●弭樂，司偉旗，戴林楠

科學(xué)論證是一種重要的科學(xué)思維方式，如何將科學(xué)論證融入教學(xué)與測(cè)評(píng)，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)觀念和科學(xué)思維的共同發(fā)展是教學(xué)實(shí)踐中迫切需要研究和解決的問題?？茖W(xué)論證教學(xué)作為一項(xiàng)重要的實(shí)踐活動(dòng)，它幫助學(xué)生參與真實(shí)的科學(xué)探究以及提升科學(xué)素養(yǎng)水平?？茖W(xué)論證包括思考問題、核查原始資料、形成觀點(diǎn)、使用資料作為證據(jù)來支持或檢驗(yàn)觀點(diǎn)和推理。科學(xué)論證的不確定性是科學(xué)學(xué)科固有的，其過程是科學(xué)論證的基本實(shí)踐?？茖W(xué)論證中的不確定性包括個(gè)人對(duì)現(xiàn)象、原始資料或討論問題有不同解釋的爭(zhēng)議、沖突和差異[1]。科學(xué)論證將科學(xué)家聚集在一起，通過辯論和揭穿觀點(diǎn)和證據(jù)來確定、解決和減少不確定性，從而構(gòu)建對(duì)現(xiàn)象的整合理解[2]。科學(xué)知識(shí)在不確定性的過程中發(fā)展和進(jìn)步。諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者費(fèi)曼指出：“科學(xué)已經(jīng)發(fā)展到足以展示不確定性的可能性和潛力，以及開放可能性的價(jià)值，因此科學(xué)家習(xí)慣于處理懷疑和不確定性?！比欢瑢⒖茖W(xué)論證實(shí)踐從專家環(huán)境遷移到科學(xué)課堂是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，因?yàn)閷W(xué)生并不熟悉科學(xué)家的意圖和活動(dòng)?；趯?duì)學(xué)生發(fā)展局限性的假設(shè)，這種遷移的困難在于學(xué)生沒有真正參與、學(xué)習(xí)和實(shí)踐活動(dòng)。

目前中小學(xué)科學(xué)論證教學(xué)實(shí)踐存在目標(biāo)落實(shí)不到位、教學(xué)經(jīng)驗(yàn)缺乏、課程標(biāo)準(zhǔn)支持薄弱等問題，而且關(guān)注為這種實(shí)踐開發(fā)學(xué)習(xí)進(jìn)階的研究也較匱乏。學(xué)習(xí)進(jìn)階通常被定義為一系列連續(xù)復(fù)雜的思考方式或知識(shí)內(nèi)容，這些方式隨著時(shí)間的推移而愈加復(fù)雜。因此學(xué)習(xí)進(jìn)階描述了學(xué)生深入理解核心概念或?qū)嵺`時(shí)可能遵循的潛在認(rèn)知路徑，為設(shè)計(jì)有意義的評(píng)估提供了前瞻性的框架，能夠深入了解學(xué)生的思維如何隨時(shí)間變化。本文首先探究了科學(xué)論證的本質(zhì)，介紹了科學(xué)論證教學(xué)模式，最后對(duì)科學(xué)論證進(jìn)階測(cè)評(píng)進(jìn)行了探討。

一、科學(xué)論證的界定和結(jié)構(gòu)模型

（一）科學(xué)論證

關(guān)于科學(xué)論證的本質(zhì)，有幾種觀點(diǎn)：（1）構(gòu)建論點(diǎn)的實(shí)踐；（2）辯護(hù)、說服和理解的過程；（3）討論有爭(zhēng)議的社會(huì)科學(xué)問題；（4）學(xué)科概念的表述；（5）科學(xué)素養(yǎng)的發(fā)展；（6）推理實(shí)踐。學(xué)者根據(jù)其自身研究背景提出不盡相同的表述，體現(xiàn)了研究理念和研究方法的差異。已有的科學(xué)論證本質(zhì)研究，沒有將論證作為解決不確定性問題的一項(xiàng)科學(xué)事業(yè)來探討，即不確定性是如何產(chǎn)生的，辯護(hù)不確定性的資源有哪些，以及如何解決和減少不確定性，以便增進(jìn)對(duì)科學(xué)過程的概念性理解。

關(guān)于對(duì)科學(xué)論證的界定，不同學(xué)者的定義方式不同。例如，愛默倫等認(rèn)為“科學(xué)論證是為觀點(diǎn)辯護(hù)或駁斥對(duì)立觀點(diǎn)的過程”[3]；佐哈爾等定義“科學(xué)論證是提出主張或結(jié)論，并進(jìn)行相應(yīng)辯護(hù)或理由的過程”[4]；勞森界定科學(xué)論證為“在不確定的問題中構(gòu)建主張，并在主張和證據(jù)之間建立聯(lián)系的過程”[5]。其他學(xué)者的界定還有“科學(xué)論證是一種邏輯對(duì)話模型，它的目的是梳理觀點(diǎn)和證據(jù)之間的關(guān)系”“科學(xué)論證是為了構(gòu)建對(duì)復(fù)雜問題的解釋，提出、支持、評(píng)估和凝練觀點(diǎn)的過程”“科學(xué)論證既包括基于證據(jù)和推理等方式為主張或解釋辯護(hù)的過程，也包括說服他人的過程”“科學(xué)論證是一種基于學(xué)科知識(shí)情境的復(fù)雜推理活動(dòng)，目的是構(gòu)建主張和證據(jù)之間的聯(lián)系，或反駁已建立的聯(lián)系”，等等。

綜上所述，雖然眾多學(xué)者對(duì)科學(xué)論證的定義各有側(cè)重，但其中的核心要素包含主張（觀點(diǎn)）、證據(jù)、推理和反駁等。目前科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)在科學(xué)論證部分要求學(xué)生具有使用科學(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)。

（二）圖爾敏論證模型(Toulmin model)

國際科學(xué)教育領(lǐng)域關(guān)于科學(xué)論證的研究，大多將圖爾敏模型作為論證的基礎(chǔ)理論模型，許多基于科學(xué)論證的教學(xué)研究都是在該基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，如后面將要介紹的整合式論證ADI模式，為此對(duì)圖爾敏模型做一下介紹。

圖爾敏論證模型如圖1所示。圖爾敏將論證的結(jié)構(gòu)比喻成一個(gè)有機(jī)體：“一個(gè)粗略的解剖結(jié)構(gòu)，一個(gè)精細(xì)的生理結(jié)構(gòu)”[6]。圖爾敏的論證模型在《使用科學(xué)論證》這本暢銷書中有詳細(xì)解釋。圖爾敏將論證解構(gòu)成具體的元素：主張、資料、正當(dāng)理由、支持、限制條件和反駁。主張是論斷、總結(jié)或者對(duì)問題的回答。資料（或證據(jù)）是支持主張的信息或案例。正當(dāng)理由證明數(shù)據(jù)如何支持主張。支持表示如何服務(wù)于正當(dāng)理由。限制條件是對(duì)條件狀態(tài)的描述，主張?jiān)谠摋l件下是成立的。反駁（反駁論證）是駁斥對(duì)方的主張。在許多研究中，圖爾敏模型發(fā)生了變化，然而這個(gè)模型中大部分元素仍然是眾多其他模型的基礎(chǔ)。

二、科學(xué)論證教學(xué)模式（以整合式論證ADI模式為例）

美國國家研究理事會(huì)提出，整合式教學(xué)在促進(jìn)學(xué)生理解學(xué)科知識(shí)領(lǐng)域、發(fā)展科學(xué)推理、幫助學(xué)生讀寫以及培養(yǎng)科學(xué)興趣方面比傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)更為有效[7]。2013年，美國新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)了論證的概念，“促進(jìn)學(xué)生參與基于證據(jù)的論證活動(dòng)，支持其對(duì)推理和實(shí)證證據(jù)的理解”。在此背景下，格魯姆斯團(tuán)隊(duì)提出整合式論證ADI模式（the Argument-Driven Inquiry，簡(jiǎn)稱ADI模式）[8]，該模式注重整合書面論證、口頭論證、認(rèn)知理解和社會(huì)協(xié)商，以及針對(duì)性論證等教學(xué)策略的運(yùn)用，分為八個(gè)教學(xué)階段：（1）明確任務(wù)和問題，開展工具對(duì)話；（2）設(shè)計(jì)方案和收集資料；（3）分析資料和初步展開論證；（4）論證階段；（5）反思性討論；（6）寫探究報(bào)告；（7）雙盲評(píng)議；(8)修改和上交報(bào)告。

桑普森等利用ADI模式以化學(xué)課程為背景展開教學(xué)研究，學(xué)生參與了基于ADI模式設(shè)計(jì)的15項(xiàng)不同的論證活動(dòng)（見表1）[9]。每項(xiàng)活動(dòng)都涵蓋ADI模式的所有教學(xué)階段。在論證活動(dòng)中，學(xué)生以3～4人為小組進(jìn)行合作探究。在論證活動(dòng)結(jié)束之后，學(xué)生再被隨機(jī)分配到一個(gè)新的小組，以便確保每位學(xué)生在整個(gè)學(xué)期內(nèi)參與所有的論證活動(dòng)。論證教學(xué)活動(dòng)包括四種類型。

第一類論證活動(dòng)目標(biāo)是構(gòu)建新的解釋。學(xué)生被要求探究一種現(xiàn)象（如物質(zhì)的干涉行為），并為這種現(xiàn)象構(gòu)建一種解釋或模型。論證活動(dòng)旨在給學(xué)生引入重要的科學(xué)理論、定律或概念（如物質(zhì)的分子動(dòng)力學(xué)理論），該類型論證包括六種探究活動(dòng)。

第二類論證活動(dòng)目標(biāo)是修改一種解釋。學(xué)生被要求改進(jìn)和擴(kuò)展他們?cè)谥暗奶骄恐兴鶚?gòu)建的解釋，以便可以用它解釋一個(gè)不同但相關(guān)的現(xiàn)象，該類型論證包括兩種探究活動(dòng)。

第三類論證活動(dòng)目標(biāo)是評(píng)價(jià)一種解釋。在探究活動(dòng)中，學(xué)生被提供一種科學(xué)解釋（例如質(zhì)量守恒定律）或幾種替代解釋，要求開發(fā)一種方法來進(jìn)行測(cè)試，該類型論證包括兩種探究活動(dòng)。

第四類論證活動(dòng)目標(biāo)是使用一種解釋來解決問題。在這些活動(dòng)中，學(xué)生被要求使用課堂中所學(xué)的概念（如摩爾質(zhì)量或化學(xué)反應(yīng)類型）解決問題（識(shí)別未知的粉末或反應(yīng)的產(chǎn)物），該類型論證包括五種探究活動(dòng)。

ADI模式是一種基于探究情境的整合式教學(xué)策略，學(xué)生利用小組合作設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，通過控制變量獲取資料、數(shù)據(jù)以及展開論證，在實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)和提升科學(xué)論證能力方面證明是有效的，該模式突出了科學(xué)論證教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)方面的獨(dú)特作用，符合我國科學(xué)教育課改導(dǎo)向和課堂教學(xué)實(shí)際，是有效提高科學(xué)素養(yǎng)的論證教學(xué)模式。

三、科學(xué)論證進(jìn)階測(cè)評(píng)

對(duì)書面論證質(zhì)量的分析，我們關(guān)注學(xué)生論證認(rèn)知理解的發(fā)展。近年來，隨著對(duì)科學(xué)實(shí)踐教學(xué)的日益重視，學(xué)習(xí)進(jìn)階研究逐漸聚焦學(xué)生掌握特定領(lǐng)域知識(shí)或發(fā)展能力（如科學(xué)論證）所遵循的進(jìn)階或軌跡。為分析書面論證寫作，關(guān)注學(xué)生在主題單元中論證認(rèn)知理解的發(fā)展，池恩等在學(xué)習(xí)進(jìn)階理論指導(dǎo)下，圍繞論證內(nèi)涵和關(guān)鍵要素開發(fā)了科學(xué)論證進(jìn)階測(cè)評(píng)框架（見表2），包括五個(gè)編碼：觀點(diǎn)的正確性、證據(jù)的充分性、證據(jù)的推理性、觀點(diǎn)與問題的關(guān)聯(lián)性、觀點(diǎn)與證據(jù)的關(guān)聯(lián)性。10為精準(zhǔn)評(píng)價(jià)學(xué)生書面論證的要素水平，分別為每個(gè)論證編碼構(gòu)建了學(xué)習(xí)進(jìn)階。每種編碼均用五分制（0、1、2、3、4）評(píng)分，對(duì)應(yīng)學(xué)習(xí)進(jìn)階的各個(gè)水平，滿分20分。驗(yàn)科學(xué)論證教學(xué)的實(shí)施效果，分析關(guān)注在全班討論構(gòu)建和批判論點(diǎn)的過程中，對(duì)小組書面論證表現(xiàn)進(jìn)行測(cè)評(píng)。小組書面論證均由兩名獨(dú)立的評(píng)分者評(píng)分（表3為評(píng)分示例）。研究利用SPSS（16.0）軟件計(jì)算kappa值，即評(píng)分者一致性信度（kappa=0.85）。對(duì)所有小組論證寫作進(jìn)行評(píng)分后，為檢驗(yàn)學(xué)生參與科學(xué)論證教學(xué)后的效果，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)。由于小組論證寫作樣本量小且分布未知，因此進(jìn)行非參數(shù)統(tǒng)計(jì)分析，采用Wilcoxon符號(hào)秩檢驗(yàn)（非正態(tài)分布數(shù)據(jù)）教學(xué)效果。分析表明，論證進(jìn)階測(cè)評(píng)框架層級(jí)呈現(xiàn)了與論證結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的逐漸遞增的認(rèn)知負(fù)荷，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)有助于理解：（1）什么是良好構(gòu)造的觀點(diǎn)（伴有合理的支撐證據(jù)）；（2）構(gòu)建科學(xué)論證時(shí)，什么在問題、觀點(diǎn)、證據(jù)和推理之間構(gòu)成有力的、良好的結(jié)構(gòu)關(guān)系。因此，論證進(jìn)階測(cè)評(píng)框架評(píng)估了學(xué)生論證的廣度和深度，有效追蹤學(xué)生論證能力的發(fā)展。

表2 科學(xué)論證進(jìn)階測(cè)評(píng)框架

表3 基于科學(xué)論證進(jìn)階測(cè)評(píng)框架的評(píng)分示例

四、總結(jié)

課堂實(shí)證研究表明，以ADI模式為代表的整合式論證教學(xué)中，學(xué)生能夠識(shí)別和提出觀點(diǎn)，選擇證據(jù)支持觀點(diǎn)，以及在觀點(diǎn)和證據(jù)之間建構(gòu)邏輯推理，他們能夠發(fā)展更高層次的論證能力。然而，對(duì)于少數(shù)學(xué)生來說，完成這種能力的論證任務(wù)似乎非常具有挑戰(zhàn)性。學(xué)生參與提出問題或闡述和證明他們觀點(diǎn)的辯證性討論很少?？茖W(xué)課堂強(qiáng)調(diào)推理和論證，這種高階技能必定是課程標(biāo)準(zhǔn)及其評(píng)估的一個(gè)重要特征。因此，科學(xué)課程的重點(diǎn)是關(guān)注學(xué)生的論證基礎(chǔ)，教師應(yīng)幫助學(xué)生建立對(duì)觀點(diǎn)、證據(jù)和論證概念的信心，并以結(jié)構(gòu)化和“腳手架”的方式引入更高層次的任務(wù)（如比較和批判）。教學(xué)任務(wù)可以是要求學(xué)生批判科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的缺陷或?qū)臄?shù)據(jù)解釋中得出的結(jié)論進(jìn)行討論。關(guān)于如何以特定領(lǐng)域的方式評(píng)估推理和論證，尤其是以定量方式，從學(xué)習(xí)進(jìn)階視角研究科學(xué)課堂論證教學(xué)提供了測(cè)試這一重要實(shí)踐發(fā)展的方法。學(xué)習(xí)進(jìn)階為論證教學(xué)提供了學(xué)生論證認(rèn)知發(fā)展的信息，教師依此為依據(jù)精準(zhǔn)定位教學(xué)的切入點(diǎn)以及選擇最佳的教學(xué)順序。學(xué)習(xí)進(jìn)階是基于學(xué)生真正知道什么和能做什么的描述，因此，圍繞學(xué)習(xí)進(jìn)階開發(fā)課程在理論上更合理。

例如，按照“邏輯”主題排序?；趯?duì)科學(xué)論證教學(xué)的認(rèn)識(shí)，應(yīng)關(guān)注以下幾個(gè)方面。

第一，科學(xué)論證課堂應(yīng)重視語言的作用。語言是最基本的交流工具，它能夠促進(jìn)人們認(rèn)識(shí)科學(xué)本質(zhì)以及獲取和積累科學(xué)文化知識(shí)。隨著學(xué)習(xí)理論的發(fā)展以及人們對(duì)“如果沒有文本、各種表示形式和對(duì)話，科學(xué)是不會(huì)發(fā)展的”這種觀念的認(rèn)識(shí)，語言的核心作用在近幾十年逐漸引起了重視?？茖W(xué)論證教學(xué)是一項(xiàng)科學(xué)對(duì)話實(shí)踐活動(dòng)，在論證過程中語言起到了關(guān)鍵作用，小組每個(gè)成員都要參與組內(nèi)和組外的論證活動(dòng)，它能夠開發(fā)人的多種能力。因此，科學(xué)論證課堂應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生利用語言修辭和知識(shí)的交互作用來構(gòu)建解釋、推理以及呈現(xiàn)新的論證結(jié)構(gòu)的能力。

第二，科學(xué)論證既是競(jìng)爭(zhēng)的，又是合作的?？茖W(xué)論證屬于論證的一種獨(dú)特形式，不同于其他論證激烈的對(duì)抗性，雖也具有競(jìng)爭(zhēng)性，但更具有合作性。學(xué)生通過論證表達(dá)思想時(shí)，也會(huì)反觀自己的觀點(diǎn)，及時(shí)消除錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)，融合對(duì)方正確的觀點(diǎn)，他們的共同目標(biāo)都是為了獲取科學(xué)知識(shí)。這種批判性的合作過程是意義構(gòu)建的過程，因此，通過科學(xué)論證的形式開展課堂實(shí)踐活動(dòng)不僅能促進(jìn)學(xué)生獲得知識(shí)，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維能力和合作精神都是非常有幫助的。

綜上，整合式論證教學(xué)是一項(xiàng)基于科學(xué)語言，遵守相應(yīng)的文化規(guī)則的教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)。在論證過程中，論證雙方或多方作為矛盾共同體通過提出問題、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、解釋數(shù)據(jù)以及建構(gòu)和辯護(hù)基于證據(jù)的觀點(diǎn)，從而經(jīng)歷認(rèn)知、元認(rèn)知和批判性推理過程，呈現(xiàn)出競(jìng)爭(zhēng)與合作的特點(diǎn)，進(jìn)而深化對(duì)科學(xué)概念、規(guī)律、科學(xué)本質(zhì)以及科學(xué)文化知識(shí)的認(rèn)識(shí)。因此，在科學(xué)教學(xué)中教師要善于在復(fù)雜的實(shí)踐活動(dòng)中營造出交互的活動(dòng)環(huán)境，實(shí)時(shí)基于學(xué)習(xí)進(jìn)階的認(rèn)知復(fù)雜度水平測(cè)評(píng)，應(yīng)用相應(yīng)教學(xué)支架創(chuàng)設(shè)論證式教學(xué)氛圍，促進(jìn)學(xué)生通過有效的方式參與科學(xué)論證。ADI模式為一線教師開展論證教學(xué)提供了充分且有效的實(shí)證基礎(chǔ)，在目前信息技術(shù)環(huán)境下，教師如何基于ADI模式開發(fā)新的課程材料、教學(xué)方法和基于技術(shù)支持的學(xué)習(xí)環(huán)境，更富有成效地促進(jìn)課堂論證活動(dòng)的開展，值得進(jìn)一步研究。