宋怡 吳玥
[摘要]論證在科學(xué)教育中具有構(gòu)建科學(xué)概念、培養(yǎng)科學(xué)探究能力、促進(jìn)科學(xué)本質(zhì)觀理解以及提高決策水平等功能。借由論證式教學(xué)經(jīng)歷,學(xué)生可以體會(huì)到科學(xué)家構(gòu)建理論知識(shí)類似的過(guò)程,即通過(guò)評(píng)價(jià)資料、提出主張、為主張進(jìn)行辯駁等過(guò)程獲得知識(shí)或理論。以原子理論為例,借由鏈?zhǔn)絾?wèn)答展開(kāi)原子理論及其模型構(gòu)建以呈現(xiàn)課堂論證過(guò)程。
[關(guān)鍵詞]論證式教學(xué) 化學(xué)教學(xué) 原子理論
[中圖分類號(hào)]G633.8[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A[文章編號(hào)]16746058(2015)140071
論證是人類在特定社會(huì)情境下的活動(dòng),它既可以產(chǎn)生于個(gè)體內(nèi)部的心智,又可以借由個(gè)體或群體通過(guò)調(diào)整與協(xié)商共同構(gòu)建;[1]是在解決某些問(wèn)題、議題、爭(zhēng)論中達(dá)成具有理性決定的過(guò)程,是個(gè)人在不同的解釋與理由中做出選擇的能力。
2006年,國(guó)際學(xué)生評(píng)價(jià)項(xiàng)目(PISA)中提出的科學(xué)素養(yǎng)包括“學(xué)生必須能辨別個(gè)人意見(jiàn)并能在基于證據(jù)的基礎(chǔ)上發(fā)展出主張,能夠應(yīng)用所學(xué)的科學(xué)知識(shí),做出具有證據(jù)的結(jié)論并向他人解釋與溝通”。由此,“論證”逐漸進(jìn)入科學(xué)教育的視野,在科學(xué)課堂中得以應(yīng)用。
一、 論證式教學(xué)
將論證應(yīng)用于科學(xué)教育,最常見(jiàn)的形式有兩種,一是在討論與辯論的過(guò)程中評(píng)價(jià)多個(gè)不同觀點(diǎn),也叫做辯證法論證;二是遵循邏輯規(guī)律,并在討論過(guò)程中經(jīng)由對(duì)基本事實(shí)的歸納演繹形成論點(diǎn)或達(dá)成共識(shí),也叫做分析法論證。[2]
論證是一個(gè)讓學(xué)生思維活動(dòng)和推理過(guò)程外顯的行為,不僅是學(xué)生有意識(shí)地構(gòu)建科學(xué)概念、提高科學(xué)素養(yǎng)的平臺(tái),而且也給師生提供了進(jìn)行形成性評(píng)價(jià)、及時(shí)反饋的機(jī)會(huì)。學(xué)生在科學(xué)探究過(guò)程中以小組為單位通過(guò)觀察事實(shí)提出理論假設(shè),運(yùn)用邏輯對(duì)現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)測(cè)和解釋,以了解獲取知識(shí)的科學(xué)方式,鍛煉思維能力。引入論證式教學(xué)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng),促進(jìn)學(xué)生將已學(xué)知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際情境中,將生態(tài)化知識(shí)和概念性知識(shí)及價(jià)值判斷相結(jié)合有重要意義。
論證式教學(xué)具有以下四方面的教育功能。
1. 促進(jìn)科學(xué)概念的構(gòu)建。學(xué)生可以通過(guò)小組內(nèi)“知識(shí)的對(duì)談”(Epistemic Dialogues)建立科學(xué)概念的構(gòu)建和變化的觀念。[3]“知識(shí)的對(duì)談”包括解釋和論證,是指在學(xué)習(xí)小組內(nèi),根據(jù)個(gè)人學(xué)習(xí)體驗(yàn),對(duì)知識(shí)概念進(jìn)行闡述解釋,引起討論,形成概念理解的有效途徑。論證過(guò)程中,學(xué)生將科學(xué)概念與個(gè)人生活經(jīng)驗(yàn)作為資料進(jìn)行思考,對(duì)其做出印證、詮釋;或者對(duì)同一主題進(jìn)行反駁并提出不同的主張。
2. 促進(jìn)科學(xué)探究的深入開(kāi)展??茖W(xué)研究中,科學(xué)家需考慮實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?yōu)化設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集以及相同數(shù)據(jù)的多維度解釋等問(wèn)題。科學(xué)解釋的建立是通過(guò)討論與爭(zhēng)議尋求知識(shí)和理解的過(guò)程。在探究式學(xué)習(xí)中將論證加入教學(xué)環(huán)節(jié)可讓學(xué)生體驗(yàn)真正的科學(xué)情境,即將證據(jù)與理論融合在一起構(gòu)建出科學(xué)解釋。
3. 促進(jìn)學(xué)生對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解。當(dāng)前學(xué)校中的科學(xué)實(shí)驗(yàn)多半為驗(yàn)證性的,規(guī)避呈現(xiàn)爭(zhēng)議性的實(shí)驗(yàn)結(jié)論,因此得出的理論或定律具有“絕對(duì)正確”的特性。但科學(xué)知識(shí)不是絕對(duì)真理,隨著人類對(duì)世界認(rèn)識(shí)程度的加深,科學(xué)知識(shí)會(huì)被不斷修正;科學(xué)理論不具備絕對(duì)正確性,科學(xué)并不能對(duì)所有問(wèn)題提供完全正確的答案。在課堂中進(jìn)行論證式教學(xué),可以提供給學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)家構(gòu)建概念的機(jī)會(huì)。通過(guò)理論基礎(chǔ)的可信度和合理性,考慮證據(jù)的可行性、可信性,從而論證與評(píng)估該理論的可能性。
4. 促進(jìn)學(xué)生提高決策水平。社會(huì)科學(xué)性論證(Socio-scientific Argument)即針對(duì)科學(xué)知識(shí)應(yīng)用于生產(chǎn)生活對(duì)社會(huì)、環(huán)境等產(chǎn)生的影響,通過(guò)收集資料,在一定支持證據(jù)和限定的范圍內(nèi)就已有資料形成的主張進(jìn)行辯論,[2]是通過(guò)科學(xué)教育將科學(xué)與學(xué)生生活相聯(lián)系的重要途徑之一。學(xué)生對(duì)社會(huì)科學(xué)性的兩難問(wèn)題進(jìn)行論證的過(guò)程,勢(shì)必將從人類社會(huì)生活對(duì)自然的影響、科學(xué)知識(shí)解決社會(huì)問(wèn)題的道德考量、科學(xué)知識(shí)發(fā)展的暫定性本質(zhì)等方面進(jìn)行思考,搜集證據(jù),通過(guò)論證最終形成主張。
二、論證式教學(xué)在化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用案例
美國(guó)國(guó)家科學(xué)教育案例教學(xué)中心網(wǎng)站(http://sciencecases.lib.buffalo.edu/cs/
collection/)提供多個(gè)科學(xué)教育案例,涵蓋多學(xué)科領(lǐng)域,理科教師可以通過(guò)關(guān)鍵詞搜索以及設(shè)定案例涉及的學(xué)科類別、案例適用對(duì)象、案例教學(xué)具體呈現(xiàn)形式、案例主題領(lǐng)域等來(lái)搜尋教學(xué)所需案例。[4]筆者以“化學(xué)”“科學(xué)論證”為檢索詞,檢索得20余則案例??紤]到“原子理論”是化學(xué)學(xué)科的核心概念和教學(xué)重難點(diǎn),筆者選擇了與高中化學(xué)選修模塊3《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》中的“原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”相關(guān)的案例:“原子模型的發(fā)展歷程” ,[5]嘗試運(yùn)用化學(xué)史素材來(lái)創(chuàng)設(shè)論證式教學(xué)情境。
[基金項(xiàng)目]
2013國(guó)家級(jí)大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目“理科師范生科學(xué)本質(zhì)觀調(diào)查及其對(duì)科學(xué)教師教育的啟示”(項(xiàng)目編號(hào)201311460002Z)階段性成果。
教學(xué)課時(shí):兩課時(shí)。
教學(xué)目標(biāo):
(1)了解組成物質(zhì)的基本粒子;
(2)通過(guò)學(xué)習(xí)歷史實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)到原子模型的建構(gòu)是發(fā)展變化的;
(3)理解原子模型,認(rèn)識(shí)原子數(shù)和原子量的概念;
(4)應(yīng)用歷史證據(jù)及資料判斷并理解原子模型的構(gòu)建與發(fā)展。
教學(xué)流程:
1.教學(xué)準(zhǔn)備。教師提供古代先哲對(duì)原子的論述的相關(guān)材料,并布置課前閱讀、收集資料的任務(wù)。
2.課程導(dǎo)入。
教師簡(jiǎn)要介紹原子理論的形成過(guò)程,通過(guò)“誰(shuí)能說(shuō)說(shuō)原子概念的起源”“原子真實(shí)存在的證據(jù)是什么”“原子模型是怎樣根據(jù)時(shí)間演化的”等問(wèn)題引入學(xué)習(xí)主題,開(kāi)啟原子模型的穿越時(shí)空之旅。
3.鏈?zhǔn)絾?wèn)答推進(jìn)論證 。(有刪節(jié))
教師通過(guò)一系列鏈?zhǔn)絾?wèn)答,引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建論據(jù)、開(kāi)展論證,推進(jìn)學(xué)生對(duì)原子理論與原子結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建過(guò)程的理解和認(rèn)識(shí)。
(1) 古希臘哲學(xué)家德謨克利特利用什么證據(jù)得出原子是真實(shí)存在的?
學(xué)生需要通過(guò)獲取資料來(lái)構(gòu)建論證,進(jìn)行解釋、舉證和推理。學(xué)生與教師討論,解釋德謨克利特的觀點(diǎn):如果我們將物質(zhì)無(wú)限分割成更小的粒子,將會(huì)最終以不存在的粒子告終;既然物質(zhì)不是由不存在的粒子構(gòu)成,那它必定有一個(gè)基本的、最小的、不可分割的組成單位,即為原子。
(2)道爾頓通過(guò)哪些證據(jù)證明原子存在?
教師運(yùn)用多媒體向?qū)W生演示:道爾頓時(shí)代的科學(xué)家們通過(guò)測(cè)定含有鉻、氧元素的不同形式化合物的質(zhì)量,得到鉻、氧元素分別所占的質(zhì)量這一原始數(shù)據(jù),經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單計(jì)算得出化合物中各元素所占數(shù)量比率。得出結(jié)論:兩種氧化鉻樣品中所含氧元素的質(zhì)量與質(zhì)量比率在兩化合物中并不相同,說(shuō)明這兩種化合物含有不同數(shù)量的氧原子。
學(xué)生圍繞以上結(jié)論,通過(guò)理解證據(jù)和推理間的關(guān)系形成意見(jiàn)并予以表達(dá);對(duì)自己的意見(jiàn)、解釋和推理進(jìn)行辯護(hù),接受同學(xué)提出的質(zhì)疑,對(duì)自己的觀點(diǎn)進(jìn)行批判和修正,最后達(dá)成共識(shí):
一系列由相同元素組成的不同化合物中,同一元素的相對(duì)原子質(zhì)量在任何化合物內(nèi)保持穩(wěn)定不變,但各元素原子個(gè)數(shù)比的不同造成了化合物物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)的差異。
(3) 科學(xué)家如何根據(jù)陰極射線管實(shí)驗(yàn)推導(dǎo)出“原子內(nèi)部同時(shí)具備陰極和陽(yáng)極電荷”這一結(jié)論的?
教師利用多媒體演示湯姆生陰極射線管實(shí)驗(yàn),并簡(jiǎn)要解釋圖中磁場(chǎng)是如何改變陰極射線的。提問(wèn):右圖中哪一個(gè)是合理的原子模型?
(4) 哪一個(gè)原子模型是基于盧瑟福金箔實(shí)驗(yàn)繪制的?
多媒體演示盧瑟福金箔實(shí)驗(yàn)。通過(guò)金箔實(shí)驗(yàn)可以得出結(jié)論:原子必然具備小而緊湊的帶正電荷的粒子簇(即質(zhì)子),粒子簇被帶有負(fù)電荷的電子包圍(“核”模式),但是這一結(jié)論并未提供“電子圍繞原子核高速運(yùn)動(dòng)的精確結(jié)構(gòu)”的相關(guān)證據(jù),因而教師應(yīng)當(dāng)鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)一步思考:現(xiàn)有證據(jù)是否支持主張,是否需要收集更多證據(jù)。展開(kāi)以下討論:①盧瑟福金箔實(shí)驗(yàn)的工作原理;②金箔實(shí)驗(yàn)如何推導(dǎo)出結(jié)論;③中子是如何被發(fā)現(xiàn)的;④盧瑟福金箔實(shí)驗(yàn)提供的資料對(duì)推導(dǎo)出結(jié)論有怎樣的作用。并對(duì)問(wèn)題(3)中合理的原子模型做出進(jìn)一步選擇。
4.交流總結(jié)。師生討論、回顧論證過(guò)程,總結(jié)闡述原子結(jié)構(gòu)模型從道爾頓實(shí)心球模型——湯姆生棗糕模型——盧瑟福行星模型——玻爾量子化軌道模型——現(xiàn)代電子云模型的發(fā)展歷程。
5.課后作業(yè)。以科學(xué)學(xué)習(xí)小組為單位,選取鏈?zhǔn)絾?wèn)答階段中的一個(gè)問(wèn)題,對(duì)其探究方案提出改進(jìn)意見(jiàn),撰寫研究報(bào)告,并在學(xué)習(xí)小組內(nèi)相互評(píng)價(jià)。
教學(xué)設(shè)計(jì)評(píng)析:此論證式教學(xué)案例將提問(wèn)法與講授法相結(jié)合進(jìn)行化學(xué)史案例學(xué)習(xí)。
整個(gè)教學(xué)流程隨著論證的展開(kāi)而展開(kāi),從任務(wù)提出、收集數(shù)據(jù)和資料、構(gòu)建論據(jù)、論證、研究報(bào)告、學(xué)生相互評(píng)論、改進(jìn)到討論反思。
在“鏈?zhǔn)絾?wèn)答推進(jìn)論證”中,教師引導(dǎo)學(xué)生收集資料,以小組為單位構(gòu)建論據(jù),進(jìn)行論證:認(rèn)為某個(gè)選項(xiàng)是相對(duì)正確的答案的原因是什么?用什么資料來(lái)支撐該的論點(diǎn)?對(duì)需要討論的問(wèn)題形成個(gè)人觀點(diǎn),用獲取的資料支撐觀點(diǎn),用科學(xué)語(yǔ)言加以闡述推理與論據(jù)間的關(guān)系,組內(nèi)共同選擇有效證據(jù)來(lái)支持提出的假設(shè)。隨后,不同小組之間展開(kāi)辯論,學(xué)生需要對(duì)提出的假設(shè)進(jìn)行立論辯護(hù),接受其他小組的質(zhì)疑,對(duì)自己組別的意見(jiàn)加以修改。
在此過(guò)程中,教師應(yīng)注意培養(yǎng)學(xué)生使用科學(xué)用語(yǔ)進(jìn)行辯論,將“科學(xué)知識(shí)會(huì)有所變化,并被不斷修正”的觀念貫穿論證過(guò)程;控制討論時(shí)間,同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生根據(jù)同學(xué)的質(zhì)疑和意見(jiàn)修改自己的意見(jiàn),以增強(qiáng)學(xué)生的批判性思維。
在“交流總結(jié)”這一環(huán)節(jié)中,學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)共同體中其他成員的交流與評(píng)價(jià)修正自己的結(jié)論,通過(guò)撰寫研究報(bào)告和探究方案增強(qiáng)科學(xué)寫作能力,通過(guò)對(duì)科學(xué)語(yǔ)言的使用增強(qiáng)對(duì)科學(xué)概念的理解與運(yùn)用。
三、論證式教學(xué)的有效策略
1.應(yīng)用具有多種替代性觀念的科學(xué)理論。以此類科學(xué)理論為論證題材時(shí),通過(guò)權(quán)衡、評(píng)估、選擇各種不同理由與解釋之后推論出自己的論點(diǎn),或利用實(shí)證的證據(jù)或是其他來(lái)源的資料支持自己的論點(diǎn)。[1]例如本文案例中通過(guò)鏈?zhǔn)教釂?wèn)由原子概念的起源,引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)辨析多種推測(cè)性觀念,對(duì)形成相對(duì)正確的理論進(jìn)行辨證思考,切實(shí)體會(huì)原子理論的發(fā)展過(guò)程。學(xué)生在尋找證據(jù)的過(guò)程中提高了論證與推理能力。
2.應(yīng)用社會(huì)性科學(xué)議題。此類議題關(guān)注科學(xué)知識(shí),也注重科學(xué)知識(shí)與社會(huì)、價(jià)值、倫理和情感等方面的相互作用。學(xué)生可以經(jīng)由實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和對(duì)資料的詮釋促
進(jìn)其對(duì)科學(xué)方法與過(guò)程的體驗(yàn),通過(guò)對(duì)環(huán)境和科技議題的爭(zhēng)辯來(lái)增加對(duì)科學(xué)與社會(huì)的關(guān)系的認(rèn)識(shí),更可以體會(huì)科學(xué)知識(shí)的暫時(shí)性和社會(huì)建構(gòu)等特質(zhì)。[6]社會(huì)性科學(xué)議題通過(guò)創(chuàng)設(shè)與生活相關(guān)的科學(xué)學(xué)習(xí)情境,將決策的可能性后果承擔(dān)納入論證課題,有助于培養(yǎng)有責(zé)任心和決策能力的未來(lái)公民。
3.應(yīng)用開(kāi)放的對(duì)談情境。為了讓學(xué)生了解一個(gè)論證活動(dòng)是如何開(kāi)展與進(jìn)行的,如何提出合理的主張與觀點(diǎn)并為其辯護(hù),可以運(yùn)用怎樣的技巧反駁他人觀點(diǎn),教師需要給學(xué)生提供兩種重要情境:①問(wèn)題情境。學(xué)生自己提出假設(shè),采用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作、公開(kāi)發(fā)表與說(shuō)明及同伴間的辯駁以發(fā)展論證活動(dòng)。②交談情境。使得客觀條件上每一個(gè)小組成員都有機(jī)會(huì)發(fā)表和評(píng)論意見(jiàn),再將討論結(jié)果對(duì)全班發(fā)表,讓學(xué)生在共同體中達(dá)成共識(shí)。
四、 結(jié)語(yǔ)
學(xué)生通過(guò)論證式教學(xué),可以了解論證活動(dòng)的流程,學(xué)習(xí)反駁他人觀點(diǎn)與辯護(hù)個(gè)人觀點(diǎn)的技巧,體會(huì)科學(xué)本質(zhì)觀中科學(xué)知識(shí)的暫定性和社會(huì)性本質(zhì),通過(guò)從環(huán)境自然的視角認(rèn)知科學(xué)技術(shù)解決社會(huì)問(wèn)題所帶來(lái)的可能性問(wèn)題。
論證式教學(xué)的效果受教學(xué)時(shí)間、學(xué)生學(xué)習(xí)水平以及課前準(zhǔn)備影響較大,需要教師對(duì)教學(xué)流程與時(shí)間分配有較好的掌控。教師在論證課題的選擇方面應(yīng)當(dāng)要注意論題需具備與學(xué)科相關(guān)的、造成社會(huì)關(guān)注與道德辯論的特點(diǎn);組織課堂辯論時(shí),應(yīng)當(dāng)注重形成大小合適的科學(xué)共同體,使得每一個(gè)組員都有表達(dá)個(gè)人觀點(diǎn)、提出意見(jiàn)的機(jī)會(huì)。
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(責(zé)任編輯羅艷)