陳仁旭 王長(zhǎng)江 左崇睿

(安徽師范大學(xué)物理與電子信息學(xué)院 安徽 蕪湖 241002)

1 問(wèn)題提出

科學(xué)論證能力是各國(guó)公民必備的核心能力．為了滿足知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代對(duì)人才的需求，絕大多數(shù)國(guó)家都將科學(xué)論證能力視為重要的培養(yǎng)目標(biāo)納入科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)[1]．美國(guó)國(guó)家研究委員會(huì)于2013年發(fā)布的《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》明確將“基于證據(jù)的論證”列為K-12科學(xué)教育中的8種實(shí)踐之一，將科學(xué)論證作為科學(xué)實(shí)踐要素用于指導(dǎo)課堂教學(xué)[2]．我國(guó)新修訂的《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020修訂)》(以下簡(jiǎn)稱新課標(biāo))也將科學(xué)論證列為科學(xué)思維的核心要素．目前，科學(xué)論證已成為我國(guó)科學(xué)教育研究的熱點(diǎn)話題，然而如何有效開(kāi)展科學(xué)論證教學(xué)仍有許多問(wèn)題需要解決．

物理概念與規(guī)律知識(shí)是中學(xué)物理教學(xué)知識(shí)的主體，在中學(xué)物理教學(xué)中都十分重視．將科學(xué)論證融入物理教學(xué)實(shí)際，關(guān)鍵在于如何運(yùn)用科學(xué)論證教學(xué)形式優(yōu)化物理概念、規(guī)律知識(shí)教學(xué)．通過(guò)梳理國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究，筆者找到了有助于物理概念、規(guī)律知識(shí)形成的PCRR科學(xué)論證教學(xué)模式．

2 PCRR模式概述

PCRR(Present，Critique，Reflect，Refine)論證教學(xué)模式是由Kujawski于2015年提出，旨在通過(guò)科學(xué)論證活動(dòng)促進(jìn)學(xué)生科學(xué)交流，發(fā)展學(xué)生對(duì)于核心概念與規(guī)律的理解，并且培養(yǎng)學(xué)生批判性思維與科學(xué)論證能力．PCRR教學(xué)模式作為一種滲透式教學(xué)策略，能夠在科學(xué)課堂上持續(xù)營(yíng)造科學(xué)論證的氛圍，并且促進(jìn)學(xué)生對(duì)科學(xué)概念、規(guī)律理解的不斷完善[3，4]．PCRR論證教學(xué)模式如圖1所示.

圖1 PCRR科學(xué)論證教學(xué)模式圖

階段1：呈現(xiàn)

該階段教師可以采用兩種方法：第一種，引導(dǎo)學(xué)生基于前概念與經(jīng)驗(yàn)，對(duì)研究的問(wèn)題提出屬于自己的主張，然后向?qū)W生提供相關(guān)材料，指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)材料提出新的主張，最后通過(guò)對(duì)比確定主張，建構(gòu)論證．第二種，教師直接提供相關(guān)材料，指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)材料提出主張，建構(gòu)論證．教學(xué)過(guò)程中教師要指導(dǎo)學(xué)生記錄所建構(gòu)的主張、證據(jù)和推理過(guò)程，組間交換，開(kāi)展同行評(píng)審．

階段2：批判

該階段學(xué)生對(duì)他人主張、證據(jù)與推理過(guò)程提出反饋意見(jiàn)并及時(shí)記錄，教師指導(dǎo)學(xué)生將反饋意見(jiàn)整理為便簽形式歸還原組，隨后引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展高質(zhì)量的討論活動(dòng)，注意及時(shí)板書呈現(xiàn)有價(jià)值的質(zhì)疑與批判，并時(shí)刻提醒學(xué)生基于證據(jù)分析主張與推理過(guò)程，實(shí)事求是發(fā)表意見(jiàn)．

階段3：反思

該階段要求學(xué)生平復(fù)情緒，閱讀和反思階段2收到的反饋意見(jiàn)，重新分析主張與推理過(guò)程，思考證據(jù)的準(zhǔn)確性與充分性．該階段學(xué)生可能出現(xiàn)以下3種情況.

(1)學(xué)生的探究方法有缺陷，需要重新設(shè)計(jì)．教師要幫助學(xué)生重新設(shè)計(jì)方案，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行預(yù)測(cè)．學(xué)生再次探究，根據(jù)探究結(jié)果建構(gòu)新主張與推理過(guò)程．

(2)學(xué)生誤用資料，導(dǎo)致主張不準(zhǔn)確．教師指導(dǎo)學(xué)生反思主張并提示正確資料，幫助學(xué)生建立正確主張與推理過(guò)程．

(3)學(xué)生需要增加證據(jù)支撐主張．教師指導(dǎo)學(xué)生討論證據(jù)充分性，引導(dǎo)學(xué)生挖掘證據(jù)．

階段4：提煉

該階段要求學(xué)生在反思的基礎(chǔ)上，運(yùn)用實(shí)證資料證實(shí)主張，并將最初主張與提煉后的主張進(jìn)行比較，回顧得出最終主張的整個(gè)討論與推理過(guò)程．

通過(guò)上述介紹可以看出，使用PCRR模式能夠有效訓(xùn)練學(xué)生對(duì)于論證語(yǔ)言的使用，帶領(lǐng)學(xué)生體驗(yàn)同行評(píng)審這種規(guī)范的科學(xué)論證活動(dòng)，結(jié)合具體的教學(xué)內(nèi)容，選擇合適的書面論證手段來(lái)記錄學(xué)生的論證過(guò)程，運(yùn)用PCRR模式開(kāi)展概念和規(guī)律教學(xué)，從論證語(yǔ)言和書面論證兩個(gè)維度，通過(guò)呈現(xiàn)、批判、反思、提煉4個(gè)階段，能夠幫助學(xué)生建構(gòu)完整的概念形成與規(guī)律發(fā)現(xiàn)的思維加工過(guò)程，明確形成和發(fā)現(xiàn)概念、規(guī)律的嚴(yán)謹(jǐn)性與科學(xué)性，形成對(duì)概念與規(guī)律深刻的理性認(rèn)識(shí)，并且提升學(xué)生的科學(xué)表達(dá)、質(zhì)疑批判、小組合作、科學(xué)論證等學(xué)科素養(yǎng)．

3 PCRR模式在“自由落體運(yùn)動(dòng)”教學(xué)中的運(yùn)用

3.1 “自由落體運(yùn)動(dòng)”教學(xué)疑難分析

自由落體運(yùn)動(dòng)是勻變速運(yùn)動(dòng)的一個(gè)重要實(shí)例，也是能量轉(zhuǎn)換問(wèn)題所涉及的常用模型．新課標(biāo)是從物理實(shí)驗(yàn)和物理學(xué)史兩方面對(duì)本節(jié)內(nèi)容提出要求，即“通過(guò)實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識(shí)自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律．結(jié)合物理學(xué)史的相關(guān)內(nèi)容，認(rèn)識(shí)物理實(shí)驗(yàn)與科學(xué)推理在物理學(xué)研究中的作用”等[5]．

然而實(shí)際教學(xué)中，教師大多使用“下定義”的方式直接給出“自由落體運(yùn)動(dòng)”的概念，忽略了學(xué)生概念建構(gòu)的思維加工過(guò)程，教學(xué)過(guò)程不尊重學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，學(xué)生的科學(xué)思維，尤其是科學(xué)論證能力得不到有效培養(yǎng)．

3.2 PCRR教學(xué)模式在“自由落體運(yùn)動(dòng)”教學(xué)中的應(yīng)用

筆者嘗試以PCRR模式為理論基礎(chǔ)，補(bǔ)充使用簡(jiǎn)化的圖爾敏論證模型來(lái)呈現(xiàn)與記錄學(xué)生的論證過(guò)程[6]，針對(duì)“物體下落快慢究竟與什么因素有關(guān)”和“自由落體運(yùn)動(dòng)究竟是一種怎樣的運(yùn)動(dòng)”兩個(gè)核心問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行論證，具體教學(xué)思路如下.

(1)通過(guò)事實(shí)論證得出自由落體運(yùn)動(dòng)條件

教師通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)(同質(zhì)量紙張、紙團(tuán)從同一高度下落)、生活情境(跳傘運(yùn)動(dòng)員開(kāi)傘前后速度改變)引入，提出核心問(wèn)題“物體下落快慢究竟與什么因素有關(guān)?”針對(duì)問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展小組論證，并填寫論證記錄表(如表1形式)，組間交換紙張，開(kāi)展同行評(píng)審．小組指派代表陳述論證內(nèi)容，針對(duì)匯報(bào)內(nèi)容其他小組提出證據(jù)，列舉反例，進(jìn)行質(zhì)疑與批判，教師要注意把握討論氣氛，并及時(shí)板書記錄．

呈現(xiàn)與批判階段結(jié)束后，教師補(bǔ)充事實(shí)材料：播放牛頓管實(shí)驗(yàn)視頻，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與同行反饋意見(jiàn)，反思證據(jù)的充分性與準(zhǔn)確性，推理邏輯是否正確．隨后進(jìn)入提煉階段，教師幫助學(xué)生基于反思，梳理整個(gè)論證活動(dòng)，明確自己的主張、證據(jù)與推理，用不同顏色的筆填寫論證記錄表(參考論證內(nèi)容如表1)，并指導(dǎo)學(xué)生比較最初論證內(nèi)容(主張、證據(jù)、推理)與提煉后論證內(nèi)容的不同，回憶整個(gè)修改過(guò)程，同時(shí)教師呈現(xiàn)論證要素關(guān)系圖，如圖2所示，幫助學(xué)生明確論證要素間的邏輯關(guān)系．

圖2 論證要素關(guān)系圖

表1 論證記錄表

上述教學(xué)環(huán)節(jié)實(shí)施后，教師便能夠自然引入自由落體運(yùn)動(dòng)的條件(初速度為零且只受重力)，幫助學(xué)生順利理解“自由落體運(yùn)動(dòng)”是一種理想模型，明確下落運(yùn)動(dòng)被近似看作“自由落體運(yùn)動(dòng)”的條件(阻力相對(duì)重力較小可以忽略的初速度為零的下落運(yùn)動(dòng))，并引導(dǎo)學(xué)生得出“自由落體運(yùn)動(dòng)”初步概念(即初速度為零的加速直線運(yùn)動(dòng))．概括地說(shuō)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)事實(shí)，引入條件，建構(gòu)理想模型，得出初步概念.

(2)通過(guò)實(shí)驗(yàn)論證驗(yàn)證自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律

初步概念明確后，教師可以很自然地提出問(wèn)題，“自由落體運(yùn)動(dòng)究竟是一種怎樣的運(yùn)動(dòng)？”引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證“自由落體運(yùn)動(dòng)”是否符合“勻變速直線運(yùn)動(dòng)”規(guī)律．根據(jù)教學(xué)器材實(shí)際，教師演示實(shí)驗(yàn)(例如新人教版必修一圖2.4-2[7])，呈現(xiàn)不同實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，指導(dǎo)學(xué)生計(jì)算加速度大小，填寫實(shí)驗(yàn)論證記錄表(如表2形式)，組間交換、開(kāi)展同行評(píng)審．

呈現(xiàn)與批判階段結(jié)束后，教師補(bǔ)充課本第47頁(yè)“一些地點(diǎn)的重力加速度表格”[7]，介紹重力加速度概念，引導(dǎo)學(xué)生基于證據(jù)、反饋信息以及補(bǔ)充材料，重新填寫論證記錄表(參考論證內(nèi)容如表2)，同時(shí)教師呈現(xiàn)論證要素關(guān)系圖(圖3)，幫助學(xué)生理解論證要素間的邏輯關(guān)系，反思與提煉論證內(nèi)容，最后總結(jié)“自由落體運(yùn)動(dòng)”條件、概念與規(guī)律．

表2和圖3如下.

表2 新論證記錄表

圖3 新論證要素關(guān)系圖

(3)體會(huì)伽利略的研究與論證過(guò)程

完成“自由落體運(yùn)動(dòng)”一節(jié)知識(shí)的學(xué)習(xí)后，教師給予學(xué)生時(shí)間閱讀教材“科學(xué)漫步”與“STSE”欄目?jī)?nèi)容[7]，可運(yùn)用圖4和圖5向?qū)W生展示伽利略的研究與論證過(guò)程．

圖4 伽利略對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)研究與論證過(guò)程

圖5 斜面實(shí)驗(yàn)與合理外推的結(jié)合

引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)伽利略的研究與論證過(guò)程，并與本節(jié)課所開(kāi)展的論證過(guò)程進(jìn)行對(duì)比，幫助學(xué)生提高科學(xué)思維品質(zhì)，領(lǐng)會(huì)物理學(xué)家嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度與質(zhì)疑創(chuàng)新的精神．

4 結(jié)束語(yǔ)

PCRR教學(xué)模式屬于循環(huán)式的論證教學(xué)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要開(kāi)展復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)操作，強(qiáng)調(diào)利用觀察和查找資料形成論據(jù)、論點(diǎn)以及推理過(guò)程，并且整個(gè)教學(xué)模式首尾相連，可在一堂課中循環(huán)使用，適用于物理概念、規(guī)律知識(shí)的進(jìn)階教學(xué)．

教師運(yùn)用PCRR教學(xué)模式，結(jié)合書面論證的呈現(xiàn)，開(kāi)展科學(xué)論證教學(xué)能夠促進(jìn)學(xué)生對(duì)于物理概念、規(guī)律知識(shí)的深入理解，培養(yǎng)學(xué)生基于證據(jù)的論證思維、基于證據(jù)解釋結(jié)果的探究能力以及基于證據(jù)和邏輯的科學(xué)態(tài)度，并且有效發(fā)展學(xué)生的批判性思維、科學(xué)交流與同伴合作能力；教學(xué)中PCRR教學(xué)模式與書面論證相結(jié)合，能夠展示學(xué)生的思維過(guò)程，以及學(xué)生對(duì)于核心概念與規(guī)律的理解程度和論證質(zhì)量，進(jìn)而反映學(xué)生對(duì)于知識(shí)的理解與論證能力水平．