翁慶雙 曾海輝 賈夢如

摘要： 基于“多重論證”的科學(xué)實(shí)踐教學(xué)模型，以“金屬的復(fù)習(xí)”為例，將模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)解釋、科學(xué)評價(jià)（辯論）等科學(xué)實(shí)踐行為引入科學(xué)探究，提煉以證據(jù)為核心、以探究為載體、以思維為關(guān)鍵、以能力為目標(biāo)的教學(xué)策略，以此消除化學(xué)教學(xué)中存在的模式化、教條化、機(jī)械化的現(xiàn)象。

關(guān)鍵詞： 多重論證; 科學(xué)實(shí)踐; 教學(xué)模型; 金屬的復(fù)習(xí)

文章編號： 10056629（2022）07003205

中圖分類號： G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識碼： B

科學(xué)探究是化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)之一。經(jīng)過近二十年的教學(xué)探索，初中化學(xué)中的探究教學(xué)相較之前已成熟許多，但同時也出現(xiàn)了一些新問題，主要表現(xiàn)有三個方面： 一是將科學(xué)探究僵化為單一步驟集合體，缺乏假說、推測、解釋等理論性思考;二是對科學(xué)探究的解讀陷入“科學(xué)方法”的思維定勢，弱化科學(xué)思維的作用;三是對科學(xué)探究理解未能統(tǒng)一，教學(xué)實(shí)踐千差萬別[1]。2011年，美國發(fā)布《K12年級科學(xué)教育框架： 實(shí)踐、跨學(xué)科概念和核心概念》（以下簡稱“科學(xué)教育框架”）中，以“科學(xué)實(shí)踐”取代“科學(xué)探究”，提出從科學(xué)探究向科學(xué)實(shí)踐的轉(zhuǎn)變。這其中的關(guān)鍵則是引入模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)解釋、科學(xué)評價(jià)（辯論）等在科學(xué)教育中很少被足夠重視的重要科學(xué)實(shí)踐行為[2]。

科學(xué)教育改革將提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)作為目標(biāo)，即培養(yǎng)學(xué)生具備像科學(xué)家一樣收集資料、分析數(shù)據(jù)、形成觀點(diǎn)并與科學(xué)社群進(jìn)行溝通互動的能力，讓學(xué)生為他們的想法尋找理由及論據(jù)，進(jìn)而提高邏輯推理和問題解決能力?；诖耍疚慕Y(jié)合當(dāng)代相關(guān)教育理論，將“科學(xué)論證”引入化學(xué)教學(xué)，建構(gòu)基于“多重論證”的科學(xué)實(shí)踐模型。

1 基于“多重論證”的科學(xué)實(shí)踐模型概述

從科學(xué)探究到科學(xué)實(shí)踐的轉(zhuǎn)變，關(guān)鍵在于科學(xué)論證。缺少科學(xué)論證的探究就變成了固化的步驟模式。科學(xué)論證要求師生基于現(xiàn)象進(jìn)行推理，基于假設(shè)獲取證據(jù)，基于證據(jù)建構(gòu)模型，基于模型做出解釋，并以此尋求探究結(jié)果與理論的一致性，此即為科學(xué)實(shí)踐。基于“多重論證”的科學(xué)實(shí)踐模型，即在教學(xué)過程中突出科學(xué)論證，注重從已有經(jīng)驗(yàn)、問題情境、科學(xué)實(shí)驗(yàn)、調(diào)查搜證等多方面識別、轉(zhuǎn)換、形成證據(jù)，利用證據(jù)進(jìn)行推理解釋，在假設(shè)與結(jié)論之間建立多重邏輯關(guān)系，從而解決問題。此學(xué)習(xí)過程突出證據(jù)作用過程，強(qiáng)調(diào)科學(xué)研究的實(shí)踐屬性。具體實(shí)踐模型如圖1所示。

第一，以證據(jù)過程為核心。這里所謂的證據(jù)，可以理解為作出判斷的理由與依據(jù)，既包括用于推理論證過程的信息和數(shù)據(jù)，也包括獲得（形成）證據(jù)的過程。證據(jù)過程貫穿于整個科學(xué)教學(xué)，它是一切科學(xué)推理與論證的起點(diǎn)。

第二，以科學(xué)實(shí)踐為載體。此處科學(xué)實(shí)踐即為科學(xué)探究，就如美國“科學(xué)教育框架”中所言，科學(xué)實(shí)踐之于科學(xué)探究并非否定取代之意，而是為之正名[3]。科學(xué)探究依然是科學(xué)研究和學(xué)習(xí)的重要方式，它包含了真實(shí)問題解決的環(huán)節(jié)、高階思維應(yīng)用的情境、關(guān)鍵能力培養(yǎng)的途徑。之所以采用科學(xué)實(shí)踐這一提法，意在防止教學(xué)中出現(xiàn)過分模式化、教條化與機(jī)械化的處理方

式，突出高階思維、關(guān)鍵能力、態(tài)度觀念在其中的重要作用與地位。

第三，以科學(xué)思維為實(shí)質(zhì)。科學(xué)思維是化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要組成部分，在科學(xué)實(shí)踐過程中，科學(xué)思維是學(xué)生從一個探究環(huán)節(jié)到另一個探究環(huán)節(jié)所發(fā)生的心智過程，如科學(xué)推理、科學(xué)論證、科學(xué)解釋、科學(xué)建模、模型理解等。科學(xué)思維隱含在學(xué)習(xí)過程之中，卻又真實(shí)存在。北京師范大學(xué)董艷教授認(rèn)為，“沒有科學(xué)思維的科學(xué)探究只能停留在做做看，做到哪算哪的淺層次”。只有融入科學(xué)思維，尤其是高階思維，科學(xué)探究才能真正意義上向科學(xué)實(shí)踐轉(zhuǎn)變。

第四，以論證循環(huán)為關(guān)鍵。本模型中的科學(xué)論證循環(huán)是指從提出假設(shè)、確定所需證據(jù)、獲取處理數(shù)據(jù)、分析論證，到反駁并修正假設(shè)，再次進(jìn)入論證，如此循環(huán)往復(fù)的過程。每一次論證循環(huán)之中，學(xué)習(xí)者或是發(fā)現(xiàn)假設(shè)偏頗予以修正，或是數(shù)據(jù)偏差予以糾正，或是證據(jù)不足予以補(bǔ)充，從而實(shí)現(xiàn)對科學(xué)論證的逐步優(yōu)化和完善。該過程包含推理、論證、建模等思維內(nèi)容，融入大量的元認(rèn)知、創(chuàng)新性、批判性、決策性等高階思維過程。

2 基于“多重論證”的科學(xué)實(shí)踐教學(xué)策略

將基于“多重論證”的科學(xué)實(shí)踐模型應(yīng)用于初中化學(xué)教學(xué)，旨在通過科學(xué)論證過程，提升高階思維，發(fā)展關(guān)鍵能力，培養(yǎng)核心素養(yǎng)。本文以“金屬的復(fù)習(xí)”為例對具體做法進(jìn)行說明。

2.1 基于情境推理，形成初步結(jié)論

在“金屬的復(fù)習(xí)”提問環(huán)節(jié)中，教師設(shè)置“探尋眼鏡框上的綠色物質(zhì)”的任務(wù)情境，引導(dǎo)學(xué)生在活動中獲得情境證據(jù)，調(diào)用原有證據(jù)（原有認(rèn)知），并以此為基礎(chǔ)表達(dá)心中的疑問，進(jìn)一步通過分析整合，確立“綠色物質(zhì)是怎么形成的”為本節(jié)課的研究主題。而在建立假設(shè)的過程中，讓學(xué)生搜索原有認(rèn)知中與“金屬銹蝕原理、產(chǎn)物及其性質(zhì)”有關(guān)的信息，并結(jié)合之前的情境證據(jù)進(jìn)行推理，從而初步回答提出的問題，建立初步假設(shè)。具體過程如圖2所示。

此環(huán)節(jié)中，學(xué)生以情境證據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行推理，活動任務(wù)情境可活躍課堂氛圍，激發(fā)學(xué)習(xí)動機(jī)。而推理過程則隱藏在科學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)之中，如確立研究問題時，學(xué)生要對表達(dá)的疑問進(jìn)行分析回答、篩選整合，利用情境證據(jù)和原有證據(jù)進(jìn)行推理。再如建立假設(shè)的過程，既是對研究問題的回答，也是一個推理過程，只是推理依據(jù)來源于情境證據(jù)與原有證據(jù)，所得答案是初步假設(shè)，仍需進(jìn)一步論證。以上推理過程都是基于“證據(jù)→結(jié)論”的正向推理。

2.2 基于證據(jù)獲取，設(shè)計(jì)多重論證

基于“多重論證”的科學(xué)實(shí)踐課堂經(jīng)歷多次論證過程，每一次論證過程都圍繞證據(jù)展開。如基于初步假設(shè)的逆向推理可確定進(jìn)一步論證所需的證據(jù)，之后的設(shè)計(jì)實(shí)施方案是為了獲取證據(jù)。獲得證據(jù)后的正向推理便可建立證據(jù)與結(jié)論之間的邏輯關(guān)系： 若支持結(jié)論則論證成立，否則將反駁并修正假設(shè)，最后再次進(jìn)入逆向推理過程，開始新一輪論證。如此往復(fù)，構(gòu)成了“推理論證循環(huán)”。其操作模型如圖3所示。

此環(huán)節(jié)總共經(jīng)歷五次“推理論證循環(huán)”，證據(jù)獲取過程包括科學(xué)實(shí)驗(yàn)，查閱文獻(xiàn)、書籍、網(wǎng)絡(luò)影像資料，詢問求助等多個途徑。證據(jù)內(nèi)容包含銅生銹的現(xiàn)象、銅銹的化學(xué)成分、古法煉銅原理、置換法提取銅、還原法提取銅等五個方面。由于單次論證過程均無法完全

支持結(jié)論，其中“論證二”甚至反駁假設(shè)，但所有五次論證循環(huán)綜合分析，卻大大增加了結(jié)論的可靠性，使假設(shè)更加接近真相。

值得一提的是，整個“推理論證循環(huán)”中的思維過

程有逆向推理（由結(jié)論到證據(jù)）、證據(jù)獲?。ǚ桨冈O(shè)計(jì)與實(shí)施）和正向推理（由證據(jù)到結(jié)論）等。學(xué)生所采用的學(xué)習(xí)方式有獨(dú)立思考、合作討論、說理解釋、辯論反駁、交流評價(jià)等，所有這些共同構(gòu)成了科學(xué)論證的過程。因此，此環(huán)節(jié)對提升學(xué)生表達(dá)與交流、信息獲取與加工、評價(jià)與反思等學(xué)科能力，培養(yǎng)元認(rèn)知、創(chuàng)造性、批判性、決策性等思維能力有至關(guān)重要的作用。這正是科學(xué)探究向科學(xué)實(shí)踐轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵。

2.3 基于科學(xué)解釋，優(yōu)化科學(xué)模型

在“推理論證循環(huán)”環(huán)節(jié)，學(xué)生獲得了包括情境證據(jù)、原有證據(jù)、獲取的證據(jù)在內(nèi)的證據(jù)群，初步完成了證據(jù)與假設(shè)之間的邏輯鏈接。對假設(shè)的支持、反駁或修正都是基于個別證據(jù)的論證。要完全解決問題，則需要對證據(jù)群進(jìn)行分析整理，尋找建立“證據(jù)與證據(jù)”、“證據(jù)、結(jié)論與問題”之間的邏輯關(guān)系，需要涉及科學(xué)推理、科學(xué)建模和科學(xué)解釋的過程。其過程如圖4所示。

此過程中學(xué)生通過科學(xué)推理對證據(jù)群進(jìn)行綜合分析。首先，情境證據(jù)、原有證據(jù)及證據(jù)2在推理和反駁修正的基礎(chǔ)上共同建構(gòu)了生成綠色物質(zhì)的反應(yīng)物模型;證據(jù)1與證據(jù)3確認(rèn)了假設(shè)成立的可能性;證據(jù)3為證據(jù)5的獲取打開了思路;證據(jù)4與證據(jù)5則是直接從綠色物質(zhì)中提取出了金屬銅，為假設(shè)的成立提供了有力的支持。其次，基于證據(jù)群提取并建構(gòu)了問題解決模型，包括生成綠色物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)原理、反應(yīng)物的來源及生活應(yīng)用。其三，利用模型對現(xiàn)象進(jìn)行解釋，獲得科學(xué)模型與現(xiàn)象之間的一致性、合理性和邏輯性。最終問題得以解決。

3 基于“多重論證”的科學(xué)實(shí)踐模型的應(yīng)用價(jià)值

3.1 促進(jìn)科學(xué)探究向科學(xué)實(shí)踐轉(zhuǎn)變

基于“多重論證”的科學(xué)實(shí)踐課堂，以證據(jù)要素為基礎(chǔ)，始于真實(shí)情境中的問題提出，終于科學(xué)探究后的問題解決。而這兩者之間包含了科學(xué)推理、模型建構(gòu)、模型理解、科學(xué)解釋、科學(xué)論證的思維過程;同時也有科學(xué)實(shí)驗(yàn)、調(diào)查研究、資料查閱、詢問求助等研究方法;還有合作、討論、評價(jià)、辯論、說服、反駁等實(shí)踐行為。所有這些加深了學(xué)習(xí)者的研究層次，突出了學(xué)習(xí)過程的實(shí)踐屬性，加強(qiáng)了科學(xué)探究的靈活性，促進(jìn)了科學(xué)探究向科學(xué)實(shí)踐的轉(zhuǎn)變。

3.2 促進(jìn)淺層認(rèn)知向深度學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變

基于“多重論證”的科學(xué)實(shí)踐課堂，擁有生活化的問題情境（眼鏡框上的綠色物質(zhì)）、統(tǒng)領(lǐng)性的學(xué)習(xí)主題（綠色物質(zhì)如何形成）、挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)任務(wù)（尋找證據(jù)解決問題）、合作交流的學(xué)習(xí)方式（科學(xué)實(shí)踐過程）、持續(xù)性的學(xué)習(xí)評價(jià)（對假設(shè)、方案、證據(jù)過程的討論與反思）。作為學(xué)習(xí)主體的學(xué)生身歷其境，獲得內(nèi)在的學(xué)習(xí)動機(jī)，主動進(jìn)行知識建構(gòu)，運(yùn)用創(chuàng)造性、批判性、決策性的高階思維，實(shí)踐元認(rèn)知及建模遷移的學(xué)習(xí)過程。學(xué)生的學(xué)習(xí)層次由表面淺層轉(zhuǎn)向內(nèi)涵深層次。

3.3 促進(jìn)低階思維向高階思維轉(zhuǎn)變

基于“多重論證”的科學(xué)實(shí)踐教學(xué)引入的是科學(xué)論證過程，而科學(xué)論證的推進(jìn)需要科學(xué)推理、科學(xué)建模、科學(xué)解釋的參與。相較講授式課堂，學(xué)生由記憶、理解、應(yīng)用等低階思維的運(yùn)用，向分析、評價(jià)、創(chuàng)造等高階思維活動轉(zhuǎn)變，有利于學(xué)生關(guān)鍵能力的提升。

3.4 促進(jìn)知識傳授向素養(yǎng)提升轉(zhuǎn)變

以知識立意的課堂教學(xué)已不能滿足現(xiàn)階段對人才培養(yǎng)的要求，只有從素養(yǎng)立意出發(fā)，才能培養(yǎng)出適應(yīng)新時代的人才。初中化學(xué)課程核心素養(yǎng)已經(jīng)發(fā)布，包括

化學(xué)觀念、科學(xué)思維、探究實(shí)踐、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任四個方面。其中探究實(shí)踐是其他幾個素養(yǎng)要素培養(yǎng)的載體，而核心素養(yǎng)的培養(yǎng)效果則取決于科學(xué)探究向科學(xué)實(shí)踐轉(zhuǎn)化的程度。基于“多重論證”的科學(xué)實(shí)踐課堂，從核心素養(yǎng)導(dǎo)向的教學(xué)目標(biāo)出發(fā)，在科學(xué)教學(xué)中引入“多重論證”過程，從本質(zhì)上實(shí)現(xiàn)從科學(xué)探究到科學(xué)實(shí)踐的轉(zhuǎn)變。其中“多重論證”過程，則是建立在科學(xué)推理、科學(xué)建模、科學(xué)解釋等多種科學(xué)思維的基礎(chǔ)之上。它建立了化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)各要素之間的聯(lián)系，提供了核心素養(yǎng)真正落地的途徑。

4 基于“證據(jù)推理”的科學(xué)教學(xué)反思

在教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，基于“多重論證”的科學(xué)實(shí)踐課堂中，多重論證環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)是難點(diǎn)和關(guān)鍵。它直接影響學(xué)生的學(xué)習(xí)參與度、思維有效度、能力提升度、情感內(nèi)化度和目標(biāo)達(dá)成度。這就要求一線教師不但要理清證據(jù)之間的關(guān)系、論證循環(huán)的順序、論證形式的安排，還要做好學(xué)生學(xué)習(xí)的指導(dǎo)者、幫助者和傾聽者，營造和諧寬松的學(xué)習(xí)環(huán)境，力求取得更好的教學(xué)效果。因而教師扎實(shí)的教學(xué)功底和先進(jìn)的教學(xué)理念就顯得難能可貴了。

參考文獻(xiàn)：

[1]唐小為， 丁邦平. “科學(xué)探究”緣何變身“科學(xué)實(shí)踐”——解讀美國科學(xué)教育框架理念的首位關(guān)鍵詞之變[J]. 教育研究， 2012， （11）： 141～145.

[2]王威， 劉恩山. 美國科學(xué)教育框架設(shè)計(jì)理念的發(fā)展動態(tài)[J]. 外國教育研究， 2012， （8）： 70～75.

[3]黃恭福. 科學(xué)實(shí)踐：“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”核心素養(yǎng)的意蘊(yùn)[J]. 化學(xué)教學(xué)， 2020， （10）： 3～13.