陳仁旭 王長江

摘 ?要：科學論證作為核心素養(yǎng)中科學思維的重要要素，已引起國內(nèi)外教育工作者的廣泛關(guān)注。文章以“楞次定律”的教學實踐為例，為教師介紹SWH模式，用于指導學生開展科學探究和書面論證活動，從而提升學生的科學論證能力，培養(yǎng)學生的科學思維品質(zhì)。

關(guān)鍵詞：科學論證;SWH模式;楞次定律

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ?文章編號：1003-6148（2020）10-0006-5

科學論證是當前國內(nèi)外教育領(lǐng)域的核心議題。自20世紀90年代以來，科學論證受到國際科學教育研究者的普遍關(guān)注，美國國家研究委員會于2013年發(fā)布的《新一代科學教育標準》（Next Generation Science Standards，NGSS）[1]明確將“基于證據(jù)的論證”列為K-12科學論證中的八種實踐之一，并將論證作為科學實踐要素用于指導課堂教學[2]。我國《普通高中物理課程標準（2017年版）》指出，“科學思維”是物理核心素養(yǎng)的主要內(nèi)容，是學生在學習物理過程中形成的關(guān)鍵能力?？茖W論證是科學探究的核心，提高科學論證能力不僅是學生學習科學的先決條件，也能夠發(fā)展批判性思維能力和復雜決策能力，促進核心概念的整合以及深化對知識內(nèi)容、科學本質(zhì)的理解[3]。

如何在教學中培養(yǎng)學生的科學論證能力？筆者認為，可以運用Hand和Carolyn Keys等人提出的SWH（Science Writing Heuristic，啟發(fā)式科學寫作）模式改進實際教學，將演示實驗課改為需要學生當堂完成實驗報告、并動手實驗操作的探究性實驗課，引導學生提出明確問題、主張、支持主張的證據(jù)和理由，并收獲一個完整的科學論證過程[4]。大量研究表明，SWH模式能夠有效促進學生對科學知識的理解，提高學生的科學論證能力[5-7]。

1 ? ?問題提出

1.1 ? ?SWH模式概述

SWH模式的內(nèi)核是向?qū)W習者提供一個啟發(fā)性實踐模式，從而指導學生開展科學活動和書面科學論證。通過實驗探究、小組合作、交流討論、說服演說、質(zhì)疑反駁等科學活動，提高學生以科學推理能力、批判思維能力為核心的科學論證能力，并且促進學生交流合作、匯報演說等論證相關(guān)能力的發(fā)展。SWH模式包括教師活動設計和學生思考兩個模式，一是為教師提供與教學行為建議有關(guān)的教師策略模式（見表1），二是輔助學生思考模式（見表2）。

教師策略模式為教師提供明確的教學思路，在保證新舊知識聯(lián)系、課堂氣氛活躍的前提下，引導學生自主建構(gòu)完整的科學論證過程，提高學生書面科學論證活動的正式性、規(guī)范性。

輔助學生思考模式為學生對實驗流程的理解、科學論證過程兩方面提供支持，同時也在告知學生實驗報告、書面科學論證的主要內(nèi)容包括：最初觀點、實驗、觀察、正式主張、證據(jù)、交流、反思。

1.2 ? ?SWH模式對培養(yǎng)學生科學思維的積極意義

SWH模式通過引導學生發(fā)現(xiàn)問題、設計實驗活動、收集證據(jù)、明確主張、交流反思，能夠有效幫助學生發(fā)展科學論證能力，建構(gòu)科學知識，提升科學認識論水平、批判思維能力和交流能力，促進學生學科核心素養(yǎng)的發(fā)展。

《普通高中物理課程標準（2017年版）》對物理選擇性必修2中“楞次定律”部分作出明確的學業(yè)要求：能夠理解楞次定律的內(nèi)涵，會做“探究影響感應電流方向的因素”等實驗。能夠根據(jù)假設的思路，制定科學探究實驗方案。能夠正確操作實驗器材，獲得可靠的實驗數(shù)據(jù)，通過分析數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)規(guī)律，進而通過歸納形成簡潔的、具有普遍意義的結(jié)論。能分析實驗中存在的誤差，能夠判斷誤差的來源，能夠?qū)懗鐾暾目茖W探究報告[3]。可見，對于“楞次定律”教學，強調(diào)學生發(fā)現(xiàn)問題、設計實驗、動手操作、分析論證等能力的培養(yǎng)。比較發(fā)現(xiàn)，SWH模式為教師和學生提供的教學活動模式與新課標要求非常吻合，并且注重學生的科學論證能力。

2 ? ?“楞次定律”教學疑難分析

楞次定律是高中物理教學的重點，是分析和解決電磁感應現(xiàn)象問題的重要支柱。

從教材來看（以舊人教版選修3-2[8]為例），此內(nèi)容從條形磁鐵相對螺線管運動實驗入手，簡單推理就提出“感應電流磁場阻礙磁通量變化”這一結(jié)論，致使學生不明確論證過程中的主張、證據(jù)、證據(jù)與主張間的聯(lián)系、反駁等要素，論證過程不夠完整，導致學生對楞次定律沒有本質(zhì)性的認識，更得不到清晰的科學論證過程。

從傳統(tǒng)教學安排來看，教師多采用演示實驗的教學方法。楞次定律涉及的物理量眾多、規(guī)律復雜，包含磁場方向、磁通量大小、磁通量變化、電流方向、線圈繞向等。多個物理量同時出現(xiàn)在一個物理實驗當中時，教師講授困難，即使認真講解，也很難保證學生充分理解楞次定律的推理論證過程，教學效果一般。

從學生學習情況來看，學生剛接觸電磁感應，知識經(jīng)驗薄弱，突然要探究涉及物理量眾多的楞次定律，往往出現(xiàn)研究問題不明確、問題分析不具體、推理論證不充分的情況，無法從物理學視角對楞次定律的內(nèi)涵和與之相關(guān)物理量之間的聯(lián)系有一個正確認識，難以掌握基于事實證據(jù)和科學推理對不同觀點、結(jié)論提出質(zhì)疑、批判、檢驗和修正的科學論證方法。

3 ? ?SWH模式在“楞次定律”教學中的運用

筆者嘗試以SWH模式為理論基礎，綜合考慮“楞次定律”教學實際，設計教學思路，探索新型教學模式，見表3。

3.1 ? ?環(huán)節(jié)一：提問引導，明確問題

教師活動：演示實驗（人教版選修3-2圖4.3-1[8]），創(chuàng)設情境，提出問題串（產(chǎn)生感應電流的條件是什么？如何判斷感應電流的方向？我們已經(jīng)知道磁通量變化與感應電流有一定的聯(lián)系，能否用磁通量變化來表達感應電流的方向？如何設計實驗進行探究？），板書相關(guān)物理量概念圖，并指導學生設計實驗。

學生活動：根據(jù)已有知識經(jīng)驗，明確研究問題，提出初步主張（“磁通量變化與感應電流有一定的聯(lián)系”），設計實驗。

環(huán)節(jié)一通過演示實驗和問題串引導、幫助學生明確研究問題，保障后續(xù)探究與論證方向正確，避免以往“楞次定律”教學中學生對研究問題不明確、眾多物理量理解不深入、甚至混淆現(xiàn)象的發(fā)生。

3.2 ? ?環(huán)節(jié)二：指導實驗，收集證據(jù)

教師活動：指導學生實驗（提示學生表明線圈繞向，記錄電流表指針偏轉(zhuǎn)方向與電流方向的關(guān)系）。

學生活動：分組實驗，記錄數(shù)據(jù)（見表4），思考能否證實初步主張。

環(huán)節(jié)二給予學生自主實驗的空間，符合新課標在“楞次定律”一節(jié)對學生動手操作的要求。

3.3 ? ?環(huán)節(jié)三：思考證據(jù)，修改主張

教師活動：板書實驗結(jié)果，指導小組討論（引導學生根據(jù)“磁極方向一致時，電流表指針時左時右;磁通量變化趨勢相同時，電流表指針還是時左時右”這一實驗現(xiàn)象，說明事實證據(jù)反駁了學生的初步主張“磁通量變化與感應電流有一定的聯(lián)系”），激勵學生思考并提出新主張（適時提示感應電流也會產(chǎn)生磁場，該磁場與原磁場方向、感應電流方向均有關(guān)）。

學生活動：小組討論，發(fā)現(xiàn)實驗結(jié)果無法支持初步主張，思考如何修改初步主張，根據(jù)教師指導修改主張，再次實驗，記錄實驗數(shù)據(jù)（見表5），小組討論總結(jié)實驗結(jié)論（感應電流磁場與磁通量變化有關(guān)）。

環(huán)節(jié)三教師引導學生根據(jù)初次實驗獲得的證據(jù)來反駁學生的初步主張，并修改主張。學生通過交流討論形成統(tǒng)一意見，不僅要表明自己的論點（主張），還要闡述自己推理的依據(jù)和過程，這樣有利于增強學生的溝通性論證能力，培養(yǎng)學生有條有理、嚴謹負責、自我批判的科學態(tài)度，以及鍥而不舍的科學精神。

3.4 ? ?環(huán)節(jié)四：班級討論，完善主張

教師活動：引導全班討論（注意及時引導、控制討論方向，并板書重點內(nèi)容），引導學生得出結(jié)論（感應電流的磁場總要阻礙引起感應電流的磁通量變化），選出學生代表發(fā)言，重點闡述如何得出結(jié)論，證據(jù)是什么（視情況做必要的補充）。

學生活動：組間討論實驗結(jié)果，綜合得出結(jié)論即新主張，思考證據(jù)如何支持主張。

環(huán)節(jié)四在全班范圍展開討論，小組代表運用各種證據(jù)向其他學生進行分析論證、演說說服，使他人接受主張，有利于培養(yǎng)學生的交流合作能力、提高班級凝聚力。教師帶領(lǐng)學生充分體會證據(jù)如何支持和完善主張的科學論證過程，深入理解證據(jù)（表5）與完善后主張（感應電流磁場總要阻礙引起感應電流的磁通量的變化即“楞次定律”）之間的邏輯關(guān)系。

3.5 ? ?環(huán)節(jié)五：深入討論，理解內(nèi)涵

教師活動：討論交流（Ⅱ），引導全班學生分析結(jié)論，例如，“阻礙”一詞的含義是什么？從導體與磁場相對運動角度來看，感應電流的磁場有何特點？從能量角度來看，線圈中電能從何而來？

學生活動：回答問題，在教師引導下體會“楞次定律”的內(nèi)涵。

環(huán)節(jié)五引導學生從相對運動、能量守恒的角度思考“楞次定律”，加深學生對“楞次定律”物理內(nèi)涵的理解。

3.6 ? ?環(huán)節(jié)六：整體回顧，思考過程

教師活動：討論交流（Ⅲ），首位呼應，回顧開頭，引導學生反思初始主張，并與最終主張比較。通過課后習題練習引導學生領(lǐng)悟“楞次定律”可推廣到其他形式的電磁感應現(xiàn)象，凡是由磁通量增加或減少產(chǎn)生的感應電流，其磁場總要阻礙原磁場磁通量的增加或減少。

學生活動：體會從提出主張—實驗獲得證據(jù)—反駁—提出新主張—再次實驗獲得證據(jù)—最后完善主張的整個科學論證過程。

環(huán)節(jié)六擴展學生對“楞次定律”的理解，訓練學生運用“楞次定律”解決問題的能力，通過反思整個論證過程，提高學生科學推理論證和自我批判的意識。

3.7 ? ?環(huán)節(jié)七：總結(jié)重點，書面論證

教師活動：總結(jié)科學論證在科學研究中的重要性，幫助學生明確科學論證的基本過程，指導學生完成書面科學論證（見表6）。

學生活動：總結(jié)分析實驗中遇到的問題，按要求完成書面科學論證。

環(huán)節(jié)七鞏固所學知識，幫助學生收獲完整的科學論證過程。

4 ? ?結(jié) ?語

SWH模式不是定式化的，應隨教學內(nèi)容而變化，要符合實際的教學條件和學生情況。使用時教師要把握其核心理念，建立以學生為中心、小組互助的實驗論證課堂，重點在于激勵學生不斷思考，引導學生建立“問題—初始主張—證據(jù)—反駁—最終主張—支持證據(jù)—結(jié)論”的論證思維過程（其中“問題、證據(jù)、最終主張、支持證據(jù)、結(jié)論”必不可少），促進學生科學論證這一高階思維能力的發(fā)展，幫助教師實現(xiàn)由傳統(tǒng)灌輸教學向注重培養(yǎng)學生科學論證能力教學的轉(zhuǎn)變。

為了有效幫助教師開展基于SWH模式的實際教學，表7列出了是否符合SWH模式的教學行為，便于教師迅速把握SWH模式的關(guān)鍵點，明確SWH教學的設計思路。

參考文獻：

[1]張寶輝，張紅霞，彭蜀晉.全球化背景下的科學教育發(fā)展與變革——2012國際科學教育研討會綜述[J].全球教育展望，2013，42（4）：120-128.

[2]Gillam，David.A Framework for K-12 Science Education： Practices， Crosscutting Concepts， and Core Ideas[J]. Science Scope， 2012，36（1）：90-91.

[3]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準[S].北京：人民教育出版社，2018.

[4]Kingir S， Geban O， Gunel M. Using the Science Writing Heuristic as a Tool for Learning from Laboratory Investigations in Secondary Science[J]. Journal of Research in Science Teaching， 1999， 36（10）：1065-1084.

[5]Kingir S， Geban O， Gunel Using the Science Writing Heuristic Approach to Enhance Student Understanding in Chemical Change and Mixture[J]. Research in Science Education， 2013，43（4）：1645-1663.

[6]Yaman F. Effects of the Science Writing Heuristic Approach on the Quality of Prospective Science Teachers Argumentative Writing and Their Understanding of Scientific Argumentation[J]. International journal of Science and Mathematics Education， 2018，16（3）：421-442.

[7]Hand B， Shelley MC， Laugerman M， Fostvedt L， Therrien W. Improving critical thinking growth for disadvantaged groups within elementary school science： A randomized controlled trial using the Science Writing Heuristic approach[J]. Science Education， 2018，102（10）： 693-710.

[8]人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材研究開發(fā)中心.普通高中課程標準實驗教科書物理選修3-2[M].北京：人民教育出版社，2010.

（欄目編輯 ? ?趙保鋼）