劉 偉|浙江省龍游中學(xué)

科學(xué)論證是基于科學(xué)證據(jù)和理由建構(gòu)科學(xué)主張，同時(shí)以反駁、勸說等形式辯護(hù)自己的科學(xué)主張的合理性實(shí)踐［1］。《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 年版2020 年修訂）》明確了科學(xué)論證是科學(xué)思維的重要構(gòu)成，然而作為培育學(xué)生論證素養(yǎng)的基本途徑，論證教學(xué)的開展卻不容樂觀。有研究顯示，僅有10.91%的教師認(rèn)為自己在課堂上經(jīng)常使用論證教學(xué)，這其中還包含了“有論無證”“有證無論”和“有據(jù)無駁”等不是真正意義上的論證行為［2］。究其根本，是教師缺乏培養(yǎng)學(xué)生論證素養(yǎng)的意識，且易于復(fù)制、操作、富于實(shí)效的高中物理論證教學(xué)模型仍有待探索?；谝陨显颍P者對PCRR科學(xué)論證教學(xué)模型進(jìn)行優(yōu)化并予以實(shí)踐。

一、PCRR 科學(xué)論證教學(xué)模型分析及其優(yōu)化模型的構(gòu)建

（一）PPCCRRRR科學(xué)論證教學(xué)模型分析

PCRR 科學(xué)論證教學(xué)模型（如圖1 所示），是當(dāng)前最具影響力的論證教學(xué)模型之一，它包含四個(gè)階段［3］，其中批判和反思階段最關(guān)鍵。

圖1 PCRR科學(xué)論證教學(xué)模型

該模型主要利用觀察、查找資料和推理形成論據(jù)、論點(diǎn)，環(huán)節(jié)清晰，有助于論證活動的推進(jìn)。但從高中物理教學(xué)實(shí)踐來看，其有如下弊端：淡化論證要素，論證主題易跑偏；弱化“反駁”，論證質(zhì)量難保證；粗化操作，缺少師生任務(wù)和行為設(shè)計(jì)。

（二）構(gòu)建PPCCRRRR 科學(xué)論證教學(xué)模型的優(yōu)化模型

為解決以上問題，在PCRR科學(xué)論證教學(xué)模型的指引下，歷經(jīng)兩年在不同學(xué)段多種課型的課堂教學(xué)實(shí)踐，筆者與教研組成員構(gòu)建了如圖2所示的PCRR科學(xué)論證教學(xué)模型的優(yōu)化模型（以下簡稱“PCRR 優(yōu)化模型”）。該優(yōu)化模型中，每個(gè)環(huán)節(jié)均規(guī)范了師生的具體行為或任務(wù)，并且對論證要素的落實(shí)進(jìn)行專項(xiàng)設(shè)計(jì)。

圖2 PCRR優(yōu)化模型

二、論證題材的選擇

從含義來看，科學(xué)論證包含“建構(gòu)主張”和“辯護(hù)主張”兩個(gè)方面。相應(yīng)地，科學(xué)論證的教學(xué)也從兩個(gè)維度展開：其一，教學(xué)中如何協(xié)助學(xué)生建立新概念或規(guī)律，形成新知識，提出新觀點(diǎn)，與“建構(gòu)主張”對接；其二，對疑難問題的論辯，體現(xiàn)為針對已有觀點(diǎn)（教材等提供的文本觀點(diǎn)、教師提出的新穎觀點(diǎn)或?qū)W生形成的爭議觀點(diǎn)），闡述為何支持或因何反對的論證過程，與“辯護(hù)主張”對接。由此可見，“概念和規(guī)律的建立”與“論辯問題的解決”是兩類適合論證教學(xué)的題材。

“概念和規(guī)律的建立”通常有兩種情形：一是學(xué)生已有經(jīng)驗(yàn)與科學(xué)認(rèn)知之間存在沖突，如判斷靜摩擦力的產(chǎn)生條件與方向時(shí)，對于“相對運(yùn)動趨勢及方向”的不同理解；二是概念、規(guī)律牽涉多個(gè)因素，關(guān)聯(lián)多個(gè)條件，如探究產(chǎn)生感應(yīng)電流的影響因素。在這類題材中，論證活動發(fā)生在對概念、規(guī)律本身的理解內(nèi)化階段，一般不包括鞏固深化、拓展應(yīng)用過程。

“論辯問題的解決”主要為澄清學(xué)生頭腦中模糊有爭議性的觀點(diǎn)，以及學(xué)生選取不同證據(jù)、采用不同推理可能形成互斥性的相異觀點(diǎn)。比如在持續(xù)水流沖擊豎直墻壁的過程中，運(yùn)用動能定理或動量定理求得的平均力不同，用哪個(gè)定理求解合理就是一個(gè)爭議性論題。對兩類論證題材的比較如表1所示。

表1 兩類論證題材的比較

三、PCRR優(yōu)化模型的實(shí)踐路徑

PCRR優(yōu)化模型的實(shí)踐可分為四個(gè)階段。

階段1：呈現(xiàn)與生成

［師］呈現(xiàn)觀察材料或喚起已有經(jīng)驗(yàn)。

［生］搜尋支撐證據(jù)，生成本小組初步觀點(diǎn)。

階段2：引導(dǎo)與質(zhì)疑

［師］引導(dǎo)并監(jiān)督學(xué)生圍繞論證要素展開討論。

［生］對其他小組的結(jié)論提出質(zhì)疑，以便簽的書面論證形式將意見反饋到相應(yīng)小組。

階段3：設(shè)疑與反思

［師］通過實(shí)驗(yàn)、問題等設(shè)置啟發(fā)性疑問；視情況向?qū)W生提出或引導(dǎo)學(xué)生提出需要反駁的新觀點(diǎn)或需要深入再論證的觀點(diǎn)。

［生］依據(jù)反饋意見和教師引導(dǎo)，進(jìn)行組內(nèi)反思并提出反思結(jié)果。在兩種情形下提出反駁：一是教師提交新觀點(diǎn)；二是對反饋意見存疑。

階段4：協(xié)助與修正

［師］協(xié)助學(xué)生提煉觀點(diǎn)。

［生］修正并形成最終觀點(diǎn)。

四、PCRR優(yōu)化模型的實(shí)踐案例

以下展示上述兩類論證題材的教學(xué)案例。

（一）“概念和規(guī)律的建立”教學(xué)案例（僅節(jié)選“質(zhì)疑”“反思”部分）

論題的提出：輕重不同的兩個(gè)物體從同一高度同時(shí)落下，你認(rèn)為哪個(gè)物體下落得快？

論題的評析：因高一學(xué)生還沒有學(xué)習(xí)《運(yùn)動和力的關(guān)系》，未建立運(yùn)動和力的定量關(guān)系，多數(shù)學(xué)生還不能從合外力角度來分析影響下落的因素。

1.呈現(xiàn)與生成

［師］（1）史實(shí)素材：下落快慢與輕重有關(guān)，重的物體下落得快（亞里士多德）；通過邏輯推理提出輕、重物體下落同樣快（伽利略）。（2）觀察實(shí)驗(yàn)材料：兩張相同的紙制成的紙團(tuán)和紙片從同一高度同時(shí)由靜止開始下落。（3）常識性經(jīng)驗(yàn)：熟透的橘子和枯黃的橘葉從枝頭同一高度同時(shí)由靜止開始下落。

［生］6 個(gè)論證小組組內(nèi)討論后，歸納為3種初步觀點(diǎn)（下面展示觀點(diǎn)3）。

觀點(diǎn)3：橘葉因受到更大的空氣阻力比橘子下落慢，紙片與紙團(tuán)下落情況也同理，快慢不同是因?yàn)榭諝庾枇Φ拇笮〔煌．?dāng)空氣阻力大小相等時(shí)，輕、重物體下落一樣快。

2.引導(dǎo)與質(zhì)疑

［師］引導(dǎo)學(xué)生針對論證要素提出反饋意見。

［生］持觀點(diǎn)3 的小組將收到的反饋意見歸納為：觀點(diǎn)3 的證據(jù)限定條件為“空氣阻力大小相等”，結(jié)論為“輕、重物體下落一樣快”，錯(cuò)誤原因是證據(jù)不合理，因?yàn)椤伴僮优c橘葉”“紙片與紙團(tuán)”的下落除要考慮空氣阻力外，還要考慮重力因素，因此給出“快慢不同是因?yàn)榭諝庾枇Φ拇笮〔煌边@一結(jié)論是不合理的。

3.設(shè)疑與反思

［師］（1）演示啟發(fā)性實(shí)驗(yàn)：牛頓管實(shí)驗(yàn)（利用手機(jī)拍攝慢動作視頻，讓學(xué)生在慢動作回放中再次觀察）。（2）提出啟發(fā)性疑問：觀察對比實(shí)驗(yàn)（有空氣阻力、無空氣阻力兩種情況），在排除空氣阻力影響的情況下，重的鐵塊和輕的羽毛下落快慢如何？以此引發(fā)學(xué)生的反駁。

生（持觀點(diǎn)3 的小組）：牛頓管實(shí)驗(yàn)中，無空氣阻力影響，輕重物體下落一樣快，那么，在空氣阻力大小相同時(shí)，同樣也可以得出輕重物體下落一樣快的結(jié)論。

［師］把持觀點(diǎn)3 的小組的反駁觀點(diǎn)提交學(xué)生再論證。（教師需事先盡量預(yù)設(shè)多種可能性并做好相應(yīng)準(zhǔn)備，如重力小的比重力大的物體下落快的實(shí)驗(yàn)、視頻或生活經(jīng)驗(yàn)等）

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：無空氣流動的環(huán)境下，大小相同的兩只氣球各夾兩塊重量不同的釹磁體，從同一高度同時(shí)下落。

引導(dǎo)性實(shí)驗(yàn)：教師播放空氣阻力大小可認(rèn)為相同的氣球下落視頻。

生（持觀點(diǎn)3的小組給出反思3）：物體下落的快慢不同是因?yàn)槭艿娇諝庾枇Α⒅亓Φ拇笮〔煌?/p>

4.協(xié)助與修正

［師］協(xié)助學(xué)生修正觀點(diǎn)。

［生］形成最終觀點(diǎn)：空氣阻力會影響物體下落的快慢；在只受重力影響的情況下，輕重不同的兩個(gè)物體從同一高度同時(shí)落下時(shí)的快慢是一樣的。

（二）“論辯問題的解決”教學(xué)案例

該教學(xué)案例課堂簡錄如表2所示。

表2 “論辯問題的解決”課堂簡錄（部分）

論題的提出：［2020 年1 月浙江省物理選考卷第17 題第（3）小題］在用橡皮筋“探究做功與物體速度變化的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，平衡阻力后，小車與橡皮筋組成的系統(tǒng)在橡皮筋恢復(fù)形變前機(jī)械能是否守恒？

論題的評析：該教學(xué)的對象為高二兩個(gè)班級的學(xué)生，其學(xué)習(xí)基礎(chǔ)較好，且已在一輪中復(fù)習(xí)過相關(guān)知識。再次學(xué)習(xí)，大部分學(xué)生能順利給出正確答案，但依然有不少學(xué)生不能充分理解，這是教學(xué)要關(guān)注的焦點(diǎn)。因此，教師要引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注論證要素而非結(jié)論本身。

五、實(shí)踐PCRR優(yōu)化模型的教學(xué)啟示

（一）圍繞論證要素引導(dǎo)學(xué)生充分參與

如果以一堂課為一個(gè)教學(xué)單元，那么一次完整的論證教學(xué)只是教學(xué)單元的一部分。其間優(yōu)化模型設(shè)計(jì)有時(shí)間不等的3～4次小組討論，因此教學(xué)實(shí)施要緊湊而高效。在充分討論形成一致意見后，由小組代表統(tǒng)一發(fā)聲，其他組員在全班層面不應(yīng)零星發(fā)言，避免無序、低效、耗時(shí)的現(xiàn)象。同時(shí)，讓學(xué)生充分討論，可以減少此后更換觀點(diǎn)的頻次。

學(xué)生需圍繞論證要素提交反饋意見。針對不同觀點(diǎn)的小組直接指出證據(jù)是否充分、合理，推理邏輯正確與否，是否考慮了觀點(diǎn)的限定條件等，而不是為證明自身觀點(diǎn)的正確繼續(xù)去尋找證據(jù)。否則小組間各執(zhí)一詞，自說自話，偏離論證主題，會影響到論證活動的深入開展。比如下面五個(gè)反饋意見，前兩個(gè)能圍繞主題、針對證據(jù)，后三個(gè)則偏離主題、自說自話，對此，教師需要心中有數(shù)，并能正向引導(dǎo)學(xué)生。

反饋意見1：在光滑水平面上橡皮筋水平拉小車模型，彈性勢能+動能不變。但該問題中重力勢能在變化，兩個(gè)模型可以轉(zhuǎn)化嗎？

反饋意見2：忽略高度下降的事實(shí)，所以兩個(gè)模型不能相互轉(zhuǎn)換。

反饋意見3：小車為何會發(fā)熱？

反饋意見4：彈簧做的功+重力做的功=摩擦力做的功+動能增加量。

反饋意見5：重力和彈力以外的力做功反映機(jī)械能的變化，題目中還有阻力做功，所以機(jī)械能不守恒。

（二）論證中預(yù)設(shè)或引發(fā)“反駁”行為

有研究表明，論證中應(yīng)用到反駁且次數(shù)越多論證水平越高［4］。因此，教師要充分重視反駁行為的實(shí)施。反駁時(shí)的相異觀點(diǎn)可以由學(xué)生在反思后給出，也可以由教師基于學(xué)生的認(rèn)知起點(diǎn)和偏差性經(jīng)驗(yàn)提出。如在“概念和規(guī)律的建立”教學(xué)案例中，持觀點(diǎn)3的小組給出“牛頓管實(shí)驗(yàn)中，無空氣阻力影響，輕重物體下落一樣快，那么，在空氣阻力大小相同時(shí)，同樣也可以得出輕重物體下落一樣快的結(jié)論”，而在“論辯問題的解決”教學(xué)案例中，教師提出“系統(tǒng)未含地球，系統(tǒng)機(jī)械能守恒嗎”。以這樣的方式提出的觀點(diǎn)容易引發(fā)學(xué)生共鳴，使學(xué)生在更深度的困惑中能自覺地進(jìn)行更深入的思考。

（三）提供論證支架推進(jìn)論證過程

論證活動各環(huán)節(jié)，都可能出現(xiàn)論證活動無法正常持續(xù)的情況：或因論辯問題爭議性弱，影響參與熱情；或因知識能力不足，導(dǎo)致學(xué)生無法參與；或因論證效果未達(dá)預(yù)期，不能揭示問題本質(zhì)等。除慎選難度適宜的題材外，面對學(xué)生知識能力的欠缺，教師需要提供論證支架，如以問題鏈的形式引導(dǎo)學(xué)生思維漸進(jìn)發(fā)展，通過演示實(shí)驗(yàn)、視頻、現(xiàn)象描述等方式，使學(xué)生的論證活動有序高質(zhì)地深入進(jìn)行。