宋 歌

一、問題提出

科學的核心是伴隨知識建構(gòu)的對話過程，論證在其中扮演著重要角色。科學教育的目標應該是讓學生建構(gòu)關(guān)于自然世界的科學解釋，評估科學證據(jù)，理解科學知識的生產(chǎn)過程，參與科學實踐和話語交流［1］，“科學即論證”已成為科學教育界的共識。美國新近的科學教育文件《K-12科學教育框架：實踐、交叉概念和核心觀念》和課程標準《下一代科學教育標準》都傳遞了論證服務并促進探究的教學構(gòu)想［2］，進一步強調(diào)了“科學課堂應創(chuàng)造讓學生參與論辯實踐的機會，尤其是評估某一知識主張為何優(yōu)于其它競爭性主張”。學習者不再訴諸于教師或課本的權(quán)威獲得作為結(jié)論的科學知識，而是在語言和思維的碰撞中反思和修正自己對科學概念的理解，完成知識的整合和發(fā)展。

早期研究表明年幼的兒童就可以建構(gòu)論點［3］，然而真正意義上對多樣化觀點提出考證和反駁則出現(xiàn)在較晚的認知發(fā)展階段。這就意味著復雜、高級的論證能力并非學習者自發(fā)的認知行為，需要在教育情境中不斷內(nèi)化和發(fā)展。二十多年來，國外研究者就論證教學進行了積極探索，一是學習論證（learning to ar?gue），關(guān)注論證結(jié)構(gòu)要素和語言規(guī)則的直接教學，提升學生參與論辯的能力；二是在論證中學習（arguing to learn），強調(diào)將論證作為學習學科核心概念的重要工具。［4］既往研究發(fā)現(xiàn)，提出反駁的論點可以預測科學知識的習得，運用論證序列的頻率越高，學生概念理解的獲益越大［5］，論辯能力的提升影響科學概念的學習增益，但是鮮有文獻報告兩者的相關(guān)系數(shù)；其次盡管已有研究結(jié)果較為一致地表明論證教學可以促進科學概念學習，但是干預時長、教學模式、論證形式、分組方式和學習環(huán)境等因素對二者關(guān)系的影響并沒有統(tǒng)一的結(jié)論。

（一）論證教學

從目標或功能的視角看，論證包括修辭和辯證兩種形式，修辭式論證指論辯者說服真實或想象中的讀者確信某一主張的勸說式對話，突出論證的結(jié)構(gòu)要素；辯證式論證指參與者逐漸消除觀點分歧的批判式討論，強調(diào)多元聲音互動。［8］辯證式論證對觀點持有者和反對者給予同等程度的關(guān)注，在科學教育中的應用更為廣泛，正如庫恩（Kuhn）所說“唯有權(quán)衡所有的備擇觀點，試圖查明不是什么，個體才能確定是什么?！保?］因此本研究中的教學即基于辯證式論證的教學活動，是發(fā)生在課堂共同體中的個體認知過程和社會協(xié)商行為。學習者就科學現(xiàn)象或探究問題建構(gòu)暫時性的知識主張，在教學支架的指引下，基于理論或經(jīng)驗證據(jù)進行辯護、解釋、質(zhì)疑和反駁，經(jīng)過這樣迭代的對話，解決觀點沖突，實現(xiàn)認知重構(gòu)，發(fā)展共有知識。

（二）科學概念學習

自20世紀90年代以來，受概念轉(zhuǎn)變和建構(gòu)主義思潮的影響，研究者越來越多地使用“概念理解”和“概念轉(zhuǎn)變”來調(diào)查科學概念學習結(jié)果。［10］概念轉(zhuǎn)變的學習觀認為學習是前概念不斷發(fā)展、修正和重建的過程，強調(diào)學習者的主動建構(gòu)，這一過程既蘊含對已有知識的改造，又有對新知識的意義建構(gòu)。

知識的本質(zhì)是概念和命題，科學概念本身具有一定的復雜性，學習者需要掌握不同概念的差異，才能廣泛而靈活地運用概念解決真實情境下的結(jié)構(gòu)不良問題。因此，學?？茖W課程的關(guān)鍵課題是從碎片化的知識傳遞轉(zhuǎn)向建構(gòu)整合的知識。2015年P(guān)ISA對科學素養(yǎng)的核心界定為“培養(yǎng)具有反思能力的公民，運用科學知識參與科學事務”，對于學生來講重要的不是對知識的記憶，而是基于知識的生產(chǎn)過程對知識的可信度進行評價。因此本研究中的科學概念學習是指學習者從源于日常生活的樸素概念逐漸向科學概念轉(zhuǎn)化，以及概念的統(tǒng)整、拓展和有意義運用的過程。

（三）論證教學與科學概念學習的關(guān)系

論證教學可以促進學生的科學概念學習。目前，最具代表性的SWH（Science Writing Heuristic,啟發(fā)式科學寫作教學）［11］、ADI（Argument-Driven Inquiry，論證驅(qū)動的探究）［12］和PCRR（Present-Critique-Reflect-Refine，呈現(xiàn)—批判—反思—提煉）［13］教學模型都強調(diào)課堂共同體成員在真實的問題情境中對知識主張進行建構(gòu)和評估，反思自己的知識發(fā)展。首先，觀點分歧是論辯發(fā)生的條件，對話促使學習者隨時重新考慮所持有的觀點，不斷修正自己的理解，滿足了概念轉(zhuǎn)變的必要條件；其次提出反駁和對反駁的回應需要學習者深入思考觀點背后的推理過程，并向同伴表達與交流，這些行為引發(fā)了自我解釋效應，促進了高水平的認知加工；再次，反思活動促進了學習者運用元認知的知識和策略監(jiān)控、調(diào)節(jié)整個認知過程。

如此看來，論證教學改變了傳統(tǒng)課堂中IRE（ini?tiative-response-evaluation，觸發(fā)—回應—評估）單向傳遞的話語結(jié)構(gòu)［14］，師生共享對話空間，學習者有充分的自主權(quán)對自己和他人的觀點負責，能最大限度地投入到學習中。經(jīng)過一段時間的干預，從描述到解釋，再到評估，伴隨著論辯能力的提升，學生能夠自如地在建構(gòu)者和批判者的角色間來回移動，自發(fā)地運用各種論辯話語策略協(xié)調(diào)不同的觀點，擴展知識圖式。有效參與論證是表達概念理解的途徑，如果互動行為僅停留在認同和精煉，就無法通過觀點的碰撞來推動知識建構(gòu)，學生話語行為的變化不僅代表了他們從論辯的邊緣性參與者發(fā)展成為核心參與者，也顯示了不斷深入的概念理解。證實或證偽觀點的能力是建構(gòu)知識的基礎(chǔ)［15］，論證教學干預的可能機制是通過促進學生參與論辯進而正向預測科學概念的學習結(jié)果。

（四）論證教學與科學概念學習關(guān)系的影響因素

科學論證促進科學概念學習的教育價值不言而喻，當前學界更關(guān)注如何優(yōu)化教學設(shè)計與實施，促進學生有效參與論證［16］，以最大程度地發(fā)揮科學論證的教育實踐價值。

開展論證教學需要與之相適的課堂規(guī)范，師生要對課堂角色、權(quán)威關(guān)系的轉(zhuǎn)換做出調(diào)適，教學時長是促進學生參與論辯的重要影響因素。［17］有研究者先進行1-2課時的論證結(jié)構(gòu)學習，然后在若干周的論證活動中學習核心概念，結(jié)果表明實驗組的論辯能力和科學知識測評均顯著優(yōu)于控制組［18］，但也有研究顯示1-2課時的短時教學干預就能引起學習結(jié)果的實質(zhì)性變化。［19］目前，關(guān)于教學時長的干預效果還未有定論。

Although prior investigators had studied about the prognostic value of NLR in malignancy, there was no study about the CRP-to-albumin ratio in PC. The present study showed that both NLR and CRP-to-albumin ratio can be useful and easy biomarkers to predict the response and outcome of PC.

還有學者強調(diào)教學時長并不能保證學生的有效參與，關(guān)鍵是在實踐中讓學生領(lǐng)會支配論證的目標和行為規(guī)范。［20］研究者批判學習論證和在論證中學習相剝離的結(jié)構(gòu)式教學，弱化了論證解決學科批判和提煉科學知識的功能性價值，學生在這種脫離語境的技能學習中僅關(guān)注如何滿足教師的期望。［21］于是提出將學習論證嵌入論證中學習的融合式模式，讓形塑論證的話語結(jié)構(gòu)與科學核心概念的學習同時發(fā)生［22］，隨著對話逐漸向形成符合學科規(guī)范的方向進行，學生得以建立可靠的知識并促進求知。然而尚未有研究建立模式差異與學習結(jié)果的定量關(guān)系。

除了上述爭論，教學組織形式和論證形式也呈現(xiàn)一定的差異性。有研究以小組討論形式開展教學干預［23］，但也有研究者認為質(zhì)疑和反駁往往引起情感沖突，教師需要“控制”對話移動，引導學生開展持續(xù)的理性對話［24］，提議進行班級整體討論，學習者以個體形式參與論證，課堂話語結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為觀點上的對話式和話語權(quán)上的獨白式。論證以對話為媒介外顯化學生內(nèi)隱的思維策略，不同的論證形式承擔了互補的認知功能，都是學生知識發(fā)展的學習工具?！罢f”對于分享觀點、激發(fā)思維至關(guān)重要，口頭論辯偏向表達、闡釋知識，“寫”用來建立多個主張之間的聯(lián)系、揭示論證型式。研究者通常采用口頭論辯［25］，或書面論證［26］，再或兩種并用的活動形式實施干預。［27］不同類型的教學組織形式和論證形式的優(yōu)劣還有待進一步探索。

傳統(tǒng)課堂中，學習時間、大班教學等客觀因素限制了論證教學的充分展開，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，研究者們開發(fā)了計算機支持的協(xié)作學習（computer-sup?ported collaborative learning，CSCL）工具或軟件來支持論證教學。［28］運用信息技術(shù)的及時性創(chuàng)造引發(fā)論證的情境，使用協(xié)同腳本、種子論說和沖突圖式等技術(shù)形式的教學支架引導學生建構(gòu)和批判。

綜上，本研究將以干預對科學概念學習的效應量為結(jié)果變量，干預對論辯能力的效應量為預測變量，進行回歸分析從定量的角度探究論證教學促進科學概念學習的影響機制。其次，當前研究中的研究特征存在一定的異質(zhì)性，可能影響干預效果，本研究將可能影響效應量的教學時長（長、短）、教學模式（結(jié)構(gòu)式教學、融合式教學）、教學組織形式（小組討論、班級整體討論）、論證形式（口頭、書面、口頭和書面）、學習環(huán)境（傳統(tǒng)課堂、計算機輔助）作為調(diào)節(jié)變量進行對比。

二、研究方法

（一）文獻檢索

本研究依據(jù)研究問題，和已有相關(guān)文獻綜述中的界定，以“argumentation/argument”并含“scientific edu?cation”、“concepts/conceptual understanding/conceptual change/conception shift/knowledge development”為英文搜索關(guān)鍵詞，“論證”并含“科學教育”或“概念理解”、“知識”為中文搜索關(guān)鍵詞，在EBSCO、Web of Science和中國知網(wǎng)等數(shù)據(jù)庫中搜索。預設(shè)的檢索標準為：研究發(fā)表時間在2000年之后；研究內(nèi)容為論證教學對科學概念學習的影響。

（二）文獻納入標準

通過第一次檢索，以及對第一次文獻參考文獻的二次檢索，共得到165篇英文文獻和19篇中文文獻。依據(jù)研究目的確定文獻的納入標準為：一是來源為期刊論文；二是發(fā)表時間2000-2016年；三是被試不包括特殊學生；四是研究設(shè)計必須是實驗組與控制組對照或單組前后測對比的準實驗研究；五是必須包含對科學概念學習（概念理解或認知）、論辯能力（論證話語質(zhì)量）的測量：六是必須提供可計算效應量的統(tǒng)計檢驗結(jié)果（例如：均值、標準差、t值/F值、準確或歸類性p值以及樣本量等）。共確定23篇外文文獻用于本研究的再分析，其中15篇報告了論辯能力和概念學習配對的測量結(jié)果可納入回歸分析。

（三）效應量計算及選取

本研究運用Comprehensive Meta-Analysis Ver?sion 2.0（CMA-V 2.0）和SPSS22.0軟件進行數(shù)據(jù)分析，效應量使用的指標為差異類效應量Hedges的g值。文獻中若包含除干預外的其他多水平自變量，比如被試包括K-7/9兩個年級的學生［2］，將不同水平的結(jié)果數(shù)據(jù)作為獨立的效應量［29］（P217-223）；若研究設(shè)計有多個實驗處理，比如開發(fā)兩種信息技術(shù)工具輔助學生進行爭論［25］，但只有一個控制組，不同干預的效應量具有相關(guān)性［30］（P239-242），然而將不同干預手段效應平均化會損失相關(guān)變異的重要信息，本研究仍作為獨立的效應量來處理。

（四）納入文獻基本描述

對選定的文獻按照作者及發(fā)表時間、國別、學科、樣本量、年級水平、因變量測量等進行編碼：樣本總量為3 950名學生，最大樣本量838，最小樣本量為28，僅這一項獨立研究的樣本量低于30；17項研究被試為中學生，共2 615名占樣本總量的66.20%，2項研究被試為小學生，4項研究被試為大學一年級學生或高年級段的職前師范生；學科分布以物理、化學、生物為主，占研究總數(shù)的75%；樣本來源美國10項，亞洲9項，歐洲和英國各2項；15項研究中的因變量測量是干預中學習的科學概念；共獲得21對可用于回歸分析的效應量，30個用于統(tǒng)計整體效果量和調(diào)節(jié)效應分析的效應量。

文獻中參與干預的教師都經(jīng)過了一段時間的培訓或由研究者本人擔任，具備進行論證教學的素養(yǎng)，能夠創(chuàng)設(shè)相應的課堂文化環(huán)境，提供必要的教學支架解決學生在論證活動中遇到的困難，或調(diào)停因反駁引起的言語或情感沖突，降低了因教師教學實施差異可能的實驗結(jié)果誤差。大多數(shù)研究基于概念轉(zhuǎn)變和協(xié)作學習的原理、TAP模型①TAP（Toulmin Argument Pattern，圖爾敏論證模式）模型由圖爾敏本人于1942年提出，認為論證包含6個基本的結(jié)構(gòu)要素：主張、證據(jù)、保證、支持、模態(tài)限定詞和例外條件。和Leit?o論證序列②Leit?o指出一個完整的論證序列由論證（arguments）、反駁（counterarguments）和回應（responses）組成。設(shè)計干預手段。為排除前知識對實驗效果的影響，有研究以前測成績作為協(xié)變量［31］，也有研究在干預前對實驗組和控制組進行差異檢驗［32］，再或?qū)Ρ辉囘M行隨機分組［33］。個別研究以班級為隨機抽樣的單位，數(shù)據(jù)具有嵌套特性，研究者通過計算組內(nèi)相關(guān)系數(shù)和設(shè)計效果（design effect）判斷是否必須以多層次統(tǒng)計技術(shù)分析數(shù)據(jù)資料。［34］對于被試以小組形式參與的教學干預，為排除組成員對個體表現(xiàn)和作答的影響，研究者運用包含個體和組兩個層次的多水平模型處理數(shù)據(jù)。［35］

三、統(tǒng)計分析

（一）整體效應量

同質(zhì)性檢驗結(jié)果顯示入選研究中的效應量存在異質(zhì)性，Q=415.847，P＜0001，I2=93.026，說明93.026%觀察變異是由效應值的真實差異造成的，故采用隨機效應模型計算整體效應量［36］，效應值的置信區(qū)間（CI）為95%（見表1）。如表1所示，整體效果量為0.934，按照科恩（Cohen）提出的效應值參考標準，論證教學對科學概念學習具有高度的正向影響（g＞0.8）。進一步采用漏斗圖檢驗文獻的發(fā)表偏倚，和失安全系數(shù)考察發(fā)表偏倚對當前結(jié)論的影響，失安全系數(shù)是推翻當前合并結(jié)論或使當前合并結(jié)論逆轉(zhuǎn)所需要的結(jié)果相反的研究個數(shù)。［37］如圖1所示，大部分效應量近似分布在漏斗兩側(cè)，有4項研究偏離其它研究且效應量較大，提示研究可能存在發(fā)表偏倚。本研究的失安全系數(shù)為4 926，即需要4 926個相反的研究結(jié)論才能推翻本結(jié)論，說明該元分析結(jié)果較為穩(wěn)定。

表1.整體效應量結(jié)果

圖1 發(fā)表偏倚漏斗

（二）回歸分析

圖2 回歸變量圖的橫軸和縱軸分別為論證教學對科學概念學習、論辯能力的原始效應量?；貧w的非標準化回歸系數(shù)B=2.122，SE=0.122，P＜0.001，結(jié)果顯示原始研究中對論辯能力具有顯著正向預測作用的教學干預對科學概念學習具有同樣強度的影響。

圖2 論證教學對論辯能力和科學概念學習效應量的關(guān)系

（三）亞組分析

亞組分析旨在考察教學時長、教學模式、教學組織形式、論證形式和學習環(huán)境等研究特征對效應量的影響（見表2），重點在于獲得量化的證據(jù)指導論證教學實施，并非關(guān)注調(diào)節(jié)變量的不同水平是否具有顯著差異。由表2可知，長時教學效果量高于短時教學；融合式教學優(yōu)于結(jié)構(gòu)式教學。從教學組織形式來看，小組協(xié)作學習優(yōu)于班級整體形式的個別學習；綜合運用書面和口頭兩種論證形式更能有效促進學生科學概念學習；傳統(tǒng)課堂教學效應量略高于計算機輔助教學。

表2.亞組分析：研究特征對效應量的影響

四、討論

整體效應量（g=0.934）表明論證教學是促進學生科學概念學習的有效手段。論證教學中的對話呈現(xiàn)了不同個體理解的差異性，由此發(fā)生了知識互補下的概念重構(gòu)和轉(zhuǎn)變。課堂話語結(jié)構(gòu)是決定學生停留在表層記憶還是深層加工的關(guān)鍵要素，論辯的語境讓課堂共同體成員通過爭論和協(xié)商，從認知沖突走向共識建立。

（一）論辯能力是可能的中介變量

回歸結(jié)果表明，論辯能力提升與知識增益存在顯著關(guān)聯(lián)，與新近對CSCL論證學習的研究結(jié)果一致［38］，論辯能力越高的學生科學知識增益更明顯。這種計算為中介關(guān)系提供了可能，論證教學干預通過提升學習者的論辯能力從而促進科學概念學習。但是并不能明確論辯能力改變是否為論證教學與科學概念學習之間的中介變量，目前缺乏足夠數(shù)量的獨立研究，未來隨著研究的進一步豐富可運用新近提出的兩步結(jié)構(gòu)方程模型（two-stage SEM，TSSEM）［39］（P231-235），整合元分析和結(jié)構(gòu)方程技術(shù)來系統(tǒng)分析多個研究間的作用機制。

（二）長時教學與融合式教學促進了學生內(nèi)化論證規(guī)范

短時教學雖然能激活學生“潛伏”的論辯能力，然而隨著論證結(jié)構(gòu)要素和要素之間的聯(lián)系增多，工作記憶的認知負荷也在不斷增加，學習者需要基于持續(xù)的參與逐漸領(lǐng)會論證的話語規(guī)則?；谡J知學徒制的融合式教學將論證技能的學習視為對話者、論證規(guī)范和話語情境之間的動態(tài)互動，一方面強調(diào)共同體成員在對話中形成對論辯目標和話語規(guī)范的理解，許多質(zhì)性研究范式下的課堂話語分析都顯示，這種理解影響高質(zhì)量的論證行為［40］［41］；另一方面論證的核心要素滲透并貫穿于探究活動的始終，知識和求知的方式都合法地問題化，學生可以像科學家一樣以論證為活動工具。調(diào)節(jié)效應檢驗也表明長時教學（g=1.045，短時教學g=0.698）和融合式教學手段（g=1.504，分段教學g=0.756）更能促進知識認知。

（三）教學組織形式與學習環(huán)境存在交互作用

從教學組織形式看，整體討論中相對有限的發(fā)言機會阻礙了學習者充分的參與。已有研究表明從論證中受益的閾值水平是在口頭上與他人的觀點互動。［42］小組協(xié)同學習中的同伴為個體提供了附加的學習資源，彼此累積的工作記憶擴大了個體的信息加工能力。因此小組學習（g=1.022）的效應量高于班級整體討論（g=0.269）。

計算機支持的論證教學可以根據(jù)學習者內(nèi)部腳本的變化適時提供外部腳本①內(nèi)部腳本是學習者已有的程序性知識，外部腳本是研究者設(shè)計開發(fā)的促進學習者學習的活動規(guī)范和內(nèi)容工具。，降低認知負荷；定量測量和可視化表征還可使學習者獲得實時反饋，促進元認知活動。但是計算機輔助的教學環(huán)境（g=0.837）效應量卻低于傳統(tǒng)課堂（g=1.038），可能由于CSCL的論證教學會出現(xiàn)以下問題：一是過程損失（processloss）［28］，比如角色和權(quán)威分配等會阻礙成員的平等參與；二是對話移動的方向由參與者的實時語言互動決定［43］，而現(xiàn)有的平臺大多是線性論證序列設(shè)計；三是以計算機為媒介的虛擬環(huán)境缺少肢體語言、語調(diào)、眼神和群體認同感等社會情境要素的提示，降低了學習者參與論辯的興趣或積極性。［44］這些消極效應抵消了協(xié)作學習的積極作用，教學組織形式與學習環(huán)境可能存在一定的交互作用。

（四）“說”與“寫”并用的論證活動發(fā)揮高階認知功能

口頭論辯的效果量最低（g=0.632），研究者在話語分析中發(fā)現(xiàn)學習者傾向于尋找支持自己觀點的證據(jù)，而忽視與之不一致的信息和解釋［45］，甚至有學生重新解讀證據(jù)來匹配自己錯誤的主張，也不愿修正觀點［46］，而重復地解釋觀點很難實現(xiàn)新知識的生成。除此之外，對話者的回應影響論辯的繼續(xù)［47］，缺乏有效的同伴評估也將弱化論辯促進概念學習的效應。書面論證的效果量高于口頭論辯（g=1.124），書面論證需要建立日常語言、科學語言和讀者語言的關(guān)系［48］，這種轉(zhuǎn)換要求不斷反思和澄清對概念的理解，有助于激發(fā)提升認知水平的潛能。

也有研究者認為“寫”與“說”一起才能發(fā)揮語言的高階認知功能——讀者意識、多重形式表征和類比推理［11］，從而獲得更深層次的學習結(jié)果，與本研究結(jié)論一致（g=1.132）。讀者意識促使學習者對彼此的觀點督責，這種意識可以通過多回合的口頭論辯遷移至書面論證中；讀者的存在促進了言語互動，從而引導學生進行類比推理；科學是抽象的，推理過程的表征形式影響學習者建構(gòu)概念理解的心智模型，只有建立口頭論辯中的說明與書面論證中的文本、圖表等多樣化表征的聯(lián)系和一致性，才能發(fā)生豐富而完整的概念理解。

五、不足與展望

本研究細致地分析了論證教學對科學概念學習的影響，也存在一些不足：一是雖然采用了全面的文獻檢索策略，但仍有可能遺漏相關(guān)研究；二是個別文獻因缺乏計算效應量的足夠數(shù)據(jù)，無法納入本研究的再分析；三是納入分析的研究對于調(diào)節(jié)變量特征未描述或描述模糊，使得某些調(diào)節(jié)變量水平上的研究較少。

論證已成為國際科學教育的主流范式，對未來研究的展望：第一，借鑒本研究的經(jīng)驗證據(jù)，并進一步探索在回歸分析和亞組分析中分別發(fā)現(xiàn)的可能的中介、交互效應；第二，新近文獻關(guān)注教師生成性的教學實施如何影響學習者掌握和內(nèi)化論證的學習結(jié)果［49］，目前成果量尚少不足以進行元分析，將會持續(xù)關(guān)注；第三，當前國際科學教育的實踐轉(zhuǎn)向?qū)φ撟C引入教育情境提出了更高要求，研究者愈發(fā)關(guān)注“論證怎樣發(fā)生”、“論證如何發(fā)展”等問題，因此聚焦課堂話語，采用質(zhì)性研究范式，通過語言理解特定情境下師生互動的意義必將為促進學生平等有效的參與論證提供更多的經(jīng)驗證據(jù)。