劉雪梅 代 鳴 姚寶駿*

（江西師范大學生命科學學院，南昌 330022）1

（貴州銅仁學院生物系，銅仁 554300）2

科學論證能力成為現(xiàn)代公民必備的核心能力。2012年，美國下一代科學教育標準（the next generation science education standard，NGSS）明確將“基于證據(jù)的論證”列為 K-12年級科學教育的八種重要科學實踐之一[1]。近年來，不但西方國家注重科學論證能力的培養(yǎng)，而且在我國科學論證也成為研究熱點。最新2017版高中生物學課程標準提到，學習者具備科學思維意味著能夠審視或論證生物學社會議題[2]。由此說明，科學論證能力的培養(yǎng)在科學教學中占據(jù)著重要地位。

圖爾敏（Toulmin）認為，論證是一個使用證據(jù)和規(guī)則說服他人相信某一特定主張的過程[3]73-76?？茖W論證是圍繞自然相關問題展開的論證，是科學家建構和確認知識過程的典型的實踐活動，也是學生形成科學核心素養(yǎng)的重要途徑[4]。陳舒指出，培育科學論證能力的土壤是社會爭議性科學議題決策的情境[5]，意味著科學論證能力的培養(yǎng)離不開社會爭議性科學議題。社會爭議性科學議題（socio-scientific issues，SSI）指由當代科學技術研究開發(fā)所引起的一系列與社會倫理道德觀念和經(jīng)濟發(fā)展緊密相關的社會性問題，如克隆技術和基因工程等高新產(chǎn)品給社會倫理觀念和生態(tài)環(huán)境保護帶來的難題[6]。能夠理智應對SSI爭議、理解SSI決策，不但是我國科學教育中不可或缺的內(nèi)容，而且已經(jīng)成為公民科學素養(yǎng)的共識性內(nèi)涵。

1 概述

1.1 問題提出

20世紀末至21世紀初，在論證被引入科學教育領域后，涌現(xiàn)出了大量的基于論證的教學探索。研究最初主要集中在論證的作用與課堂論證的評價方面。在論證的評價方面，廣為接受的是西貝爾·埃杜蘭（Sibel Erduran）等人發(fā)展出的用來衡量科學課堂論證的質量的圖爾敏論證模型（Toulmin’s argumentation pattern，TAP）[7]。奧斯本（Osborne）指出，實施論證式教學除了可以提升學生的論證能力外，還可以促進學生主動學習、科學探究、推理和批判性思考等能力[8]。近兩年，國內(nèi)也開始借鑒國外論證在科學課堂開展的實例研究，黃丹燕做了高中學生對“全球變暖議題”的論證能力的調(diào)查研究，發(fā)現(xiàn)學生的論證能力處于較低水平，并且提出了一些針對性的教學策略[9]。程靖、孫婷等對我國八年級學生推理論證能力的調(diào)查研究的結果同樣顯示，多數(shù)學生的推理論證能力處于較低水平[10]。我國對論證能力培養(yǎng)的研究還不夠詳盡，職前科學教師作為未來教育的承擔者，他們的論證水平是影響學生科學素養(yǎng)形成的重要因素，并且職前科學教師已經(jīng)完成了基本科學知識的學習，掌握了論證所需的科學思維方法，所以職前科學教師的論證水平不會低于普通社會公民[5]，因此本次調(diào)查可以作為調(diào)查公民SSI論證水平的參照。

綜上所述，以職前科學教師為例調(diào)查公民的SSI論證水平，并且對于公民SSI論證能力的培養(yǎng)提出有效建議具有重要意義。本研究旨在以職前科學教師為例調(diào)查公民SSI論證能力，期望從不同層面提出建議，從而提升職前科學教師SSI論證能力乃至更廣范圍內(nèi)社會公民的科學論證能力。

1.2 理論框架

眾多學者研究了關于論證水平的評價模型，但是目前在科學教育研究中，TAP[3]121-128是較為通用的。TAP模型有三個最基本的成分：主張（claim）、證據(jù)（data）和規(guī)則（warrant），完整模式還包括限定語（qualifier）、反駁（rebuttal）和支撐（backing）[11]。圖爾敏將論證的模式類比為法律程序，在論證的第一步先提出一個特定的主張，然后如法律程序一樣，提出該主張所基于的證據(jù)。接下來，提出論證規(guī)則，謝小慶等[12]在《論證的使用》中將TAP模型中的“warrant”翻譯為“理據(jù)”，而本文將其翻譯為“規(guī)則”，主要是確保從證據(jù)得出主張的規(guī)則或原則，是連接數(shù)據(jù)資料與主張的橋梁，因此翻譯為“規(guī)則”。當規(guī)則的權威性受到質疑時，就提出支撐用以核定規(guī)則。限定語：限制主張的程度或范圍，使主張成立，“肯定的”“可能”“大約”等。有些情況下，即使加上限定語，也無法實現(xiàn)從證據(jù)、規(guī)則得到主張，于是產(chǎn)生了反駁。這種阻止從證據(jù)或規(guī)則得出主張的論述，稱為反駁（見圖1）。

圖1 圖爾敏論證模型

2 研究方法

2.1 研究對象

本研究隨機選取江西省南昌市某兩所師范大學2019屆科學教育專業(yè)四年級的107名本科生（以下簡稱“職前科學教師”）作為研究對象。該樣本一共107人，其中男生36人，女生71人，年齡跨度為21～23歲。

2.2 研究工具

本研究問卷調(diào)查選用的測量工具是以西班牙馬拉加大學的馬丁（Martin）和牛津大學的西貝爾·埃杜蘭（Sibel Erduran）所編制的科學論證測試卷的第一部分和第二部分為基礎而改編[13]。該問卷的制定標準是參照西貝爾·埃杜蘭（Sibel Erduran）等人發(fā)展出的用來衡量科學課堂論證的質量的TAP五水平評價模型[7][14]（見表1）?；赥AP要素的評估標準主要從兩方面進行考查，一方面是論證結構要素的數(shù)量；另一方面將反駁置于極為重要的位置，學生或教師是否提出反駁、反駁的強度如何，成為區(qū)分不同水平論證質量的關鍵要素。

表1 基于圖爾敏模型結構要素的評估標準

量表分為兩個部分，主要是與能源相關的社會性科學議題的論證調(diào)查，旨在調(diào)查職前科學教師對能源相關的社會性科學議題的論證水平。能源問題是全球亟待解決的社會性科學議題，是需要全世界所有群體高度重視的問題。

量表第一部分有三個問題，主要是調(diào)查職前科學教師對論證的質量的判斷，即評估什么是“好的論證”。每個問題有一個主張在和對于這個主張的六個不同水平的論證，要求被試對這六個不同水平的論證從“1”到“6”進行排序?！?”是最令人信服的論證（因為它有證據(jù)資料、規(guī)則和反駁）和“6”是最沒有說服力的論點，因為它有相互矛盾的陳述?！?”有證據(jù)和規(guī)則，“3”只包含證據(jù)，“4”只包含規(guī)則沒有提出反駁，“5”是一個只訴諸權威的句子。第二部分有三個問題，是調(diào)查職前教師認為在論證中什么是一個好的反駁。每個問題有一個主張和六個不同水平的反駁。要求被試對這六個不同的反駁從“1”到“6”進行排序。其中“1”是對論證的最強反駁（帶有支撐的論證），“6”是對論證的最弱反駁（情感論證）?！?”是包含規(guī)則的論證，“3”是包含證據(jù)的論證，“4”是包含主張的反駁，“5”是只有主張的反駁。除此之外，每一題所涉及的能源問題并不同，第1題與第4題以社區(qū)安裝太陽能為問題情境，第2題與第5題以汽油的使用為問題情境，第3題和第6題則以風能的使用為問題情境，表2是科學論證水平量表中的第1題，該題以太陽能的安裝為問題情境。

表2 科學論證量表例題1

2.3 研究程序

根據(jù)選題的要求，對107名研究對象發(fā)放馬丁等人編制的科學論證水平量表，限定時間為30分鐘。共發(fā)放量表107份， 回收有效量表107份，回收率為100%?；厥樟勘碇?，隨機選取10名職前科學教師進行訪談。

2.4 數(shù)據(jù)處理方法

當量表全部回收之后，用Excel和SPSS19等軟件對數(shù)據(jù)進行整理和統(tǒng)計。

3 結果與分析

3.1 職前科學教師問卷調(diào)查成績分析

根據(jù)問卷第一部分和第二部分成績統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知，本次論證測試的平均分比較低（見表3），只有10.33分，該問卷總成績?yōu)?6分。該統(tǒng)計結果說明，職前科學教師SSI論證的水平較低，該結果與李少勤、孫可萍和李莉等人[15-16]針對職前理科教師的研究得到較為一致的結論——職前教師的科學論證水平較低。

表3 論證量表答題總得分（第一部分和第二部分）

該樣本一共107個，其中男生36人，女生71人。由SPSS19分析數(shù)據(jù)可知，男生的平均成績?yōu)?0.14分，女生的平均成績?yōu)?0.42分，根據(jù)方差齊性檢驗（Levene檢驗）結果0.067大于0.05，因此符合方差齊性假設。兩班平均分差異性檢驗的T值為-0.246，對應的P值為0. 806（P大于0.05），結果顯示，不同性別的職前科學教師的論證水平無顯著差異（見表4）。

表4 不同性別論證量表得分T檢驗

3.2 職前科學教師論證水平結果與分析

表5統(tǒng)計了職前科學教師前三題的答題情況，表格第一列是題目序號，第二列為正確排序，第三列表示選擇正確選項的職前科學教師的百分比，第四列和第五列表示除去正確選項之后占比最多的錯誤選項及比例，此外，其余列出了每一個選項排名第一和第二的選項及人數(shù)比例。

表5 論證量表第一部分統(tǒng)計

如表5所示，前三個問題的排序正確率普遍偏低。第一個問題中，有44.86%的職前教師正確標記出最具有說服力的論證。但是只有9.43%的人正確標記出“6”最沒有說服力的論證。并且，這三題的第五個排序的排名第一錯誤選項都是“6”，其中第一題有63.31%的職前教師將原本排序為“5”的選項標記為“6”，他們認為像公司這樣的權威機構的話并不具有高度信服力。除此之外，在第二和第三個問題中，大部分職前科學教師都無法正確標記出最具說服力的論證“1”，正確標記“1”的人數(shù)百分比分別為33.64%和28.97%。這幾個選項排名第一的錯誤選項都是“2”。對于第3題第二個有說服力的論證中，有42.99%的職前教師認為該選項是“1”（包含證據(jù)、規(guī)則和反駁）。針對第“3”令人信服的論證（包含證據(jù)），第1 題和第3題中排名第一的錯誤選項都是“4”（只包含規(guī)則沒有提出反駁）。職前科學教師認為“只有規(guī)則，只解釋”比“包含證據(jù)及規(guī)則的論證”更具有說服力。

3.3 職前科學教師論證中反駁水平結果與分析

調(diào)查問卷的第二部分這3個問題中，大多數(shù)職前科學教師正確地標記了最具有說服力的論證“1”和最不具有說服力的論證“6”。例如第5題，正確標記“1”和“6”的人數(shù)比例分別為65.42%和53.77%。問題4和問題5的正確排序中正確率最低的分別是排序2、3、5。第4題第2個正確反駁（包含主張，證據(jù)和清晰反駁），排名第一和第二錯誤選項分別為“4”（提出主張、證據(jù)、無反駁）和“3”（提出主張、證據(jù)、弱反駁）。職前科學教師認為有證據(jù)卻無反駁的論證比有清晰反駁的論證更具有說服力。除此之外，根據(jù)對隨機選取的10位職前教師的訪談結果可知，有部分職前教師對能源問題并不是很了解。例如問到“對于太陽能風能等能源的具體了解多少”，有四位職前教師表示不是很了解。量表的每一題所涉及的能源問題并不同，例如第1題與第4題以社區(qū)安裝太陽能為問題情境，第2題與第5題以汽油的使用為問題情境，第3題和第6題則以風能的使用為問題情境，所以，即使兩個論證認識論層面的學習基本一致的人，面對不同的社會爭議性科學議題，他們最終所體現(xiàn)的SSI論證水平也會不一致（見圖1）。

表6 論證量表第二部分統(tǒng)計

4 討論與結論

通過本次調(diào)查發(fā)現(xiàn)，調(diào)查對象對于社會爭議性科學議題在論證的意識、論證的方法以及對論證問題的認識等方面都存在問題，具體表現(xiàn)如下。

4.1 論證意識淡薄，論證架構不完整

量表1～3大題是以職前科學教師為例調(diào)查公民對論證的質量的判斷，能否正確排序取決于他們對論證結構和要素的掌握情況。由表5論證量表第一部分統(tǒng)計結果分析可知，1～3大題排序題分數(shù)偏低，并且大多數(shù)人將原本正確排序1（包含證據(jù)、規(guī)則和反駁）的選項標記為2（包含證據(jù)和規(guī)則），將原本正確排序為3（只包含證據(jù)）的選項標記為2（包含證據(jù)和規(guī)則），職前教師對于論證中證據(jù)與規(guī)則的區(qū)別不了解。除此之外，根據(jù)對隨機選取的10位調(diào)查對象的訪談結果可知，大部分調(diào)查對象并不能熟練掌握論證的組成結構和要素，甚至有80%的調(diào)查對象表示并沒有聽過TAP。由此說明調(diào)查對象對于如何進行論證都是憑借自身的感覺，他們的論證架構并不完整，對論證的基本結構和要素不了解，因此無法對論證的質量做出合理評估。并且根據(jù)典型錯誤排序“3”和“4”可以看出，調(diào)查對象并未從基本的事實出發(fā)思考問題，缺乏資料意識，沒有意識到“證據(jù)資料”在論證中的重要作用。針對該情況，歸根結底是公民的論證意識淡薄，并不習慣運用證據(jù)和理論得出結論。

4.2 不理解論證中的反駁的重要性，論證水平與性別因素無關

使用TAP的大部分學者往往忽略反駁的重要性，反駁需要具備比較、對比和區(qū)別等多種推理的能力，反駁的出現(xiàn)更能提升論證的品質，提高論證空間質量[7]。庫恩（Kuhn）指出，辯論的認知技能在某種程度上是建立在對如何反駁反對者觀點的理解之上的[17]，因此從這個意義上來說，能否提出反駁能夠體現(xiàn)出論證水平的高低。量表4～6大題是以職前科學教師為例調(diào)查公民認為什么是一個好的反向論證的情況，大多數(shù)調(diào)查對象正確地標記了最具有說服力的論證“1”和最不具有說服力的論證“6”，說明大部分的調(diào)查對象可以判斷出最具有說服力的反向論證。但是根據(jù)典型錯誤排序“2”和“4”的比例，例如第4題第2個正確選項（包含主張、證據(jù)和清晰反駁），排名第一錯誤選項為“4”（提出主張、證據(jù)、無反駁），說明調(diào)查對象并不理解論證中反駁的重要性，缺乏辯護和反駁的論證能力。

根據(jù)表3和表4的SPSS統(tǒng)計結果分析可知，不同性別調(diào)查對象的論證水平無顯著差異。這說明到一定年齡階段，調(diào)查對象的平均論證能力都能達到一定水平，但在性別差異方面并不顯著?？赡苡捎谘芯繕颖局心信壤罹噍^大（男生36人、女生71人），樣本數(shù)量不夠大等問題，所以并未得出論證能力的具體差異。由此可見，調(diào)查對象在學習生涯中缺少有關論證認識論層面的學習與實踐從而論證水平較低，其論證能力的培養(yǎng)很大程度上依賴于學校教育中論證能力的培養(yǎng)和社會論證氛圍的營造。

4.3 對社會爭議性科學議題欠缺敏銳度

根據(jù)對隨機選取的10位調(diào)查對象的訪談結果可知，有部分調(diào)查對象對能源問題并不是很了解。例如問到“對于太陽能風能等能源的具體了解多少”，有4位調(diào)查對象表示不是很了解。同樣品質的論證，可能因為個人價值取向和對社會爭議性科學議題的了解程度相異，得到完全不同的決策[5]。即使兩個論證認識論層面的學習基本一致的人，面對不同的社會爭議性科學議題，他們最終所體現(xiàn)的SSI論證水平也會不一致。社會爭議性科學議題不僅存在于教學中，也與我們每一個人息息相關。新型冠狀病毒肺炎（簡稱新冠肺炎）疫情的暴發(fā)使全世界陷入了困境，研究顯示，新冠病毒與從云南省中菊頭蝠中檢測到的冠狀病毒分離株遺傳進化關系較為接近，所以科學家預測菊頭蝠可能是新型冠狀病毒的潛在宿主之一[18]，針對該事件衍生出許多值得思考的社會爭議性科學議題，例如“野生動物能不能吃”“野生動物該如何保護”。除了該事件，還有與我們密切相關的轉基因食品的爭議也值得社會公民進行探討。因此，結合當下社會事件，給社會公民全面普及社會爭議性科學議題從而提升其敏銳度迫在眉睫。

5 建議

5.1 加強中小學生科學本質觀學習，促進學生科學認識論形成

“科學是基于實證的”是科學本質觀的重要組成部分[19]，因此科學本質觀的認識程度與論證能力的培養(yǎng)息息相關。論證意識具有明顯的個體主觀能動性，學生必須從自我的內(nèi)心認可科學論證的價值才能更好學習及運用論證[20]。作為學?？茖W教育的承擔者，職前科學教師對科學本質的認識程度，比擁有科學知識的多少更能直接影響學生科學素養(yǎng)的提高[21]，但是科學本質觀的學習不是一蹴而就的，必須從小開始學習，所以要加強中小學生科學本質觀的學習，以促進學生科學認識論的形成。首先，在科學課堂上開展各種促進學生科學認識論形成的實踐活動，例如開展辯論賽等活動。在實施過程中，教師應當營造鼓勵論證的課堂氛圍。其次，可通過黑板報、講座和更廣泛的媒體等在公共領域的能加強科學本質觀的科普活動，例如，組織學生參觀科技館或博物館、參加科學講座或學術會議、參加科學知識競賽等科普活動。通過這些活動加強學生科學本質觀的學習，用批判的眼光看待問題，促進科學認識論的形成，這些都是科學論證能力的體現(xiàn)。

5.2 重視職前教師論證能力培養(yǎng)，書面論證與口頭論證相結合

本研究證明，不同性別的職前科學教師論證水平無差異，并且馬丁等人的研究證明，相似教育背景下，不同年齡以及不同教學經(jīng)驗的職前教師的論證水平無顯著差異[13]。因此要重視師范生的論證能力的培養(yǎng)，并將科學論證融入教育實踐。首先，可開設“圖爾敏論證邏輯思想研究”“論證的使用”“形式邏輯”等選修課程以有利于職前科學教師掌握基本的論證理論。其次，可在師范教育課堂上多開展與SSI論證有關的討論與辯論活動、撰寫科學小論文等。通過這些活動使職前科學教師不再局限于學科知識和教學法知識，而是更好地學習論證相關理論和論證方法，培養(yǎng)科學論證能力。除此之外，還應該加強論證相關的技能訓練。例如，讓職前教師通過書面作業(yè)的形式寫出自己的論據(jù)和論證過程，從而意識到科學知識建構過程中如評估科學主張、衡量證據(jù)、解釋文本等論證活動的重要性；也可在課后組織口頭論證活動，以提升職前科學教師的論證能力，例如模擬法庭角色扮演活動，模擬律師在法庭上辯護，從而提高職前科學教師解釋、辯護和反駁的論證能力。最后，可建立專門的論證學習平臺以供職前科學教師交流與學習。只有提高了職前科學教師的論證能力，才能促進職前科學教師在今后的科學教學中更好地使用論證式教學，提高中學生的論證能力。

5.3 營造科學理性的社會氛圍，開展社會爭議性科學議題討論

調(diào)查對象完成了基本的科學知識的學習，屬于社會上科學素養(yǎng)較高的一個群體，其SSI論證水平較低的其中一個原因是缺乏對社會爭議性科學議題的敏銳度，并且公民針對SSI議題討論的社會氛圍也不夠濃厚。因此本研究建議要營造科學理性的社會氛圍，全民普及SSI話題。首先，可以通過紙媒或電子媒體報道最新的SSI議題，讓社會公民對與生活實際息息相關的SSI議題有基本了解。其次，教師可以在科學課堂上向學生普及社會爭議性科學議題，讓學生針對生活中的如“轉基因作物能不能吃”這樣的社會爭議性議題收集資料后進行討論，從而提高學生的SSI論證能力。最后，在各個社區(qū)以及各個學校的宣傳欄設置專門的SSI論證欄目，及時更新SSI議題，并且鼓勵民眾更多地參加社會爭議性科學議題專題活動，在全社會普及SSI內(nèi)容與知識，開展SSI討論，讓社會公民理解作為一種人類活動形式的科學會受到各種價值觀的影響，其中具有各種不確定性以及值得討論的議題。努力營造科學理性的社會氛圍，在社會公民對SSI議題有基本的了解與價值判斷之后，鼓勵社會公民站在理性的位置進行SSI論證與決策。