论证式教学及其在高中生物教学中的实现

朱玉琳 韩大勇

（伊犁师范大学生物与地理科学学院 新疆伊宁 835000）

我国所颁布的2017年版普通高中生物课程标准明确指出，生物学课程应以培养学生的生物学核心素养为目标。生物学核心素养主要包含4部分，即“生命观念”“科学思维”“科学探究”和“社会责任”。[1]我国传统的生物课堂常处于一种“逻辑断裂”的状态，并且通常从操作层面上去理解科学探究，导致无法切实地落实培养学生生物学核心素养的目标。然而，论证式教学为培养学生生物学核心素养提供了一个新的视角。论证式教学将传统的课堂转化为论证共同体，学生在共同体中经历提出观点、为观点进行论证和辩驳等过程进而主动地建构知识而非被动地接受知识。论证式教学是将科学领域中的论证引入课堂，让学生体验类似科学家构建理论知识一样评价资料、提出主张、为主张进行辩驳等过程，由此促进学生对科学产生的过程、科学概念以及科学本质的理解，进而促进学生科学思维的发展。邓阳认为，科学实践的要素之一就是科学论证，[2]将科学领域的论证活动引入生物课堂有助于在生物课堂中实施有意义的探究教学。因此，论证式教学应当在生物课堂中占据一定的比例。

论证式教学在教育领域中具有一定的价值，例如论证式教学有助于促进学生有意义学习、深度学习、科学思维的发展以及学生元认知能力得到进一步的发展。基于论证式教学在教育领域中的价值，当前我国学者越来越关注论证式教学，并且进行了大量有关论证式教学策略的研究。本文将从五个方面对论证式教学进行综述，分别是：论证式教学策略的由来、类型、论证式教学的模型、我国论证式教学的研究现状以及如何有效地将论证式教学引入生物课堂，期望对我国一线的生物学教师在生物课堂中引入论证式教学提供一定的帮助。

一、论证式教学策略的由来

论证在英文中可以翻译为argument或argumention，其中argument译为论证、论据、争吵，argumention译为论证、争论、辩论，两个单词均强调证据的提出和辩驳。因此，论证是共同体围绕某一论题，利用科学的方法收集证据并运用一定的论证方式解释评价自己及他人证据与观点之间的逻辑性，在辩论过程中促进思维的共享与交锋，最终达成可接受结论的活动。[3]

最初的论证是以逻辑学为基础发展而来的，在逻辑学领域上，Blackbum认为论证即形式逻辑，需关注前提、推理形式以及结论之间的相关性；在认知心理学领域上，Kuhn认为论证即认知过程，他认为论证是提出假设、支持假设、批判他人的假设、在辩论中不断完善观点和促进思想统一的过程。[4]Toulmin在《论证的使用》中首次提出了新的论证布局并描述了论证的基本模型，即图尔敏论证模型[5]，图尔敏模型不仅可以作为支持学生有效论证的工具，也可以作为评价学生论证的工具[6]。在1958年，图尔敏首次提出描述完整论证结构的TAP模型后，教育者开始关注论证在教育领域中的应用，并提出多种论证式教学策略。至今，论证式教学策略已经形成较为完善的理论体系。

二、论证式教学策略的类型

当前论证式教学策略主要有三大类型，分别是结构式教学策略、社会科学式教学策略和浸入式教学策略。结构式教学策略强调论证的结构和应用，学生通过结构式教学策略可以掌握完整的论证结构，并能够在实践活动中应用论证、通过论证解释一些实验现象。社会科学式教学策略则强调学生通过理解社会和科学之间的相互作用来学习科学论证，强调道德、伦理、政治等社会因素对科学的影响。浸入式教学策略是将论证作为一种工具整合到科学教学活动中，在教学活动中通过论证促进学生学习科学知识、理解科学本质和科学过程。

因为，浸入式教学策略可以将科学领域中的论证活动与课堂教学相结合，帮助学生能够真正地掌握科学的概念、本质并促进学生思维能力的发展。所以，在上述三种论证式教学策略中，浸入式教学策略被认为是培养学生生物学核心素养最有效的教学策略，也是在课堂中最常使用的教学策略。

三、论证式教学的模型

上述3种论证式教学策略具体有多种论证式教学模型，本文主要论述3种常见的论证式教学模型，分别是：图尔敏论证模型、PCRR模型和新版ADI模型。在高中生物课堂中适合于采用论证式教学策略的内容主要有4种类型，分别是：概念教学内容、实验教学内容、生命科学史内容、社会科学议题内容，对于不同的生物学内容所采取的论证式教学模型也有所不同。

（一）图尔敏论证模型（Toulmin's Argument Pattern，简称TAP）

在论证式教学发展史上，图尔敏论证模型是最早陈述完整论证结构以及完善论证各组分之间关系的论证式教学模型，TAP是属于结构式教学策略的一种模型。

图尔敏论证模型主要包含6个部分，分别是数据和资料（data）、主张或声明（claim）、保证（warrant）、支持因素（backing）、反驳（rebuttal）、限定词（qualifier）。在图尔敏论证模型中详细地描述了这6个组成成分之间的联系（如图1所示）。其中，“数据和资料”作为论证的基础，是论证活动开始前的必要准备；“主张”是通过“资料”推论出的论点，需在论证过程中被证实；“保证”是授权论证由“资料”推论出“主张”[5]，即“保证”是支持“主张”成立的事实，James F.Klumpp提出将“保证”看做成动词，这样就体现了图尔敏模型中捍卫“主张”的动态过程[7]；“支持因素”是当“保证”受到质疑时所提出的支援性陈述；“反驳”是质疑“主张”的正确性；“限定词”是论点成立所必须附加的限制条件。

图1 TAP模型

图尔敏模型各要素之间逻辑清晰、逐步推进，是目前应用最为广泛的模型，该模型允许通过独立的组件来描述论点，从而更容易定义和评估推理过程[8]。模型中的“数据和资料”“主张或声明”“保证”为基本要素，“支持因素”“反驳”“限定词”为补充要素是非必须出现的要素。[9]因此，在论证式教学过程中教师可以根据教学内容对TAP模型进行修改。

但是，图尔敏论证模型并不适用于全部的生物学内容，在运用该模型时要注重选择适宜的教学内容，实践证明图尔敏模型更适合于社会科学性议题的教学活动[10]。例如，人教版高中生物必修二的“人类基因组计划及其影响”就可以采用图尔敏论证模型进行教学。

（二）PCRR模型（Present，Critique，Reflect，Refine，简称PCRR）

图尔敏模型虽然给出了论证式教学的一般过程和基本框架，但是仍然存在一些不足之处。例如，该模型缺乏反思论证过程，并且在科学核心概念教学上的应用效果较差。为此，2015年Kujawski提出了一种科学论证教学模型即PCRR模型，同时强调PCRR模型适合与科学核心概念及共通概念的教学相结合。[11]PCRR模型是属于浸入式教学策略的一种模型，在我国生物课堂中运用该模型，有助于促进学生对生物科学概念与规律的理解。这个模型是一种结构简单的循环过程，在该模型中没有复杂的实验操作过程，主要是通过在课堂中不断地呈现资料、分析资料形成论点、寻找证据而进行推理论证。

PCRR模型主要包含4个阶段：阶段1是呈现，该阶段要求学生小组呈现通过资料所构建的概念模型以及完整的论证过程，将论证过程可视化；阶段2是批判，该阶段是其他小组审阅所呈现的概念模型和论证过程，并提供反馈意见，可以为正反馈也可以是负反馈，在该阶段中教师要注意时刻关注学生；阶段3是反思，该阶段要求呈现小组根据上一阶段收集的反馈来反思原始的论证，确保论证的充分性、准确性以及清晰度；阶段4是提炼，在该阶段中小组提炼出充分、清晰、准确的概念模型和论证过程。PCRR模型中的4个阶段通过首尾相连构成简单的循环过程（如图2所示），因此，该模型较为灵活可以在一堂课中循环使用。

图2 PCRR模型

PCRR模型不仅是一种帮助学生理解核心概念的工具，也是一种评价学生核心素养的工具。[12]PCRR模型适合于我国生物课堂中的概念教学，例如，在人教版高中生物必修一，细胞核—细胞的控制中心这一节中细胞核功能的教学就可以采用PCRR模型。

（三）论证探究式教学模型（Argument-Driven Inquiry instructional model，简称ADI）

ADI模型是Sampson等人在2008年所提出的一种论证探究式教学模型，属于浸入式教学策略的一种。论证探究式教学模型是以建构主义学习理论和人本主义学习理论为基础，该模型将科学领域中的论证活动与探究式教学相结合，同时加入了撰写研究报告和学生相互评论等阶段。[13]因此，ADI模型不仅促进学生理解和掌握科学知识和科学概念，还促进学生科学思维和科学写作能力的发展。Grooms团队经过对ADI模型的实证研究后，进一步对该模型进行了调整和完善并提出新版ADI模型。新版ADI模型在原有ADI模型的基础上增加了反思性讨论阶段，促使论证效率最大化、促使论证模型更加灵活。

新版ADI模型主要包括8个阶段：阶段1，明确任务和问题，教师在此阶段中通过简短的背景介绍或提出有吸引力的问题（问题能够将新旧知识建立联系），激发学生对新知识的探究兴趣；阶段2，设计方案和搜集数据，学生在此阶段中以小组的形式设计探究方案，通过探究获取数据；阶段3，分析数据和初步展开论证，此阶段中学生在分析已获取数据的基础上，对所提出的问题建构完整的论证；阶段4，论证阶段，在这个阶段中学生以小组的形式在班级中展示论证过程，其他小组可以参与讨论并批判该组同学论证过程的有效性和合理性，在这个过程中学生有修改自己论证过程的机会；阶段5，反思性讨论，学生在这个阶段中通过不断地进行反思进一步减少小组间的差异，确保论证的准确性；阶段6，撰写探究报告，学生根据前几个阶段的学习过程撰写研究报告，学生所写的研究报告中主要体现三个问题即研究目的是什么？怎样实现研究目的？研究的最终结论是什么？学生通过撰写研究报告将论证过程可视化；阶段7，双盲评议，在评议阶段教师为学生提供评判标准，学生之间对研究报告进行双盲评审并提供反馈；阶段8，修改和上交报告，这个阶段要求学生根据反馈信息修改研究报告，最终将报告上交给老师（如图3所示）。

图3 新版ADl模型

新版ADI模型适用于我国生物课堂中的探究教学和实验教学，对提升我国学生的生物学核心素养具有重要意义，同时新版ADI模型也可以作为诊断学生核心素养表现的评价工具。例如在人教版高中生物必修一能量之源—光与光合作用中绿叶色素的提取和分离实验就可以采用新版ADI模型。[14]

四、我国论证式教学的研究现状

在中国知网（CNKI）数据库中，以“论证式教学”为检索词进行检索，通过统计有关论证式教学的发文量，可以大致了解论证式教学在我国的发展趋势。自从2010年王星乔、米广春发表有关论证式教学的文章即《论证式教学：科学探究教学的新图景》后，我国教育学者开始逐渐关注论证式教学的研究。从2010起，我国以“论证式教学”为研究内容的文献共有167篇，其中与“论证式教学与初高中生物教学相结合”的内容有关的文献共有113篇，并且主要集中在近几年，这表明将论证式教学引入生物课堂是生物教学改革的趋势。当前，我国针对论证式教学与生物教学相结合的研究主要集中在两个方面，即理论研究和案例研究。

（一）论证式教学与生物教学相结合的理论研究

自2010年起共有18篇关于论证式教学与生物教学相结合的理论研究文章。根据对文章的整理，初步了解我国理论研究的发展趋势（如图4所示）。总体来说，我国关于论证式教学与理科教学相结合的理论研究始于2012年，研究方向集中于如何加强理论基础研究进而促进论证式教学在生物课堂的有效实施。但是该领域的发展一直缓慢，历年有关论证教学与生物教学相结合的理论研究的文献数量均不足5篇，并且部分理论研究缺乏足够的创新，亟须加强。

图4

（二）论证式教学与生物教学相结合的案例研究

与理论研究相比，论证式教学与生物教学相结合的案例研究较多，自2010年起共有95篇关于案例类研究论文。在文献数量方面，2014～2017年相关文献较少，发展缓慢，2017年至今相关文献数量出现较快的增长，尤其2019、2020这两年明显增加。自2017年版的普通高中生物课程标准颁布后，我国学者开始非常关注论证式教学与生物教学相结合的实践研究，期望通过大量的案例研究能够有效地将论证式教学引入到生物课堂中并提高学生的生物学核心素养。

在研究方法上，我国案例研究的特征是在设计论证式教学时并没有完全照搬上述3种论证式教学模型，而是以国外的论证模型为基础在一定程度上对论证模型进行了修改，从而使论证模型更加适合与我国生物课堂相结合，体现明显的本土化特征。在研究内容上，主要集中在将论证式教学策略运用在我国生物课堂中的概念教学、探究实验教学以及科学史教学中，期望通过加强论证式教学策略在生物课堂的有效运用研究，促进我国生物教学进一步发展。

图5

五、在生物课堂中实施有效的论证式教学

论证式教学有助于促进学生的科学探究能力和科学思维的发展，在培养学生生物学核心素养方面具有重要意义，并且论证式教学与当前生物教学改革的方向相一致，因此，势必要将论证式教学引入到我国的生物课堂中。当前，论证式教学具有成熟的理论基础，我国学者也加强了论证式教学和生物教学相结合的理论和案例研究，但我国大部分的一线教师不能有效地在生物课堂中实施论证式教学。那么，如何有效地将论证式教学引入生物课堂呢？接下来笔者将从四个角度给予建议，分别是教师角度、提出问题角度、设置情境角度以及支架式教学理论角度。

（一）教师的专业发展和教师角色的转变

论证式教学模型的有效实施需要教师具有良好的专业发展，因为教师对论证式教学模型的掌握情况不仅影响论证式教学在课堂实施的效果，也影响学生对于论证活动的理解。[13]因此，教师即需要不断加强科学相关知识和教育学知识的学习（例如理解实验现象和结论之间的内在联系、理解科学的本质、掌握科学方法的知识结构体系、掌握实验技能、具备设计实验的能力以及理解教育学原理等），教师也需要加强对论证方面知识的学习（例如理解并掌握科学论证结构、如何有效地实施科学论证、如何为学生提供论证支架等）。

传统以教师为中心的课堂不适合引入论证式教学，因为，在论证式教学中，师生应当具有平等的对话关系，教师不再是绝对的权威者。已有研究表明，教师在教学中担当提问者的角色并且利用多种提问角色建构问题模型时，学生展现了较高水平的口头论证。[14]教师的提问角色主要有4个，分别是：传递者、主持者、教练者和参与者。下面对4种提问角色分别进行举例：传递者（同学们前面我们学习了细胞核，谁能讲述一下细胞核的功能？）、主持者（请问A学生，你同意B学生的观点吗？）、教练者（还有没有其他证据可以支持你的观点？）、参与者（好的，你能说说你的论证过程吗？）。教师在论证式教学过程中利用多种提问角色的转变不仅可以促进学生在论证过程中对话交流和自主学习，还可以引导学生向正确的方向思考以及促使学生高效地展开论证活动等。

（二）在论证式教学过程中提出恰当的问题

论证式教学通常以探究问题作为起点，那么教师所选择的探究问题就要能够激发学生的学习兴趣，在这要注意并不是所有的问题都适合作为论证式教学的探究问题。恰当的问题不仅可以激发学生的学习动机，还可以促进学生主动回忆已有的知识经验、引发认知冲突，促进学生进行有意义的知识建构。例如，在细胞核—系统的控制中心这一节教学中，由于学生已经掌握了细胞的基本结构，所以教师在引导学生用显微镜观察活细胞的细胞核后，可以向学生提问细胞核的形态以及在细胞中的位置并猜想细胞核应当具有什么作用？由此展开本节课的论证式教学。

在论证式教学过程中，教师可以在学生已有的知识和生活经验的基础上提出一系列与本节课相关的问题，学生在解决问题的同时，不仅建构了新的知识，而且科学思维能力也在不断发展。但是，教师选择的一系列问题既要符合学生的最近发展区，也要满足由浅到深的原则。教师在采用这种问题链的教学方式时，可以将不同层次的学生都调动起来促使全班学生都积极参与课堂论证活动。[15]例如，在细胞中的糖类这一节课中可以采用问题链的方式进行教学——同学们都知道哪些种类的糖？思考为什么在生活中也将糖称作“碳水化合物”？为什么葡萄糖可以通过静脉注射到人体？生活中常见的蔗糖可以被细胞直接吸收吗？生物体内大多数的糖类以什么样的形式存在？

在实施论证式教学的过程中，如果碰到学生的论证方向出现偏差时，教师可以通过不断地向学生提问，帮助学生解决困惑并引导学生向正确的方向思考。例如，你的主张是什么？你怎样证明主张的合理性？你的证据是否充分？你的主张与别人的主张相比如何？

（三）在论证式教学过程中设置合理的情境

Duschl和Osborne认为教师在教学过程中通过为学生设置两种重要的情境，即“问题的情境”和“交谈的情境”，有助于有效地开展论证式教学。[16]论证式教学的起点通常是问题的提出，因此教师所提出的探究问题必须是符合“问题情境”的，即该问题要具有多种可能的答案并且具有一定的论证空间促进论证活动的顺利展开。例如，社会科学性议题，这类议题通常没有唯一的答案，为论证式教学提供了广阔的论证空间。

教师在实施论证式教学时除了需要设置“问题的情境”以外，还需要设置“交谈的情境”。“交谈的情境”主要包括两个方面，一方面是为了保证学生具有展开论证的良好心理空间和氛围，教师需要创设出一种民主、平等、宽容、适于交谈和辩论的课堂环境，促进论证教学的顺利展开。另一方面，为了确保课堂上论证式教学的有序开展，教师需要在开展论证活动之前，制定好论证过程的要求以及基本规则和基本秩序，例如交谈的规则、展示的规则、辩驳的规则等。

总之，教师在教学过程通过设置合理的“问题的情境”和“交谈的情境”，有助于论证式教学在课堂中顺利展开。[17]

（四）支架式教学理论为有效开展论证式教学提供新的切入点

支架式教学理论是指在教学过程中通过为学习者提供学习框架，促进学习者在原有经验的基础上进一步地构建知识和理解知识。支架式教学理论是以“最近发展区”为理论基础，因此将论证式教学与支架式教学相结合可以帮助学生从现有的论证水平到达潜在的论证水平，促进学生的论证能力进一步发展、促进论证式教学的有效开展。[18]

在论证式教学初期，学生刚开始接触论证活动，教师可以根据教学内容设计符合学生认知逻辑的教学支架，通过支架引导学生顺利展开论证活动。当前，促进学生论证能力发展的教学支架主要分为两类，分别是“论证支架”和“概念支架”。“论证支架”是通过向学生展示论证结构要素的名称，帮助学生构建具有完整结构的论证，例如在支架中提问—论证的主张是什么？证据是什么？如何通过证据推理出主张？“概念支架”是通过向学生提出问题，该问题暗示论证所包含的知识内容，引导学生向正确的方向进行论证，帮助学生抓住论证内容的核心，例如在支架中提问——该实验结果如何？说明了什么？“论证支架”和“概念支架”都可以帮助教师在课堂中有效地开展论证式教学。然而，Gotwals等研究发现教学支架可以有效地帮助学生提炼证据和提出主张，但是在学生论证推理过程中发挥的作用很小。[19]

当前，我国部分的一线生物学教师仅从操作层面上去理解探究性教学，在实践过程中认为在生物课堂中指导学生开展实验就等同于引导学生进行了科学探究，因此可能导致探究教学在生物课堂中的实施没有达到预期效果。我国部分的一线生物学教师在应试教育的影响下，经常忽视对学生科学思维的培养，这就导致无法在生物课堂中落实培养学生的生物学核心素养。论证式教学与我国当前培养学生生物学核心素养的目标相一致，因此，论证式教学在生物教学中应当占有举足轻重的地位。近几年，我国关于论证式教学模型在生物学课堂中进行本土化尝试的案例研究越来越多。因此，一线生物学教师可以参考我国学者所进行的案例研究，逐渐在生物课堂中开展论证式教学活动，进而加强对学生生物学核心素养的培养。