摘要：科學論證能力是當前國際上科學教育的重要目標。科學論證能力對于學生自我概念的轉變、科學思維的培養(yǎng)和科學探究的提效有著獨特的教學價值。在課堂中開展以科學論證為導向的科學探究教學，能夠改善探究活動的品質，有效地培養(yǎng)學生的科學論證能力。

關鍵詞：科學論證；科學探究；操作要點

中圖分類號：G623 文獻標志碼：A 文章編號：1673-9094（2017）10A-0076-04

所謂科學論證，可以被理解為學生通過對信息的獲取和證據的選擇，利用邏輯推理的方式，建立自己的科學主張或為自己的科學主張進行辯護的過程。歐美國家非常重視科學論證教育。比如：美國將科學論證作為科學教育的重要目標滲透在《K-12科學教育框架》《科學素養(yǎng)的導航圖》等帶有政策導向性和學術指導性的科學文本之中；英國則在最新的國家課程標準中要求學生對觀察到的科學現象、數據的合理解釋和由此得到的結論這三者之間形成說服力強的聯系。由此可見，科學論證能力已成為世界范圍內學生科學素養(yǎng)的核心內容。而我國的科學課程設計，相對來說缺乏對學生科學論證能力的重點關注和系統架構，從而造成了課堂實踐層面上科學探究活動表面熱鬧，實則低效的普遍現象，很多教師和學生甚至覺得科學探究就是驗證已知的科學知識。本文分析了科學論證在小學科學教學中的價值，并就課堂中如何開展以科學論證為導向的探究教學進行了粗淺的探索。

一、科學論證的教學價值分析

（一）促進自我概念的轉變和科學知識的形成

建構主義理論認為：學生在正式學習之前，頭腦中已存在著與科學概念相異或相背的個人理論，科學學習的實質就是要促進學生自我概念的轉變。聚焦于科學論證的課堂教學能夠讓學生更深刻地理解知識是如何一步步從事實中分析抽離而來。具體作用原理為：（1）在科學論證過程中，學生需要澄清自己的固有認識，亮出有力的證據，明晰推理的過程，使其思維過程可視化，從而達到修正原有概念的效果。（2）自我概念的轉化需要探究活動的支持，學生在科學探究中通過對話交流，提出個人觀點，傾聽他人想法，這樣有助于更好地反思自我概念的不足，在理解他人的概念和論證過程的基礎上形成更為合理的科學知識。

（二）全面落實科學思維的培養(yǎng)和訓練

科學論證不僅是對自然現象成因的解釋，它在科學學習上還推動著認知向較高的層級發(fā)展。事實上，相比于科學知識而言，培養(yǎng)學生的科學思維能力具有更大的意義。學生科學思維的發(fā)展主要體現在以下幾個方面：能夠對證據和理論作出區(qū)分；能夠尊重證據和理論；能不時地注意到理論和證據的不一致，并樂于作出協調的嘗試。[1]小學科學課中的科學探究活動大致分為三類：第一類重點研究“是什么”的問題，它竭力追求科學事實；第二類重點探討“為什么”的問題，它主要揭示事物間的因果聯系；第三類是“有什么規(guī)律”，它主要探討科學知識在現實中的具體應用。我們通過這三類問題的解決，能夠幫助學生形成尊重證據和事實、學會邏輯推理、懂得任何結論都需要經得起更多的事實和實踐的檢驗。在科學學習活動中重視科學論證的滲透，能夠有效地促進學生的科學思維由淺入深、循序漸進地得到培養(yǎng)和訓練。

（三）促進科學探究的提質提效

在小學階段，幾乎所有的科學探究活動都和觀察密不可分。問題在于學生在整個科學探究過程中只扮演了一個“純粹觀察者”的角色。即使如此，這個觀察者也時常沒有很好地履行仔細觀察的職責。離開了學生個體的鮮活觀察過程，探究就變成了指令般的機械操作活動。觀察的作用在于支持推理的線索，推理的價值在于暗示新的觀察。[2]所以，哪怕學生以觀察者的角色進行科學探究，那也應當建立在搜集證據和邏輯推理的相互作用之上，以此提升探究活動的品質和效果。比如在低年級學生的科學課上，教師要重點進行觀察活動的指導和練習，讓他們盡可能準確地描述事物，這一點在科學學習的起始階段非常重要。因為它不僅可以促使學生之間互相比較觀察的結果，尋找不同觀察者之間的相同點和存異之處，更重要的是讓學生明白：當人們對同一個事物或在同一個探究活動中出現不同的主觀描述時，通常最好的辦法就是再進行新一輪的、更為聚焦性的觀察，而不是在課堂上爭論誰的描述才是正確的。對于中高年級的學生，要引導他們在觀察的基礎上區(qū)分清楚什么是事實，什么是觀點，努力在事實和觀點之間建立起邏輯關系，同時能夠從書籍、文章或數據庫中找到支撐自己觀點的各種論據，而不是僅僅靠著個人的感覺、經驗進行解釋和判斷。

二、科學探究與科學論證相融合的必要性

（一）科學探究需要改變缺乏科學論證的現狀

科學探究是科學教學最主要的方式，而它最核心的特征就是依靠證據進行合理的解釋。一個科學觀點必須得到足夠多且可重復獲得的證據加以佐證，為此人們不斷開發(fā)出了效果更好的觀察工具和技術，以此來發(fā)現那些僅靠人體感官所無法觸及的證據。盡管人們常常會對獲得的證據采取完全不同的處理方式，甚至得出截然相反的結論，但是在把證據和結論聯結起來的過程中，他們都無一例外地自覺遵循邏輯推理的原則，從而使自己的解釋看上去是合理的。

科學探究也是最需要改善的一種教學方式。其最突出的問題主要表現為對科學結論的過度追求。比如，我們經?？梢栽诠_課上看到這樣的現象：學生在課堂中提出的假設明顯超出教師預料，卻很少有教師會為之單獨地、臨時地設計一個實驗進行求證，在絕大多數情況下，教師會巧妙地找個理由（如實驗器材準備不足、課堂時間有限等）將之排除在外，以保證課堂按照原有的計劃進行下去。再比如，一旦學生通過探究后沒能出現教師期望的結果，實驗往往不會被要求重復進行，教師會作出貌似合理的解釋，如學生觀察得不夠仔細全面、實驗操作不規(guī)范、屬于正常的數據誤差等等，這足以表明教師其實并沒有將探究活動所獲取的證據作為一種重要的生成性教學資源，至于科學論證過程更是一帶而過。如果從科學的道德規(guī)范層面來看，“不采用論證方式而使用教師或書本權威的判定最不可取……這是科學探究中的殖民主義?！盵3]正是出于這種現狀，奧斯本指出：科學課堂缺少科學論證是現代教育的嚴重問題。endprint

（二）科學論證需要借助科學探究展開

托馬斯·庫恩指出：“科學教科書幾乎始終無例外地被理解為：科學方法僅僅是由收集這些課本資料的各種技巧，與把課本資料與理論聯系起來的邏輯運作兩者湊合的結果?！盵4]這其實可被理解為對無科學探究基礎的純科學論證教學的一種婉轉式批評。一個較為完整的科學論證過程應由提出假設、收集證據和邏輯推理三大要素構成（見圖1）。假設是對研究問題的猜測或解釋，它應該與證據相符；證據是指能夠支撐假設的各種事實，如觀察到的實驗現象，采集到的實驗數據以及從書籍、資料庫等其他途徑獲得的相關信息；推理則闡明證據為什么支持假設，如何支持假設。推理為證據提供解釋，而證據為推理提供辯護。[5]不難發(fā)現，這和科學探究的過程高度契合，也為兩者的互相融合提供了現實的可行性。

若科學教育的目的是掌握現有的科學知識，科學探究活動肯定不是最有效率的教學方式。若以獲得科學知識、認識科學探究及科學本質等綜合性科學素養(yǎng)為宗旨，那種純辯論性的科學論證學習同樣難以勝任。只有通過科學探究活動參與科學論證的學生，實踐能力和思維活性才能得到充分激發(fā)，可見讓學生參與科學論證活動是改善科學探究教學品質的一種必然選擇。

三、以科學論證為導向的探究教學操作要點

我們發(fā)現，科學家在進行研究時，除了要明確研究目的之外，還要思考如何把實驗設計得更合理有效，采取何種措施以保證取得全面可靠的數據，從這些數據背后可否做出多種不同的解釋等等。“以探究的過程來教科學，如果不能有機會讓學生進行論證、解釋的建構和證據的評價，那將無法呈現科學本質的核心成分，或是建立一個發(fā)展學生理解的機會?！盵6]這對我們的課堂教學不無啟示。

（一）在提出假設時，要盡可能讓每個學生作出假設，明確自己要“將做什么”

世上并沒有眾人的真理，只有個人的真理；并沒有客觀的真理，只有主觀的真理。這種哲學觀雖帶有極端的唯心主義，但也能讓我們在明確并提出自己觀點的同時，尊重和理解他人的觀點。有這樣一種說法：差的教師直接告訴學生答案，合格的教師告訴學生到哪兒找答案，好教師是堅持不給學生答案，而是引導學生去思考、辯論，理解和建立假設?？茖W教師可以把每一個學生的假設記錄下來，比如保存在電子白板上，或者專門在黑板上粘貼一張巨大的記錄紙，引導學生在上面寫下自己和他人不同的觀點。

以“水中的物體受到水的浮力”這一教學案例為主題，教師就可以先讓學生羅列出幾種不同假設：（1）只有浮在水面上的物體才受到水的浮力，沉在水里的物體不受到水的浮力；（2）在水里的物體，不管沉或浮都受到水的浮力；（3）同一個物體，浮在水面時受到水的浮力大，浸沒在水中時受到的水的浮力?。唬?）與（3）觀點相反。 這些都是學生頭腦中對浮力可能存在的自我解釋。接著教師結合實驗操作和生活經驗提供如下幾個證據：（1）不同的物體在水中的沉浮情況是各不相同的；（2）把充滿氣的皮球放在水中，它是浮著的，把它往水中下按時很費勁；（3）硬幣在空氣中下落時基本是直線式的，而在水中下沉時的軌跡是非直線式的；（4）回想從水井中打水時，裝滿水的水桶會往下沉，往上慢慢提出水面的過程中手會覺得越來越重……最后重點組織學生通過討論來選擇哪些證據可支持某個假設，哪些假設之間是相互矛盾的，哪些解釋之間可以互相補充，最終形成關于浮力更為合理嚴密的科學知識。

（二）在收集證據時，要引導學生全面關注各種信息，為科學論證提供必要的論據

學生通過探究活動可以獲得各種證據。一類稱之為證實證據，它能夠支撐學生原先的觀點；另一類稱之為證偽證據，它不能夠支持原先的假說，用原先的觀點也無法解釋它為何出現。小學生一般更容易觀察到那些符合自己假設的實驗現象，對那些與自己假設不一致的事實采取忽略的態(tài)度，很多有價值的事實和數據成為背景信息，這就導致學生不能正確全面地評估證據，甚至產生錯誤的論證結果。教師應該指導學生在探究活動中全面客觀地記錄實驗現象、采集實驗數據，特別是要重視證偽證據的獨特作用，有意識地引導學生思考證偽證據存在的價值，讓學生體會到不同類型的證據對假設所起的支撐作用。

以“人眼如何看見物體”為例。很多學生通過各種生活中的事實性證據發(fā)現：當有光線照射在物體上，并且人的視線也到達物體上時，一般都能夠看到物體。這個推理雖然符合絕大部分生活經驗，但卻與科學結論并不嚴密相符（科學的解釋應該是“光線照射到物體上再反射到人的眼中”）。這時教師不妨設計一個“看發(fā)亮的鏡子”的探究活動（見圖2），讓學生分別從A孔的正上方、緊貼B孔或C孔朝鏡子觀察，這時學生會驚訝地發(fā)現：從A孔能夠看到發(fā)亮的鏡子，但是從B或C孔觀察時鏡子幾乎不可見。這一證偽證據的出現，對學生頭腦中原本的看法造成了強烈的沖擊，逼迫其要么放棄原本的觀點，重新選擇或建立新的解釋，要么對它進行細微的修正，得出一個更接近科學知識的解釋。

（三）在邏輯推理時，要充分進行質疑辯論，促進學生在證據與假設之間達成協調

當前課堂中的邏輯推理活動多以師生間的問答形式呈現，這種單一的固定模式造成學生缺乏質疑他人觀點的熱情和欲望，對其他人提出的證據和想法漠不關心，只希望得到教師權威的定論。所以教師要采用多種形式盡可能地讓每一小組展示證據、表達推理過程，這樣有助他們在尊重事實的基礎上得出合乎邏輯的結論，同時也利于不同觀點之間的互相辯駁和補充，促進不同的證據和作出的假設之間趨向協調。

比如教師可以圍繞人類科學發(fā)展進程中一些具有代表性的科學問題，如“基因工程”“溫室效應”等，把全班學生分為正、反兩方，圍繞各自所持有的觀點展開針鋒相對的辯論賽，要注意的是，當學生在質疑與反駁中出現僵持不下的情形時，教師要及時加以協調，讓學生理解科學辯論真正目的不是為了獲得暫時的勝出，而在于從證據出發(fā)推理出最具解釋力、最合理的觀點，學會以質疑、辯護、反駁、發(fā)展等方式回應他人想法。

科學論證能力并不是學生參與科學探究活動的一種必然結果和自然習得。這需要教師在開展科學探究教學活動時把科學論證列入教學目標框架之內，并在組織教學時有意識地予以關注和實現。唯有滿足這兩個條件，才能促進學生對科學探究的真正理解和科學論證能力的提高。

參考文獻：

[1]許春良，冷巨豐.科學思維：小學科學教學的價值追求[J].江蘇教育研究， 2014（6A）.

[2]美國科學促進協會.科學素養(yǎng)的導航圖[M].中國科學技術協會，譯.北京：科學普及出版社，2008：16.

[3]張世成.探究教學中證據意識的培養(yǎng)[J].物理通報，2012（4）.

[4][美]托馬斯·庫恩.科學革命的結構[M].金吾倫，胡新和，譯.北京：北京大學出版社，2003：1.

[5]季薛慶.科學論證取向的實驗教學探索[J].全球教育展望，2012（2）.

[6]潘瑤珍.基于論證的科學教育[J].全球教育展望， 2010（6）.

責任編輯：石萍endprint