王麗 張軍朋

摘? ?要：科學(xué)論證思維的培養(yǎng)是發(fā)展中學(xué)生核心素養(yǎng)的重要要素。文章基于科學(xué)論證視角，以《牛頓運(yùn)動(dòng)定律》一章為例，統(tǒng)計(jì)了現(xiàn)行人教版與粵教版物理教材科學(xué)論證的呈現(xiàn)頻數(shù)，進(jìn)而以《牛頓第一定律》一節(jié)為例，細(xì)化、對(duì)比了兩版教材對(duì)科學(xué)論證結(jié)構(gòu)要素的具體內(nèi)容呈現(xiàn)。發(fā)現(xiàn)兩版教材均存在對(duì)科學(xué)論證體現(xiàn)較少、論證型任務(wù)匱乏且單一、論證內(nèi)容開放性不大的問題。因此，提出科學(xué)論證視角下的教材編寫建議：論證型話語(yǔ)的引導(dǎo)化，論證型案例的示范化，論證型任務(wù)的豐富化，以期對(duì)新教材的編寫和科學(xué)論證教學(xué)提供參考。

關(guān)鍵詞：科學(xué)論證;人教版教材;粵教版教材;牛頓運(yùn)動(dòng)定律;教材對(duì)比

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-6148（2019）10-0019-5

我國(guó)新修訂的高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)明確提出，要發(fā)展中學(xué)生的核心素養(yǎng)?？茖W(xué)思維是普通高中物理學(xué)科的四大核心素養(yǎng)之一，而科學(xué)論證作為一種重要的科學(xué)思維，是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力的重要途徑。論證教學(xué)研究在近二十年內(nèi)均是國(guó)際科學(xué)教育領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，而我國(guó)尚處于核心素養(yǎng)教育的起步階段。教材是第一手的教學(xué)資源，基于核心素養(yǎng)背景下的教材革新已拉開帷幕，但現(xiàn)有研究中缺乏核心素養(yǎng)視角下的相關(guān)教材研究。本文以《牛頓運(yùn)動(dòng)定律》一章為例，基于科學(xué)論證視角對(duì)比我國(guó)人教版和粵教版兩版高中物理教材，以期對(duì)新教材的編寫和論證教學(xué)提供參考。

1? ? 科學(xué)論證在《牛頓運(yùn)動(dòng)定律》一章中的整體體現(xiàn)

我國(guó)核心素養(yǎng)指出，科學(xué)論證能力包括：“具有使用科學(xué)證據(jù)的意識(shí)和評(píng)估科學(xué)證據(jù)的能力，能運(yùn)用證據(jù)對(duì)研究的問題進(jìn)行描述、解釋和預(yù)測(cè)”[1]。在國(guó)際教育領(lǐng)域最早提出的是Toulmin論證模型，認(rèn)為論證過程應(yīng)包括資料、主張、論據(jù)、支持、條件限制和反駁六個(gè)基本結(jié)構(gòu)的要素及各要素之間的聯(lián)系[2]。筆者以核心素養(yǎng)與Toulmin論證模型為基礎(chǔ)，結(jié)合當(dāng)前物理教育背景和研究現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)整，以主張、證據(jù)、推理、支持或反駁四個(gè)結(jié)構(gòu)要素為基點(diǎn)，確定了如表1所示的科學(xué)論證的內(nèi)涵界定和基于教材的可操作性定義[3]。

基于科學(xué)論證的內(nèi)容界定及教材的可操作性定義，將現(xiàn)行人教版和粵教版高中物理教材《牛頓運(yùn)動(dòng)定律》一章的內(nèi)容分為三個(gè)部分：主體內(nèi)容、特色欄目、例題及課后習(xí)題，對(duì)教材內(nèi)容呈現(xiàn)的科學(xué)論證進(jìn)行頻數(shù)統(tǒng)計(jì)，如表2所示。

通過表1的統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，在主體部分，相對(duì)粵教版教材而言人教版教材體現(xiàn)科學(xué)論證的內(nèi)容較多，而在特色欄目與例題、課后習(xí)題部分粵教版教材則呈現(xiàn)更多的科學(xué)論證要素。當(dāng)然，這與粵教版教材編寫的特色欄目與課后習(xí)題較多的客觀事實(shí)密切相關(guān)?？傮w而言，兩者對(duì)科學(xué)論證要素的呈現(xiàn)均較少。其次，聚焦到科學(xué)論證在各節(jié)的分布情況，發(fā)現(xiàn)無論是人教版還是粵教版教材，科學(xué)論證更多呈現(xiàn)在牛頓第一定律、牛頓第二定律的實(shí)驗(yàn)探究部分以及牛頓第三定律內(nèi)容中。本文選取《牛頓第一定律》一節(jié)對(duì)科學(xué)論證的呈現(xiàn)過程進(jìn)行細(xì)致的對(duì)比與分析。

2? ? 科學(xué)論證在《牛頓第一定律》一節(jié)中的體現(xiàn)

2.1? ? 主體部分

對(duì)于發(fā)現(xiàn)牛頓第一定律的物理學(xué)史，人教版與粵教版教材均呈現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)論證模板。起源于伽利略對(duì)亞里士多德長(zhǎng)達(dá)兩千年的“思想錯(cuò)案”的質(zhì)疑，因而提出自己的主張：力不是維持物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，如果沒有摩擦阻力，在水平面上運(yùn)動(dòng)的物體會(huì)一直運(yùn)動(dòng)下去。進(jìn)而設(shè)計(jì)理想實(shí)驗(yàn)、尋求證據(jù)并經(jīng)過合理推理過程將證據(jù)與主張之間建立邏輯關(guān)系，從而論證了自己的主張，反駁了亞里士多德的觀點(diǎn)。而兩版教材在呈現(xiàn)過程中則各有優(yōu)缺點(diǎn)，人教版教材在構(gòu)建了力與運(yùn)動(dòng)認(rèn)知沖突之后，呈現(xiàn)了伽利略提出對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的影響實(shí)則是摩擦阻力的猜想，進(jìn)而通過實(shí)驗(yàn)觀察到“表面越光滑，球會(huì)運(yùn)動(dòng)得越遠(yuǎn)”的現(xiàn)象驗(yàn)證了該猜想，最后過渡到理想實(shí)驗(yàn)：“若沒有摩擦阻力，球會(huì)永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去”?；浗贪娼滩脑谔岢鲑だ詫?duì)“力是維持物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因”的質(zhì)疑后，立馬呈現(xiàn)伽利略理想實(shí)驗(yàn)的環(huán)節(jié)，繼而通過簡(jiǎn)單的設(shè)問進(jìn)入推理環(huán)節(jié)，這樣的編寫可能會(huì)導(dǎo)致學(xué)生在思維上的跳躍，從這點(diǎn)來看人教版科學(xué)論證的思路相對(duì)來說更加嚴(yán)謹(jǐn)[4]。而另一方面，粵教版教材在“資料活頁(yè)”欄目中又呈現(xiàn)了伽利略設(shè)計(jì)理想實(shí)驗(yàn)的思維來源——伽利略針和單擺實(shí)驗(yàn)，提高了教材再現(xiàn)這段科學(xué)論證物理學(xué)史的完整度，從這個(gè)角度來看，粵教版教材的呈現(xiàn)相對(duì)而言更為完整。

兩版教材在鞏固、強(qiáng)化規(guī)律或概念時(shí)也體現(xiàn)了科學(xué)論證。人教版教材舉例了“冰球離開球桿后能以幾乎不變的速度前進(jìn)，直至它再次受到球桿的打擊或碰到障礙物才會(huì)改變它的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)”的體育賽事中的物理現(xiàn)象，鞏固了學(xué)生對(duì)牛頓第一定律的理解，同時(shí)論證了牛頓第一定律雖是邏輯思維的合理外推，不能用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，但是生活中的許多物理現(xiàn)象也間接體現(xiàn)了牛頓第一定律的科學(xué)性。粵教版教材舉例了“汽車啟動(dòng)時(shí)，車上的乘客會(huì)向后傾斜;汽車剎車時(shí)，車上的乘客會(huì)向前傾斜”的生活體驗(yàn)，強(qiáng)化了學(xué)生對(duì)于慣性概念的理解。兩版教材的例子雖內(nèi)容側(cè)重點(diǎn)不同，但均是一種通過生活實(shí)例支持物理主張的論證行為。

2.2? ? 特色欄目

人教版教材的“思考與討論”欄目、粵教版教材的“討論與交流”欄目均以問題提出與論證的形式引入慣性與質(zhì)量的關(guān)系。人教版教材直接從“改變”的角度將牛頓第一定律的內(nèi)容換為“物體都具有抵抗運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的本領(lǐng)”，進(jìn)而直接提問，結(jié)合實(shí)例分析物體抵抗運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的“本領(lǐng)”與什么因素有關(guān)。而粵教版教材以生活中的常見現(xiàn)象“運(yùn)動(dòng)的火車比運(yùn)動(dòng)的自行車更難停下來，推動(dòng)一輛汽車比推動(dòng)一輛自行車更加困難”為實(shí)例，說明不同物體抵抗運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的本領(lǐng)不同，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生思考并論證物體的慣性與其質(zhì)量有什么關(guān)系。從提問方式來看，粵教版教材的提問從學(xué)生生活體驗(yàn)的實(shí)例出發(fā)說明物理原理，充分體現(xiàn)生活與物理之間的緊密聯(lián)系，相比人教版教材辯證性地認(rèn)識(shí)牛頓第一定律更符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。而從問題開放度的程度來看，人教版教材問題開放性更大，能構(gòu)建一個(gè)完整的論證環(huán)境。學(xué)生提出自己的主張，可能是慣性與質(zhì)量有關(guān)，或是學(xué)生容易誤認(rèn)為的慣性與速度有關(guān)，因而形成兩種對(duì)立的觀點(diǎn)，收集證據(jù)證實(shí)自方觀點(diǎn)或反駁對(duì)方觀點(diǎn)，通過科學(xué)論證的過程幫助學(xué)生形成并解決自我的認(rèn)知沖突，回歸科學(xué)的知識(shí)認(rèn)同，從而擯棄錯(cuò)誤的前概念。而粵教版教材會(huì)導(dǎo)致學(xué)生的思維局限于慣性與質(zhì)量的關(guān)系，而學(xué)生錯(cuò)誤的前概念尚未暴露解決。因此，從問題開放度和科學(xué)論證的視角可見人教版教材的問題設(shè)置更勝一籌，優(yōu)化教材設(shè)問可培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)論證能力，助力學(xué)生辨析物理概念。

2.3? ? 課后習(xí)題

人教版與粵教版教材第一節(jié)的習(xí)題設(shè)置均體現(xiàn)了科學(xué)論證的結(jié)構(gòu)要素。如圖1所示，人教版教材課后習(xí)題的第一題和第二題主要考查了學(xué)生提出主張、從題干中搜集有效證據(jù)、在證據(jù)和主張之間建立邏輯推理關(guān)系實(shí)現(xiàn)主張的論證過程，側(cè)重于“推理”的結(jié)構(gòu)要素;第三題和第四題均是考查學(xué)生收集有效的證據(jù)，形成論點(diǎn)進(jìn)行反駁的論證行為，不同的是第三題側(cè)重“反駁”的結(jié)構(gòu)要素，而第四題側(cè)重“證據(jù)”的結(jié)構(gòu)要素。如圖2所示，粵教版教材課后習(xí)題第一題從伽利略的理想實(shí)驗(yàn)出發(fā)，考查學(xué)生對(duì)論證的“事實(shí)證據(jù)”與“推理”兩個(gè)要素的辨別，第二題、第三題、第四題與人教版的前兩道習(xí)題類似，側(cè)重于推理和解釋，第五題與人教版的第四題類似，側(cè)重“證據(jù)”的結(jié)構(gòu)要素。因此，從結(jié)構(gòu)要素的角度來看，人教版教材習(xí)題對(duì)科學(xué)論證的滲透更充分，層次更分明。

從論證內(nèi)容的角度來看，人教版教材的習(xí)題情境設(shè)置更豐富，既有水平運(yùn)動(dòng)的情境，又有豎直運(yùn)動(dòng)的情境。問題更具論證價(jià)值，如第一題的第二小問提出學(xué)生容易存在認(rèn)知困難的問題，第二題融入了社會(huì)性問題，第四題明顯難度有所提升，對(duì)學(xué)生的論證能力要求更高。而粵教版教材的論證問題更注重學(xué)科知識(shí)，題目之間存在重疊交叉性（如第二題、第三題），對(duì)學(xué)生論證能力要求的層次性不明顯。

3? ? 科學(xué)論證視角下的教材編寫建議

3.1? ? 論證型話語(yǔ)的引導(dǎo)化

學(xué)生在閱讀教材時(shí)應(yīng)經(jīng)歷疑問、思考、解決、認(rèn)同、求異的過程，教材論證型話語(yǔ)的引導(dǎo)則必不可少，而現(xiàn)行教材主體內(nèi)容中對(duì)科學(xué)論證的體現(xiàn)甚少，只是將知識(shí)呈現(xiàn)出來而已，對(duì)學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)痕跡不明顯。教材編寫者應(yīng)精心設(shè)計(jì)論證型問題驅(qū)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)思考，例如，為什么你這么認(rèn)為？你是怎么得到這個(gè)結(jié)論的？是否能提出其他合理的方案設(shè)計(jì)并論證其可行性和優(yōu)缺點(diǎn)？能否舉出實(shí)例論證或反駁這一規(guī)律？創(chuàng)設(shè)科學(xué)論證的環(huán)境，引導(dǎo)學(xué)生的科學(xué)論證行為[5]。

3.2? ? 論證型案例的示范化

教材的基本任務(wù)是讓學(xué)生習(xí)得知識(shí)，而重要的高階任務(wù)是讓學(xué)生習(xí)得能力。教材中科學(xué)論證案例能為學(xué)生進(jìn)行科學(xué)論證起到示范作用，而現(xiàn)行教材中這樣的教學(xué)資源幾乎沒有，教材編寫應(yīng)不斷豐富教學(xué)資源，提供一些完整的論證型案例作為學(xué)生學(xué)習(xí)的論證模板。例如，物理學(xué)家對(duì)某個(gè)規(guī)律爭(zhēng)辯與論證的物理學(xué)史，或者不囿于物理領(lǐng)域的經(jīng)濟(jì)學(xué)家對(duì)某個(gè)經(jīng)濟(jì)理論的論證過程，生態(tài)學(xué)家對(duì)某個(gè)環(huán)境保護(hù)制度的論證與評(píng)估，均可成為科學(xué)論證案例的素材來源。潛移默化地影響學(xué)生如何開展科學(xué)論證，既能體現(xiàn)教學(xué)資源的育人功能，又能滲透不同學(xué)科之間的“整合”思想。

3.3? ? 論證型任務(wù)的豐富化

兩版教材均表現(xiàn)出論證型任務(wù)的匱乏和單一化，教材論證型任務(wù)的豐富化為展開論證教學(xué)、培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)論證能力提供充分的論證材料。論證型任務(wù)可以包括：

辨析具有爭(zhēng)議性的概念或規(guī)律。當(dāng)前教材欄目更多呈現(xiàn)的是應(yīng)用知識(shí)對(duì)特定情境問題的解決，而某些問題呈現(xiàn)出爭(zhēng)議性不大，只是為了符合當(dāng)前講授的知識(shí)而設(shè)計(jì)，對(duì)學(xué)生的思維特點(diǎn)沒有充分了解。在教材特色欄目中應(yīng)選擇學(xué)生有認(rèn)知困難的問題、較難辨析的概念或規(guī)律展開有針對(duì)性的論證，將學(xué)生內(nèi)隱的“相異構(gòu)想”的原始認(rèn)知外顯，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生自主展開科學(xué)論證過程，以自我沖突的形成或同伴教學(xué)的方式實(shí)現(xiàn)觀念的轉(zhuǎn)變或觀點(diǎn)的自洽，形成科學(xué)認(rèn)知，幫助學(xué)生修正偏差、重構(gòu)認(rèn)知，同時(shí)有效提升學(xué)生自我反思監(jiān)控和論證的能力。例如，新概念高中物理讀本中在講授牛頓第三定律時(shí)，就學(xué)生認(rèn)知困難的彈簧間相互作用力的辨析和拔河問題展開了討論，問題的選項(xiàng)中隱含學(xué)生典型的錯(cuò)誤理解[6]，學(xué)生經(jīng)歷論證過程，親自體驗(yàn)前概念和新理論的認(rèn)知沖突，這樣的問題論證價(jià)值更高，真正解決了學(xué)生的認(rèn)知障礙。

創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。現(xiàn)行教材的實(shí)驗(yàn)為學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)提供了現(xiàn)成的裝置、原理、步驟、數(shù)據(jù)處理，而在實(shí)驗(yàn)后鮮有對(duì)教材實(shí)驗(yàn)的評(píng)價(jià)論證過程，教材編寫論證型任務(wù)時(shí)可從創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)出發(fā)，例如驗(yàn)證牛頓第二定律的實(shí)驗(yàn)中，以問題導(dǎo)向引起學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新，通過這個(gè)裝置還能實(shí)現(xiàn)測(cè)量什么物理量？除了平衡摩擦力的方法以外，還能采用什么裝置消除摩擦力的影響？實(shí)驗(yàn)過程中一定保證M>>m嗎？測(cè)量的手段能否更加精密？通過一個(gè)個(gè)問題實(shí)現(xiàn)由原型實(shí)驗(yàn)向創(chuàng)新變式的過渡，學(xué)生也能通過論證創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方案的過程培養(yǎng)科學(xué)論證能力和批判性思維。

開放的定性習(xí)題。兩版教材的習(xí)題多偏定量而少定性，限制了學(xué)生對(duì)定性問題的論證能力，教材編寫應(yīng)多注重定性問題的論證解決，培養(yǎng)學(xué)生的高階思維能力，而不是抽象為簡(jiǎn)單的模型代入公式計(jì)算即可;其次，習(xí)題的開放性不大也是現(xiàn)行兩版教材均出現(xiàn)的問題，習(xí)題呈現(xiàn)往往是“非A即B”的問題情境，一定程度上限制了學(xué)生就問題而言的開放性思維，而開放性問題才能為學(xué)生提供自主構(gòu)建主張、開展論證活動(dòng)的可能性。

課外研究型課題?，F(xiàn)行教材的論證性問題更多呈現(xiàn)了通過對(duì)話來勸說和消除疑問的論證，而未體現(xiàn)解決未知問題的論證，懸而未決的問題往往爭(zhēng)議性更大，對(duì)學(xué)生的論證能力要求更高。例如，國(guó)際論證教學(xué)中大多選取社會(huì)性議題（SSI）的兩難情境進(jìn)行論證，在溫室效應(yīng)背景下增加二氧化碳稅的價(jià)值[7]、能源的使用與開發(fā)、能源的安全性等議題[8]，美國(guó)流行的《物理原理與問題》教材中每一章章末習(xí)題中有一項(xiàng)科技寫作的欄目設(shè)置，在《牛頓運(yùn)動(dòng)定律》這一章（下轉(zhuǎn)第26頁(yè)）（上接第22頁(yè)）包括兩個(gè)問題：研究牛頓對(duì)物理學(xué)的貢獻(xiàn)，你認(rèn)為他的三個(gè)運(yùn)動(dòng)定律是他一生中最偉大的成就嗎？請(qǐng)說明原因[9]。對(duì)牛頓第一定律作出評(píng)論、分析和批判，你能證明這個(gè)定律嗎？我國(guó)的教材編寫應(yīng)考慮增加類似的課外研究型課題，甚至是當(dāng)前熱點(diǎn)的社會(huì)性議題，豐富論證型任務(wù)，為學(xué)生課外展開科學(xué)論證提供研究方向。

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（欄目編輯? ? 劉? ?榮）