关于高中物理实施“科学论证教学”的调研与思考

张春丽 陈 颖

(1. 北京市朝阳区教育研究中心，北京 100028； 2. 北京市第八十中学，北京 100028)

2014年教育部全面启动对普通高中课程标准(实验稿)的修订工作,本次修订在“三维目标”的基础上,基于学科本质提出了物理学科的核心素养．为了促进理念与实践的对接,笔者从“高中物理实施科学论证教学”这一课题出发进行了相关的调研与思考．

1 调研背景

美国国家科学院于1996年初推出了美国历史上第一部《国家科学教育标准》,其中明确“探究处于核心地位”．[1]随着各国教育界对科学探究的深入研究,“论证”被提到了科学教育中相当重要的位置．美国国家研究委员会于2013年发布的《下一代科学标准》中又一次明确将“基于证据的论证”列为从幼儿园到十二年级科学教育中的八种基本实践之一．

我国教育部2017年底颁布的《高中物理课程标准》中已明确“科学思维”、“科学探究”等是学生在学习物理过程中形成的关键能力,是物理核心素养的主要内容．并进一步厘清“科学思维”主要包括模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等要素; “科学探究”主要包括问题、证据、解释、交流等要素．显然,这些要素相互交融、相互促进,科学论证贯穿其中．

基于科学论证的重要地位,采用论证方式来展开教与学的活动,已经成为当前国际科学教育研究的热点．在我国将论证教学应用于科学教育的研究才刚刚起步,在物理学科中的体现则更是少之又少.这成为当前我国课程改革与实践对接的一个薄弱点,亟待探索和尝试．

2 核心概念

鉴于中学物理教育界对科学论证的相关概念还不十分明晰,以下做简要阐释．

2.1 论证

由于视角的不同,对论证有不同的定义．有学者认为论证是一个思考的过程;有学者认为论证是一个推理的过程;有学者认为论证是一种探究的过程;有学者认为论证是一种理性的问题解决和获得知识的过程．

现代汉语词典对“论证”这一概念的定义是: (1) 逻辑学是指引用论据来证明论题的真实性的论述过程,是由论据推出论题时所使用的推理形式; (2) 论述并证明; (3) 立论的根据．[2]

对论证的分类也有多种视角．根据交互方式的不同,可分为单向论证(例如,传统单一讲述的教学法)和多向论证(例如,对话论证的教学法,指的是有多方面的观点相互辩驳与说服的过程);根据表达方式的不同,可分为口语论证和书写论证两种;根据目的不同,可分为演说性论证、分析性论证(通常用于科学理论的推导与运用或是符号的推理等)和沟通性论证．

2.2 科学论证

美国《国家科学教育标准》[1]中定义:科学论证是一个争论或就特定主张做出论证的过程．

在国际科学教育领域中近20余年的研究中,科学论证的概念、内涵、结构不断发展完善,目前比较一致地认为:科学论证是科学探究中一项重要的活动,是由一人或多人利用事实证据、理论知识以及逻辑推理,对观点和主张进行支持和证实的实践活动,其中包含对他人观点的回应和反驳．[3]科学论证的目标聚焦于“知识是如何产生的”以及“我们为何相信这一科学的解释优于或与其他竞争的观点相比更富于说服力”．

2.3 科学论证教学

随着我国课程改革的不断深入,广大教师已普遍认识到:教学不是一个单向的传授过程,而是师生之间、生生之间交互作用的过程．

从课堂论证的视角来看,通常呈现出“说教式的论证”和“对话式的论证”两种课堂形态．“说教式的论证”是以教师为主导的课堂论证,容易忽略推理和证据,即使含有论证,也往往是由教师为学生来安排证据并完成论证．“对话式的论证”与说教式论证教学不同的是,在对话型的论证教学中,对话是论证的必要部分,这种方式能让内隐的思考变成外显的话语,能让学生体验“科学知识是怎么形成的”,能让学生“像科学家一样思考”,让学生能有机会表达他为什么要支持某个特定主张的理由,让学生能有机会表达自己的怀疑,让学生能有机会在不同的观点之间辩论、说服其他同学及老师．

本文中的“科学论证教学”指的是在物理课堂教学中融入“对话式的论证”的教学方式．将对话论证活动引入课堂,让学生经历类似科学家的获得资料、提出主张、为主张进行辩驳等过程,从而培养学生的学科核心素养．

2.4 科学论证教学与审辩式思维

审辩式思维是当前国际教育领域中谈论最多的话题之一,而今日中国学校中最缺乏的就是审辩式思维．[4]

什么是审辩式思维,简单说就是不懈质疑、包容异见．审辩式思维的突出特点是:合乎逻辑的论证观点、证据讲话、善于在质疑中提出问题、对自身的反省以及与此相关联的对异见的包容．[4]有研究者认为论证教学对于科学教育的重要性除了是一种着重科学解释与推理思考的过程,更重要的是它具有促进参与者的批判反思意识,进而不断提升参与者的审辩式思维水平．

3 理论依据

在高中物理课堂实施“科学论证教学”离不开理论的支撑,以下简介相关的理论．

3.1 图尔敏的论证模式[4]

图尔敏的论证模式[4]和论证逻辑是当前科学教育中论证学习活动及开展论证教学研究的最重要的理论基础,也是对科学论证能力进行评价的重要参考标准．

图尔敏论证模式包含资料、主张、理由、支持、限定条件、反驳6个要素,其论证过程的模式如图1所示．

其中“资料”即论证由之开始的材料或信息;“主张”即一项断言或断定,是指论证者陈述的、试图在论证中证明为正确的结论;“理由”即说明如何由资料或数据通过推理进而得到结论或主张;“支持”是指在论证过程中所依据的法则、条文、原理、理论或定律公式等,是众人能接受的通则,用以证明提出的理由;“限定条件”即表明该论证主张是正当的前提条件;“反例”即主张不能成立的情况,也即反驳．

图1 图尔敏论证模型

3.2 Erduran等的科学论证能力表现评价框架[5]

在研究科学论证能力上,比较有影响的还有Erduran等提出的以反驳为主要结构要素的科学论证表现评价框架,包含5个水平,如表1所示．

表1 Erduran等的科学论证能力表现评价框架

该评价框架从“反驳”这一要素的层面,为论证教学的开展和实施提供了很好的参考．

3.3 中学物理教学课堂教师论证教学水平评价框架[6]

李西(2017)在其硕士论文(郭玉英教授指导)中以名师赛课为样本,首次构建了中学物理教学课堂教师论证教学水平的评价框架．评价要素分别为观点、事实证据、理论依据、推理过程和反驳,各评价要素划分为3个水平层级,如表2所示．

表2 中学物理教学课堂教师论证教学水平评价框架

上述研究的理论成果是目前开展科学论证教学的主要理论依据,但是与物理学科的课堂教学进行实操对接,国内外的相关研究还十分欠缺．

4 相关调研

为了解高中物理教师对科学论证以及科学论证教学等相关问题的认识,笔者对北京市110位高中物理教师做了问卷调研．以下介绍调研的主要情况．

4.1 基本信息

参加调研的教师教龄分布如图2所示，参加调研的教师职称分布情况如图3所示.

图2

选项小计比例二级2522.73%一级2724.55%高级5348.18%特级54.55%

图3

4.2 调研内容

本次问卷一共设计了以下6个问题,6个问题及教师的答题情况如下．

第1题:选择题、填空题、计算题、论证题4种题型中,您觉得哪一种题型学生最难做?答题情况如图4所示.

选项小计比例A.选择题10.91%B. 填空题32.73%C. 计算题21.82%D. 论证题10494.55%

图4

第2题:选择题、填空题、计算题、论证题4种题型中,您觉得哪一种题型最能反映学生的物理学习水平?答题情况如图5所示.

选项小计比例A. 选择题43.64%B. 填空题21.82%C. 计算题2623.64%D. 论证题7870.91%

图5

第3题:您的物理课堂经常使用论证的方式进行教学吗?答题情况如图6所示.

选项小计比例A. 很多1210.91%B. 比较多4641.82%C. 很少5247.27%D. 没有00%

图6

第4题:您认为论证的关键要素有哪些?

高频要素统计如图7所示.

第5题:请您为科学论证能力做一个定义．

对该问题的回答各不相同,仅列举几例: ① 建立物理模型,解决实际问题．② 利用已知的物理知识通过合理的物理推导得出未知物理量的关系．③ 物理论证是考察学生知识、思维的方法．④ 应用物理规律说明一个物理现象或定义物理概念．⑤ 根据已有的物理知识进行逻辑推理得到合理外推结论的过程．⑥ 逻辑思维与理论能力的结合．⑦ 用一个或一些真实的命题确定另一命题真实性的思维形式．

图7

第6题:您认为科学论证能力对提升学生的学科核心素养有着怎样的意义?

高频意义统计如图8所示.

图8

4.3 调研思考

从参加调研的教师的教龄分布情况看,27.3%的教师教龄在10年以下,32.7%的教师教龄在20年～30年之间,34.5%的教师教龄在20年以上,5.45%的教师教龄在30年以上,分布合理,所以调研的结果具有较高的可信度．从参加调研的教师的职称分布情况看,22.73%的教师职称是中教二级,24.55%的教师职称是中教一级,48.18%的教师职称是中教高级,4.55%的教师获得特级教师称号,分布合理,所以调研的结果具有较高的效度．

从第1题、第2题的调查结果看,高达94.55%的教师认为,在选择题、填空题、计算题、论证题4种题型中,论证题型学生最难做;高达70.91%的教师认为,选择题、填空题、计算题、论证题4种题型中,论证题型最能反映学生的物理学习水平．

耐人寻昧的是,既然高达70.91%的教师认为,论证题型最能反映学生的物理学习水平,那么教师在物理课堂中使用论证教学的情况如何呢?从第3题的调查结果看,仅有10.91%的教师认为自己的物理课堂经常使用论证教学的方式,还有47.27%的教师认为自己的物理课堂很少使用论证教学的方式．换言之,教师在思想认识和实践行动上的反差很大!其中一个重要的原因就是:教师缺乏论证教学的理论指导和相应的实践策略,因而导致了教学行动的缺失．第4题的调查结果也反映了这一点,从教师对论证要素的认识上看,认为有“观点”、“论点”或者“结论”的有33.6%的教师,不甚理想;认为有“论据”的有35.5%的教师,不甚理想;认为有“逻辑”或者“推理”的有61.8%的教师,比较理想;认为有“知识”、“理论”、“原理”或者“概念”的有35.5%的教师,不甚理想;认为有“事实”的仅有6.36%的教师,很不理想．特别需要指出的是,从我们的原始数据看,没有一位教师回答含有“反驳”、“辩论”或者“质疑”等这些非常重要的要素!

由于理论引领不到位,教师对论证要素的理解也就很难到位,更谈不上实践的落实了．从第5题的调查情况看,教师就很难对物理论证能力做一个较为完善的定义．

从第6题的调研情况看,52.7%的教师认为,科学论证能力有助于培养逻辑思维能力;26.3%的教师认为,科学论证能力能够促进概念的理解与整合;14.5%的教师认为,科学论证能力能够提升问题解决的能力;10.9%的教师认为,科学论证能力有助于培养学生的科学态度;11.8%的教师认为科学论证能力的提升有助于核心素养的发展．由此可以看出,教师普遍认为科学论证能力与学科核心素养的发展密切相关．

总之,调研结果显示,教师普遍认为科学论证能力重要,但缺乏清晰的理论认识;

教师普遍认为科学论证能力与学科核心素养密切相关,但缺乏课堂实操的策略;论证教学在当前仍属于被严重忽视的领域．教师既需要理论认知层面的引领,还需要实践策略层面的探索,这也为我们下一步的行动研究明确了方向．

5 结语

在高中物理课堂中实施科学论证教学,在国内中学物理界几乎是空白,我们的行动研究还处于初期阶段,撰写此文以期广大教学同仁的共同关注和深入思考．

参考文献：

1 [美]国家研究理事会.科学探究与国家科学教育标准[M].罗星凯等译.北京:科学普及出版社,2004.

2 中国社会科学院语言研究所词典编辑室编.现代汉语词典第6版[M].北京:商务印书馆,2012.

3 潘瑶珍.教育中的论证教学[D]上海:华东师范大学,2013.

4 斯蒂芬·图尔敏著,谢小庆,王丽译.论证的使用[M]北京:北京语言大学出版社,2016.

5 S Erduran, S Simon, J Osborne.tapping into argumentation: Developments in the application of Toulmin’s argument pattern for studying science discourse [J].Science education, 2004, 88(6): 915-933.

6 李西.高中物理教学中科学论证的分析——以名师赛视频为样本[D].北京： 北京师范大学,2017.