科学论证教学中支架类型对学生论证能力影响的研究

郑艺芳 李雪峰

（华南师范大学生命科学学院 广东广州 510631）

《普通高中生物学课程标准（2017 版）》明确将科学思维作为生物学核心素养的要素，科学论证作为一种重要的科学思维方式，反映在论点提出、数据分析、证据权衡和逻辑推理等层面的能力上。在生物学课堂应用科学论证教学，通过培养学生的论证技能，可让学生学会如何提出、支持、评价及修正主张，运用证据支持自己的主张，为研究问题构建合理的解释。在论证的过程中，学生的思维能力得到提高，而且这种思维能力可运用到其他任何情境中［1］。

支架式教学理论，源于维果茨基的“最近发展区”理论，即为学习者构建对知识的理解提供一种概念框架，这种概念框架是发展学习者对问题的进一步理解所需要的，为此，事先就需要将复杂的学习任务加以分解，以便把学习者的理解引入深入［2］。

支架式教学理论为教学中更好地融入科学论证提供新切入点，在论证教学中合理嵌入支架，为学生构建论证提供强有力的支撑。本文以支架理论为基础，提出“概念支架”和“论证支架”2 种类型的支架，通过教学实践探讨其对学生论证能力的影响，以期帮助学生跨越“最近发展区”，提高科学论证能力。支架与论证教学的具体关系如图1。

图1 支架与论证教学的关系

1 研究设计

1.1 研究工具的设计

1.1.1 论证模式和论证任务类型的确定 论证模式采用图尔敏论证的基本模式，包括主张、证据和推理3 个基本结构要素。主张即针对研究问题的结论、猜测或解释；证据即用于支持主张有效性或合理性的观察或测量；推理即阐明证据为什么支持 主张［3］。

为了体现生物学科的特点，同时适合中学生完成，故以中学生物学课程内容为书面论证任务设计的背景，即论证任务类型为学科性论证任务。此次研究过程涉及的课程内容具体为人教版高中生物学必修2 第2 章第3 节，第3 章第4 节，第4章第2 节，第5 章第1～2 节。

1.1.2 支架类型的确定 支架理论认为支架有2个互补机制：①帮助构建问题解决任务；②使主题问题化。如果由于任务的复杂性或开放性而导致学生论证困难，支架可通过提供结构化的工作空间帮助学生获得提示，构建论证［4］。

因此本研究提出“概念支架”和“论证支架”2种类型的支架。“概念支架”主要为知识内容或操作步骤的提示（主要以问题的形式呈现），“论证支架”为论证结构要素名称的提示。

1.1.3 学科性论证任务的设计 依据支架的类型将学科性论证任务分为A，B，C 3 类，其中A 类论证任务：学生针对一个科学问题，按照要求提出主张，并用证据、推理支持它（该过程同时提供概念支架和论证支架）；B 类论证任务：论证过程仅提供概念支架；C 类论证任务：论证过程不提供支架。

以“基因对性状的控制”一节教学设计中的某个论证任务为例，图2中呈现的是A 类学科性论证任务。

图2 A 类学科性论证任务实例

1.2 研究对象 选取广东省广州市某中学的某平行班学生（共46 人）作为研究对象。

1.3 研究过程 在本次科学论证教学实践中，以学案形式先后发放5 次学科性论证任务，每个学案都包括3 种类型的论证任务。5 个学案共包括5个A 类论证任务，6 个B 类论证任务，6 个C 类论证任务。

共发放230 份学案，回收206 份，其中有效学案为190 份。无效学案为仅填写基本信息，未填写任何与论证任务有关内容的学案。最后利用SPSS 25.0 软件对有效数据进行方差分析和多重比较分析。

2 结果与分析

2.1 支架对学生论证能力的影响情况 本研究主要探讨2 种类型的支架对提高学生书面论证能力所起的作用，结果见表1。学生在A 类论证任务的得分高于C 类论证任务得分，具有显著差异（P＜0.05）；B 类论证任务的得分高于C 类论证任务得分，具有极显著差异（P＜0.01）；但A 类论证任务得分与B 类论证任务得分无显著差异（P＞0.05）。说明提供支架有助于学生构建完整的论证，并且相较于论证支架而言，概念支架的作用更明显。即在学科性论证任务中提供适当的支架，尤其是概念支架，以问题形式暗示学生思维的方向，从而能帮助学生表现出更高的论证能力。

表1 支架对论证能力的影响的多重比较分析结果（总体）

2.2 支架对论证各结构要素的影响情况 为了进一步衡量2 种类型的支架对论证各结构要素的影响情况，从主张、证据和推理3 个基本要素再进行分析，结果见表2～表4。

由表2可知，从“主张”这一结构要素分析，学生在A 类论证任务的得分高于C 类论证任务得分，具有极显著差异（P＜0.01）；但A 类论证任务与B 类论证任务、B 类论证任务与C 类论证任务，得分均无显著差异（P＞0.05）。说明同时提供2个支架有助于学生提出准确科学的主张，而单独提供概念支架/论证支架的作用效果则较不明显。

表2 支架对“主张”的影响的多重比较分析结果

由表3可知，从“证据”这一结构要素分析，学生在A 类论证任务的得分高于C 类论证任务得分，具有极显著差异（P＜0.01）；B 类论证任务的得分高于C 类论证任务得分，具有极显著差异（P＜0.01）；但A 类论证任务得分与B 类论证任务得分无显著差异（P＞0.05）。说明提供支架有助于学生从资料中提炼证据，且概念支架的作用更明显。即提供概念支架时，学生能提炼出更完整、更准确的证据支持自己的主张。

表3 支架对“证据”的影响的多重比较分析结果

由表4可知，从“推理”这一结构要素分析，学生在A 类论证任务的得分低于C 类论证任务得分，具有显著差异（P＜0.05）；也低于B 类论证任务得分，具有极显著差异（P＜0.01）；而B 类论证任务得分高于C 类论证任务得分，具有极显著差异（P＜0.01）。说明提供概念支架对学生进行推理有一定的帮助，提供论证支架反而不助于学生进行推理；但学生在3 类论证任务的推理得分都很低，也说明推理是论证中最难的环节。

表4 支架对“推理”的影响的多重比较分析结果

3 讨论

综上，在科学论证教学中合理嵌入支架，能帮助学生构建更完整、科学的论证。在教学初期，学生对论证的模式、方法等都较为陌生，而支架能为学生提供概念、元认知、程序和策略等方面的支持［6］。例如，通过提供论证支架暗示论证的隐形框架，提供结构化的空间，从而帮助学生构建完整的论证结构；同时通过提供概念支架，为论证指引方向，降低任务／问题的复杂性，利于学生抓住科学问题的核心，从而更好地完善论证的内容。

相较于论证支架，概念支架的作用会更明显。Belland 等［7］的研究则发现论证支架对于成绩差的学生有更显著的影响，而对于成绩好的学生则影响颇微。对于促进学生理解的支架，需要建立在学生的最近发展区中；而学生的最近发展区因个体而异，若支架对于某些学生造成了冗余效应，则无法促进其达到更高水平。概念支架是依据特定的论证任务而设计，而论证支架仅为论证结构要素的暗示，可能更容易在后期产生冗余效应导致作用较小。

从论证的基本结构要素分析，提供支架对于学生提炼证据的帮助最为明显，尤其是概念支架；同时提供2 种支架对学生提出主张的帮助更为明显；推理是最难的环节，概念支架对学生进行推理具有一定的帮助，论证支架对学生进行推理的促进作用不大。Gotwals 等［8］的研究也发现提供支架在支持学生提炼证据时发挥了最大的作用，但在推理部分没有发挥太大作用。在特定的论证任务中，论证支架可提醒学生提出证据，概念支架可暗示学生如何提炼证据，需要提出多少证据等，从而促进学生提供更恰当、充分的证据。推理是为什么证据支持主张的逻辑，通常包括科学原则。如果学生不理解科学原则，则无法将其运用在论证中。虽然学生有时会将主张和证据联系起来，但他们不太能阐明建立这种联系的科学原则。这可能与学生很少在与科学有关的日常生活中使用规范性的科学原则有关。

由此可见，论证教学中，提供支架可帮助学生穿越“最近发展区”，更好地发展论证能力，尤其能提高学生提炼证据的能力；并且概念支架的作用效果更好。