等。这样，在化学辩论式教学的过程中，学生不仅能发展探究能力和论证能力，还能够促进对化学知识的理解、迁移和应用。

“基于探究和论证的辩论式教学”不仅强调了学生的辩论需要以论证的方式（而不是毫无根据或缺乏逻辑的，更不能演化为人身攻击），还要求学生通过实验探究得到事实，为自己的辩论陈述提供有力证据。

4  化学辩论式教学的活动流程

图1展示了化学辩论的基本流程，其中，单轮辩论的反驳和回应可循环多次，第3轮辩论之后也可以有更多轮辩论。

（1） 辩论前准备。辩论前，教师发布辩题，学生根据自己对辩题的判断，自行选择正反方，然后组成正方小组和反方小组。每组人数可多可少，且两组人数不要求均衡——就像科学争论的两方不一定势均力敌，且真理未必掌握在多数人手中。

（2） 学生实验探究。2个小组分别开展实验探究，为即将开始的口头争辩收集尽可能多的实验证据，以支持自己的主张。

（3） A方陈述。A方陈述自己的主张，交代正当理由，并摆出探究实验结果作为证据。

（4） B方反驳。B方听完A方的陈述后，针对A方的理由和证据展开反驳。

（5） A方回应。A方听完B方的反驳后，需要完善自己的陈述，如添加限定，补充支援，修改理由、证据，以此来回应B方的反驳。

（6） 单轮辩论的循环。第（3）～（5）步可循环若干次，直到B方再无反驳或A方无法回应。

（7） 教师点评。如果一方的陈述有明显科学错误，但另一方始终没有发现和反驳，则由教师点评，提出反驳。

（8） 更多轮辩论的循环。单轮辩论结束后，学生可再次进行实验探究，并进入下一轮辩论，即重复第（2）～（7）步。

5  化学辩论式教学的实施策略

5.1  设计公平开放且有目的性的辩题

辩题的设计是确保辩论教学顺利进行和教育目标落实的关键环节。良好的辩题应具有公平性、开放性和有目的性特征，具体如下：

（1） 公平性，即辩题应让学生感到“两难”，这样正方和反方才能公平地展开争论。一些议题已经达成了社会共识（例如“吸烟是否有害健康”）则不适合作为辩题，否则辩论将明显偏向一方。

（2） 开放性，即辩题应该能够引发争议。尽管常规的探究问题也具有一定的开放性，但这种开放性往往是探究方法的开放，得到的结论可能还是固定的，这样的探究问题不适合作为辩题。例如“温度能否影响化学平衡？”和“钠能否从盐溶液中置换出不活泼金属？”，这些问题可以用不同的实验方法展开探究，但结论是封闭的，不适合展开辩论。为了使辩题具有开放性，可以避免纯科学性问题，而是选用具有一定社会性的更加复杂的议题，如“染发烫发安全吗？”和“在某地建一座化工厂合适吗？”等。

（3） 有目的性，即辩题是为了引发学生的化学思维和实践。化学课堂辩论的任务是落实化学的育人目标，因此教师在设计辩题时应有目的地、有指向性地关联化学知识、技能和方法，引导学生从化学的视角分析辩题，应用已学化学知识展开探究和论证。

5.2  应用图尔敏论证模型改善论证质量

图尔敏论证模型（见图2）是国内外广受欢迎的论证模式，本研究将其应用于指导学生考虑齐全的论证要素［12］。其最基本的三要素包括主张、证据和理由：主张是需要论证的观点或结论，辩论者需要首先提出明确的主张；证据是事实或资料，尽管辩论者可以采用生活经验、媒体报道或文献等作为证据，但本研究更提倡辩论者通过自己的实验探究获得一手数据，作为更有力的证据；理由是一般性的正当理由，通常是共识性的大前提。

图尔敏论证模型的扩展模式还可以包括反驳、支援和限定：反驳是阻止从证据或理由得出主张的因素，它可以由对方辩手提出，作为对论证的质疑和批评；也可以自己主动提出（例如“有人可能会反驳……，但是……”），用于增加论证的严密性；支援是对理由的支援性陈述；限定是对在多大程度上能得出主张，例如结论是一定成立还是可能成立，或是在某些条件下成立。

5.3  提供辩论结构图作为学习支架

对中学生而言，论证是具有挑战性的高阶思维活动，在辩论时他们可能面临不知从何处下手的困境。因此，本研究设计了辩论结构图（见图3），作为提示性的学习支架，帮助和引导学生顺利完成论证。在每一轮辩论中，首先发言的一方（记为A方）需要陈述主张、交代理由和提供实验证据，随后另一方（记为B方）可以针对理由和证据进行反驳，接着A方需要通过添加支援、完善理由、添加限定的方式回应针对理由的反驳，或通过添加限定、补充證据的方式回应针对证据的反驳。这个过程还可能会循环往复多次。辩论结构图为学生提供了思考的方向和角度，提示学生“可以说些什么”以及“如何表达自己的想法”，避免了学生拿到辩题后不知所措、哑口无言的情况。

6  化学辩论式教学的案例

本文以面向江苏省某中学高二学生开展的“生活中是否需要使用滤水器”作为案例，介绍化学辩论式教学的过程。这场辩论基于真实生活情境：市售滤水器的广告声称可以有效滤除余氯、农药残留、重金属等有害物质，使用方法是把自来水倒入滤水器的一个腔室，水经过滤网过滤后到达另一个腔室，然后仍需倒入电水壶煮沸，方可饮用。在这样的背景下，教师发布辩题：“生活中是否需要使用滤水器？”，为学生提供滤水器实物，允许学生使用实验室仪器和试剂进行实验探究，必要时可寻求教师协助。在辩论时，为学生提供图尔敏论证模型和论证结构图作为支架。总体而言，辩论过程可概括为表1所示。

值得注意的是，辩论过程使用了许多证据，而且这些证据并非源于学生的生活经验，而是探究所得。表2是双方辩手为获得证据B1和证据B2而进行的探究实验，其结果作为证据被用于第1轮辩论中。针对滤水器能否降低自来水中的余氯含量的问题，反方辩手没有直接相信滤水器广告所言，而是通过实验事实证明了除余氯的有效性，增强了说服力。同样，正方辩手也没有停留于理论层面提出无论是否过滤的自来水在煮沸后都不含余氯，而是在提出假设后，设计实验方案，分析实验结果，得到实验证据。

表3展示了正方辩手为证据C而进行的探究实验（用于第2轮辩论），还有反方辩手为证据D而进行的探究实验（用于第3轮辩论）。反方辩手旨在研究滤水器能否除去自来水中的重金属离子，使用微型溶液导电实验器获得过滤前后的导电性数据，但这一证据受到了正方辩手的反驳，认为不够严密（因为水中更多的是钾、钠等金属离子，如果它们可以通过滤网，导电性就不太会变化）。因此，正方辩手缩小了探究范围，仅探究了一种常见的重金属离子——铁离子，得到了与反方辩手相反的结论。相比之下，正方辩手的探究方法更严密，证据更有说服力。

探究方法（1）用滤水器过滤适量自来水。（2）在2只烧杯中分别加入适量未过滤和过滤后的自来水。（3）用微型溶液导电性实验器分别测量2种水的导电性，记录实验器的亮灯数量（亮灯数量越多，说明导电性越强）。（1）在约200mL自来水中滴入2滴氯化铁溶液。（2）把溶液倒出50mL到第一只烧杯，剩余溶液先倒入滤水器过滤，再倒出50mL到另一只烧杯。（3）在2只烧杯中分别滴加3滴KSCN溶液，比较颜色。

探究结果无论是否经过过滤，微型溶液导电性实验器都亮了2个灯，说明两次导电性无明显差异未过滤的溶液变成较深的血红色，而过滤后的溶液呈很浅的红色

探究结论滤水器无法有效除去自来水中的重金属离子滤水器可以除去自来水中的铁离子

7  结束语

化学辩论式教学让学生在模拟科学家争论的过程中进行实验探究与科学论证，在发展探究能力和论证能力的同时，落实化学概念理解和化学知识应用与迁移，让学生理解科学的本质。与以个体建构为主的论证活动相比，辩论式教学还为学生的批判性思维提供了更丰富的“激发点”。鉴于国内许多中学已经有活跃的辩论社团和丰富的辩论活动，笔者相信化学辩论式教学在中学的推广具有良好的基础，也将受到学生的欢迎。

参考文献：

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