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        高中物理中實(shí)施科學(xué)論證教學(xué)的有效途徑①

        2019-09-10 02:10:54
        物理之友 2019年7期
        關(guān)鍵詞:科學(xué)論證觀(guān)點(diǎn)證據(jù)

        (青海省海東市平安區(qū)第一高級(jí)中學(xué),青海 海東 810600)

        1 科學(xué)論證簡(jiǎn)介

        科學(xué)論證是運(yùn)用證據(jù)對(duì)所研究的科學(xué)問(wèn)題進(jìn)行描述、判斷、預(yù)測(cè)和解釋?zhuān)⒆C據(jù)與觀(guān)點(diǎn)之間的關(guān)系或反駁他人觀(guān)點(diǎn)的實(shí)踐活動(dòng),包括5個(gè)要素:觀(guān)點(diǎn)、事實(shí)證據(jù)、理論依據(jù)、推理過(guò)程和反駁。

        其中,觀(guān)點(diǎn)是指基于對(duì)物理問(wèn)題情境的描述與分析而做出的判斷,事實(shí)證據(jù)是指支持觀(guān)點(diǎn)的事實(shí)陳述,理論依據(jù)是指聯(lián)結(jié)觀(guān)點(diǎn)和證據(jù)的學(xué)科知識(shí),推理過(guò)程是指聯(lián)系觀(guān)點(diǎn)和證據(jù)的因果關(guān)系鏈,包括演繹推理和歸納推理等,反駁是指運(yùn)用物理知識(shí)對(duì)相異觀(guān)點(diǎn)以及支持該觀(guān)點(diǎn)的證據(jù)或推理過(guò)程的質(zhì)疑和批判。[1]

        2 高中生物理科學(xué)論證能力的現(xiàn)狀

        科學(xué)論證能力是指順利進(jìn)行科學(xué)論證活動(dòng)時(shí)所需的穩(wěn)定的心理調(diào)節(jié)機(jī)制。鄭穎、張軍朋、張玉發(fā)根據(jù)《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》對(duì)高中生科學(xué)推理能力的5級(jí)水平層次劃分,結(jié)合SOLO分類(lèi)結(jié)構(gòu)理論,從觀(guān)點(diǎn)、證據(jù)、推理過(guò)程、反駁四個(gè)方面對(duì)課程標(biāo)準(zhǔn)中的5級(jí)水平進(jìn)行了細(xì)化,并采用書(shū)面測(cè)試題開(kāi)發(fā)測(cè)量工具,評(píng)估了高中生科學(xué)論證能力水平,具體表現(xiàn)出以下特征:(1) 學(xué)生傾向于調(diào)用生活經(jīng)驗(yàn)或已有的認(rèn)識(shí),并非基于事實(shí)證據(jù)進(jìn)行科學(xué)論證;(2) 學(xué)生沒(méi)有深刻理解物理概念和規(guī)律的內(nèi)涵和外延,往往羅列相關(guān)的概念規(guī)律,但不能和問(wèn)題情境相結(jié)合進(jìn)行相關(guān)論證;(3) 學(xué)生在進(jìn)行科學(xué)論證時(shí),容易根據(jù)部分的事實(shí)證據(jù)進(jìn)行推理,缺乏清晰連貫地闡述推理過(guò)程的意識(shí),在應(yīng)用所學(xué)知識(shí)說(shuō)明所得結(jié)論時(shí)不能清晰表達(dá),邏輯推理不夠嚴(yán)密。整體來(lái)說(shuō),學(xué)生科學(xué)論證能力處在中低水平。[2]

        3 教師對(duì)科學(xué)論證教學(xué)的認(rèn)知

        科學(xué)論證教學(xué)就是將科學(xué)活動(dòng)中的論證引入課堂,引導(dǎo)學(xué)生像科學(xué)家一樣開(kāi)展基于證據(jù)的論證活動(dòng),以發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維能力。

        張春麗、陳穎編制了關(guān)于科學(xué)論證要素的教師問(wèn)卷,調(diào)研結(jié)果為:老師們認(rèn)為教學(xué)應(yīng)包含觀(guān)點(diǎn)、論點(diǎn)或者結(jié)論的有33.6%,認(rèn)為應(yīng)包含論據(jù)的有35.5%,認(rèn)為應(yīng)包含邏輯或推理的有61.8%,認(rèn)為應(yīng)包含知識(shí)、理論、原理或者概念的有35.5%,認(rèn)為應(yīng)包含事實(shí)的僅有6.63%。令人驚訝的是,沒(méi)有一位教師回答含有反駁、辯論或者質(zhì)疑這一非常重要的要素。[3]教師對(duì)論證教學(xué)缺乏清晰的理論基礎(chǔ),對(duì)科學(xué)論證教學(xué)還不夠重視,這些是導(dǎo)致學(xué)生科學(xué)論證能力處在中低水平的主要原因。

        4 實(shí)施科學(xué)論證教學(xué)的有效途徑

        4.1 在知識(shí)的建構(gòu)中顯化科學(xué)論證方法,讓學(xué)生在模仿中發(fā)展科學(xué)論證能力

        在物理教學(xué)中可顯化科學(xué)論證的要素和過(guò)程,讓學(xué)生知道科學(xué)論證由觀(guān)點(diǎn)、與觀(guān)點(diǎn)相關(guān)的證據(jù)(包括事實(shí)證據(jù)和理論依據(jù))、聯(lián)系觀(guān)點(diǎn)和證據(jù)的推理以及反駁等基本要素構(gòu)成,向?qū)W生展示科學(xué)論證的過(guò)程和方法,讓學(xué)生在模仿中發(fā)展科學(xué)論證的能力。

        案例1:庫(kù)侖定律

        圖1

        (1) 現(xiàn)象

        如圖1所示,輕導(dǎo)體球A豎直懸掛,導(dǎo)體球B與A帶同種電荷。當(dāng)B靠近(或遠(yuǎn)離)A時(shí),偏角θ增大(或減小);B、C大小、形狀和材料完全相同,用不帶電的導(dǎo)體球C接觸B,B再靠近A時(shí),偏角變小。

        (2) 啟發(fā)

        教師啟發(fā)學(xué)生,把庫(kù)侖力與萬(wàn)有引力進(jìn)行比較,鼓勵(lì)學(xué)生大膽提出自己的觀(guān)點(diǎn)。

        (3) 觀(guān)點(diǎn)

        電荷間的作用力可能與它們所帶的電荷量的乘積成正比,與距離的平方成反比。

        (4) 推理

        (5) 事實(shí)證據(jù)1(檢驗(yàn))

        用自制的庫(kù)侖定律演示儀,[4]通過(guò)控制變量,進(jìn)行定量實(shí)驗(yàn),采集數(shù)據(jù),擬合圖像,得出的結(jié)果支持學(xué)生的觀(guān)點(diǎn)。

        (6) 事實(shí)證據(jù)2(歷史)

        模擬庫(kù)侖扭秤實(shí)驗(yàn),呈現(xiàn)庫(kù)侖所得數(shù)據(jù),進(jìn)一步支持學(xué)生的觀(guān)點(diǎn)。

        (7) 反駁

        這一結(jié)論在任何條件下都成立嗎?

        實(shí)驗(yàn)表明:在距離r大于10cm時(shí),圖像呈線(xiàn)性關(guān)系,r小于10cm時(shí),線(xiàn)性關(guān)系被破壞。據(jù)此引入點(diǎn)電荷理想模型,得到庫(kù)侖定律。

        在上述教學(xué)中,體現(xiàn)了科學(xué)論證的完整過(guò)程,通過(guò)顯化科學(xué)推理的要素和方法,給學(xué)生的科學(xué)論證指明了方向,有利于提升學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

        4.2 利用論證互動(dòng),發(fā)展反駁能力

        論證互動(dòng)是學(xué)生相互分享、評(píng)價(jià)、修改他們觀(guān)點(diǎn)的過(guò)程。學(xué)生通過(guò)相互質(zhì)疑,相互批判,回答同伴的問(wèn)題,修正自己的觀(guān)點(diǎn)。同時(shí),學(xué)生也學(xué)會(huì)用科學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)去評(píng)定與區(qū)分論證的優(yōu)劣。[5]

        案例2:牛頓第三定律

        師:馬拉車(chē)加速前進(jìn)時(shí),馬拉車(chē)的力與車(chē)?yán)R的力兩者的大小關(guān)系如何?請(qǐng)陳述理由。

        生1:馬拉車(chē)的力大于車(chē)?yán)R的力。理由是:馬能把車(chē)向前拉,而車(chē)卻不能把馬向后拉。正如大人能把小孩拉動(dòng),不就是大人的力大于小孩的力嗎?

        生2:兩者應(yīng)該相等。理由是:馬拉車(chē)的力與車(chē)?yán)R的力是作用力和反作用力,依據(jù)牛頓第三定律,兩者一定大小相等。

        師:兩個(gè)同學(xué)的理由似乎都有道理,第一個(gè)同學(xué)符合經(jīng)驗(yàn)事實(shí),第二個(gè)同學(xué)利用了理論依據(jù),誰(shuí)還有其他證據(jù)支持或反駁上述觀(guān)點(diǎn)呢?

        生3:我支持同學(xué)2的觀(guān)點(diǎn)。理由是:牛頓第三定律是科學(xué)知識(shí),我們以科學(xué)知識(shí)為依據(jù)進(jìn)行推理,其結(jié)果應(yīng)該是正確的。

        師:還有其他可靠的證據(jù)嗎?

        學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),利用DIS力傳感器進(jìn)行驗(yàn)證,認(rèn)同學(xué)生2的觀(guān)點(diǎn)。

        教師激疑:既然馬拉車(chē)的力和車(chē)?yán)R的力總是大小相等,如何解決“馬能把車(chē)?yán)蚯?,而?chē)卻不能把馬拉向后”這一問(wèn)題呢?

        學(xué)生論證:首先進(jìn)行受力分析,以車(chē)為研究對(duì)象,車(chē)在水平方向受到馬對(duì)其向前的拉力和地面對(duì)它向后的阻力,車(chē)之所以向前做加速運(yùn)動(dòng),是因?yàn)轳R向前的拉力大于地面向后的阻力;同理以馬為研究對(duì)象,馬在水平方向受到地面給予它向前的靜摩擦力和車(chē)對(duì)其向后的拉力,馬之所以向前做加速運(yùn)動(dòng),是因?yàn)榈孛鎸?duì)馬向前的靜摩擦力(動(dòng)力)大于車(chē)對(duì)馬向后的拉力(阻力),這也是車(chē)不能向后的原因。

        教師總結(jié):一個(gè)物體做怎樣的運(yùn)動(dòng),是由作用在這個(gè)物體上合力決定的,與該物體反作用于其他物體上的力無(wú)關(guān)。

        證據(jù)可以是事實(shí)證據(jù)(如實(shí)驗(yàn)),也可以是理論依據(jù),基于事實(shí)證據(jù)和理論的論證,有利于學(xué)生避免誤用“生活經(jīng)驗(yàn)”。利用互動(dòng)論證,有利于培養(yǎng)學(xué)生論證過(guò)程中邏輯推理的嚴(yán)密性,提升學(xué)生的質(zhì)疑、反駁能力。

        5 結(jié)語(yǔ)

        在科學(xué)論證教學(xué)中,首先要顯化論證的要素、過(guò)程和方法,培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成根據(jù)事實(shí)證據(jù)和現(xiàn)有知識(shí)進(jìn)行科學(xué)解釋的思維習(xí)慣;其次,利用論證中的學(xué)生互動(dòng),幫助他們轉(zhuǎn)變科學(xué)概念,建構(gòu)科學(xué)知識(shí),發(fā)展學(xué)生的反駁能力和探究能力。

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