理解·进阶·反思：小学科学论证能力培养策略

□吴国忠

2011年，美国国家研究委员会（NRC）编写并发布了《K-12科学教育框架：实践、跨学科概念、学科核心思想》，该科学教育框架提出了八个主要的科学实践活动。“基于论据进行论证”作为八个主要的科学实践活动之一，强调了科学论证的重要性。科学论证是当由证据推论产生的科学主张受到质疑时，能利用一定的依据做出合理辩护的行为。科学论证能够深化科学概念的建构，发展学生的思维品质。在实际的教学中，一些教师缺乏培养学生论证能力的意识，学生缺少充分表达的机会。当实验结果与预设结论不一致时，为了能顺利得出正确的科学结论，部分教师往往会忽视学生提出的“主张”，使学生失去论证的机会。显然，这样的教学没有尊重学生的主体地位，不利于学生的发展。在科学教学中，如何设计与开展课堂论证活动，打造师生互动的课堂？

一、构建理解支架，初步展开论证

（一）调研前概念，探寻论证起点

课前，学生已经积累了一些认识客观事物的生活经验，即前概念。为了使教学更具针对性，教师采用以下三种调研方式了解不同学生的前概念。第一种方式即线上问卷调查。教学前，通过问卷调查了解学生的兴趣和困难，为后续开展论证活动提供依据。第二种方式即对不同水平的学生进行访谈调查，了解不同层次学生的个性需求，为开展差异化论证提供参考。第三种方式即通过作业、课堂自测了解学生对知识、方法等的掌握情况，及时调控教学进度和教学方式。

【案例1】

教学教科版《科学》二年级下册“磁铁”单元第3 课《磁铁的两极》前，教师设计、运用线上问卷调查，对“条形磁铁不同部位磁力大小是否相同”的学生认知情况进行调研。结果显示：认为条形磁铁一侧磁力大，另一侧磁力小的学生约占53.3%；认为一侧磁力大，另一侧磁力小，中间磁力最小的学生约占20%；认为两端磁力大，中间磁力小的学生约占16.7%；认为从两端到中间磁力逐渐减小，中间磁力最小的学生约占10%。结果表明，学生对“条形磁铁不同部位磁力大小是否相同”有一定认识，但不够充分。因此，在课堂上，教师须对这部分的内容进行重点讲解。

（二）创设有效情境，促使论证发生

Duschl与Osborne认为，学生开展论证时，教师需要为学生提供“有效的情境”。在有效的情境中，讨论主题的答案不唯一，可能存在多种解释。教师创设的有效情境常见的有以下三类：第一类为家庭生活情境；第二类为校园生活情境；第三类为情感需求情境。创设有效的情境，能够唤醒学生已有的科学概念和前概念，让学生通过实践、论证等形式对已有的科学概念进行巩固，对错误和片面的前概念进行修正和完善，从而促进学生对课堂科学概念的理解。

【案例2】

在教科版《科学》四年级下册“电”单元第8 课《模拟安装照明电路》一课的教学中，教师以增加楼道照明亮度为情境，让学生运用“电”单元的相关知识，设计两个开关控制两盏灯。课堂上，教师呈现了两种电路连接方案（如图1）。

图1

教师通过创设校园生活情境，提出学习任务，让学生探讨上面两种电路连接方案，哪一种能解决楼道照明亮度的问题。学生不断探究实践，在组内和班级内对两种电路连接方案进行论证，在真实情境中辨析不同连接方案的合理性和科学性。在此过程中，学生进一步巩固了串联、并联电路的相关科学概念。

二、构建进阶支架，引领论证过程

（一）优化活动设计，凸显论证进阶

科学教学中，了解学生论证能力的发展水平及论证能力培养的基本路径，对促进学生科学概念理解和论证能力发展有着重要的意义。教师借鉴Gotwals等人的实践能力分层研究，将学生的论证能力水平分为三个层级，并对学生论证能力发展水平进阶表现进行梳理，如图2所示。实践证明，在教学中设计不同层级的进阶活动，是开展论证活动的有效策略。

【案例3】

教学教科版《科学》四年级上册“声音”单元第2课《声音是怎样产生的》时，教师根据学生论证能力发展水平进阶表现，设计了三个不同层级的论证活动（如图3）。活动一“研究橡皮筋、钢尺发声和不发声时的不同”为初级论证水平，学生通过观察初步发现物体发声与振动有关；活动二“研究其他物体发声时是否也在振动”为中级论证水平，侧重于发展学生基于证据进行推理的能力，旨在帮助学生从“声音是由物体振动产生的”这一经验层级进阶到关联层级，让学生学习论证技能；活动三“探讨发声物体是否都会振动”为高级论证水平，旨在让学生从“声音是由物体振动产生的”这一关联层级进阶到系统层级，由此逐步建构科学概念。

图3

（二）借助关键提问，引领论证过程

论证过程就是学生表达理由、确认主张、区分主张和反驳主张的过程。关键提问是指在教学过程中，为发展学生核心素养，帮助学生解决学习重点和难点而提出的系列关键问题。设计关键提问有助于学生聚焦探究目标，利用已有的知识体系，关注证据，论证自己或他人的主张，促进学生科学概念的发展。具体可分为三种基本策略：策略一为问题分解，逐步推进，即通过逐步分解科学概念及要解决的问题，让解决问题的过程具有操作性。策略二为逆向驱动，训练思维，即利用分析的方法，引发学生对问题的思考。策略三为增长经验，建构概念，即让学生通过科学的实践活动，获得直接经验和事实证据，为建构概念做好准备。

【案例4】

以教科版《科学》四年级上册“声音”单元第2课《声音是怎样产生的》为例，学生在观察钢尺和橡皮筋发声时的运动状态后，继续观察鼓、音叉、水、吸管（带塞）、镲发声时的状态。教师借助关键提问（如表1），引导学生开展不同层级的论证。

表1

首先，学生通过自主探究活动，观察5 种不同物体发声时的状态，发现这些物体发声时都在振动，论证水平由初级向中级进阶。其次，教师借助“这些发声的物体在发声时有什么共同特点？”这一关键提问，让学生采用归纳推理的方法进行论证，促进学生初步建构概念。教师追问“生活中有没有物体发声时没在振动”，引导学生通过集体论证，用逆向思维理解科学概念。最后，学生在全班交流中呈现各自的想法，通过观点碰撞，形成“声音是由物体振动产生的”这一科学概念。在论证的过程中，教师利用关键提问，促进学生自主探究。学生的论证水平和科学概念理解水平逐步提升，科学素养不断得到发展。

三、构建反思支架，提升论证能力

（一）调动原有认知，学会论证反思

在科学教学中，教师要做到尊重每一个学生的想法，并在此基础上，将有相同观点的学生组成“学习共同体”，启发他们思考“我们这个学习共同体的观点是什么”“在探究活动中，什么样的现象能够支持自己的观点”。同时，教师要引导学生将探究活动中的“证据”与需要论证的“观点”建立关联，激发他们的探究动机，使探究活动目标清晰，使论证能力的发展具有层次性。

【案例5】

教学教科版《科学》二年级下册“磁铁”单元第3 课《磁铁的两极》之前，教师设计、运用线上问卷调查，了解学生对“条形磁铁不同部位磁力大小是否相同”的认知情况。教师根据学生的原有认知，对全班学生进行分组，让持有相同观点的学生组合成“学习共同体”，开展探究论证活动。课后又对全班学生进行了第二次认知水平问卷调查，具体情况如表2所示。

表2 单位：人

从两次调查的对比中可以发现，大部分学生能通过探究活动获得证据。实践证明，在“学习共同体”中，学生不仅能关注证据，关联观点，还能进行自我反思和调整，在论证研讨中修正和完善自己的观点。

（二）开发论证量表，诊断学习效能

在探究活动中，学生会获取很多证据，有些证据描述实验现象，有些证据指向科学概念。教师可以通过设计探究记录表或论证量表，引导学生以书面方式呈现证据，梳理实验现象与科学概念之间的关联，使学生的思维过程更清晰。该方式还能让学生对自己所学的内容进行分析评价，让教师对所教的内容进行有效的诊断，从而促进学生思维的发展和概念的建构。

【案例6】

以教科版《科学》五年级上册“计量时间”单元第5 课《摆的快慢》的教学为例，在探究“摆的快慢与摆幅大小有关吗？”这一主题时，教师设计了论证量表（如图4）。教师借助论证量表，通过小组合作的方式激发学生的思维，让他们把个人的推理论证过程记录下来。

图4

基于论证支架的论证量表具有记录方便、简单明了的特点。在论证量表的指引下，学生进一步关注实验，在探讨过程中获得信息，并对信息进行加工、整理，将其转化为证据。该过程也是学生自主学习，寻找事物特征或变化规律，建构科学概念的过程。

总体而言，在科学教学中，了解学生已有知识水平，借助论证量表，设计有层级的论证活动，能满足不同层次学生的发展需求，有效提升学生的论证能力和思维品质。