馬亞鵬 楊 瓊
(1. 銀川市第九中學(xué),寧夏 銀川 750011; 2. 懷化武陵中學(xué) 湖南 懷化 418000)
自《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》將科學(xué)論證(Scientific Argumentation)作為科學(xué)思維的要素納入物理學(xué)科核心素養(yǎng)體系始,科學(xué)論證及其教學(xué)研究遂成顯學(xué),引發(fā)物理教育研究者的持續(xù)關(guān)注,發(fā)表了諸多有價值的研究成果.本文對基于科學(xué)論證的物理教學(xué)研究現(xiàn)狀與特點展開評述,以期對科學(xué)論證教學(xué)的深入開展提供有益的啟示.
通過“中國知網(wǎng)”數(shù)據(jù)庫高級檢索功能,以“科學(xué)論證”和“物理”為主題,共檢索出2017—2022年內(nèi)發(fā)表文獻(xiàn)467篇,其中學(xué)位論文157篇,每年發(fā)文量統(tǒng)計見圖1.由圖1可知,對科學(xué)論證的研究隨著新課程的實施俱增,尤其是從2020年度起,連續(xù)3年的發(fā)文量都超過了120篇,課程標(biāo)準(zhǔn)的導(dǎo)向作用顯著.
圖1 基于科學(xué)論證的物理教學(xué)研究發(fā)文量統(tǒng)計(2017—2022)
通過文本閱讀,進(jìn)一步遴選出基于科學(xué)論證的物理教學(xué)研究的重點文獻(xiàn)43篇,作為研究對象進(jìn)行分析,旨在更為深入地展現(xiàn)這一領(lǐng)域的主要觀點和研究趨勢.對重點文獻(xiàn)的研究主題進(jìn)行統(tǒng)計分析可知,主要有科學(xué)論證在課程標(biāo)準(zhǔn)和教材中的體現(xiàn)、基于科學(xué)論證的物理教學(xué)策略、基于科學(xué)論證的物理教學(xué)模型、基于科學(xué)論證的物理教學(xué)設(shè)計、基于科學(xué)論證的物理教學(xué)實證研究等方面,見表1.
表1 不同研究主題的文獻(xiàn)篇數(shù)及所占比例
由表1可知,國內(nèi)學(xué)者對基于科學(xué)論證的物理教學(xué)各領(lǐng)域都有所涉獵,這表明,科學(xué)論證在物理教學(xué)研究中已成顯學(xué),尤其是在相應(yīng)的教學(xué)策略及教學(xué)模型方面,做了豐富的探索,對學(xué)生科學(xué)論證能力的測試等相關(guān)實證研究也已陸續(xù)展開.
論證(Argumentation)一詞在中文和英文的語境中意義基本相同,《現(xiàn)代漢語詞典》中“論證”一詞的釋義有三:[1]① 邏輯學(xué)指引用論據(jù)來證明論題的真實性的論述過程,是由論據(jù)推出論題時所使用的推理形式;② 論述并證明;③ 立論的根據(jù).英語中的Argumentation在《韋氏詞典》(Webster’sDictionary)的含義是 “形成理由和得出結(jié)論并將其應(yīng)用于討論的行為或過程”(the act or process of forming reasons and of drawing conclusions and applying them to a case in discussion).[2]可見,無論在漢語還是英語中,論證都指一個過程,包含形成理由和得出結(jié)論兩個部分,而形成理由需要一定的事實作為基礎(chǔ),因而一個論證應(yīng)至少包含事實、理由和結(jié)論3個要素.英文中的定義尤為強(qiáng)調(diào)將這一過程用于討論以證明結(jié)論的可靠性.
邏輯學(xué)對論證做了非常豐富的討論,認(rèn)為論證是“運(yùn)用真實的或者至少是可以接受的理由,去論證某個論斷的真實性或虛假性的思維過程及其語言表述形式”.[3]從結(jié)構(gòu)上看,一個論證包含論題、論點、論據(jù)、論證方式等要素,其具體含義見表2.
表2 論證的要素
在上述4個要素中,論題可以是論證要討論的話題,也可以是論證者要加以證明的觀點,即論點.論點可以是描述性的,也可以是指示性的,論點既是論證的前提,也是論證過程需要得出的結(jié)論.論據(jù)可以是一般性原理,也可以是事實性斷言、統(tǒng)計數(shù)據(jù)等.論證方式可以是演繹的、也可以是歸納的,還可能是謬誤的.要建構(gòu)一個可靠的論證,必須要滿足兩個條件:一是前提真實;二是推理過程合乎邏輯,或者推理形式是有效的.需要說明的是,“一個較為復(fù)雜的論證的各個論據(jù)(前提)與論點(結(jié)論)構(gòu)成的整個支持關(guān)系,構(gòu)成一個論證鏈條或者網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)”.[3]因而,在識別論證時,要考慮整個論證的結(jié)構(gòu).
學(xué)者們對科學(xué)論證的內(nèi)涵與外延展開分析,韓葵葵(2017)等人結(jié)合科學(xué)論證所包含的要素,認(rèn)為科學(xué)論證是“學(xué)生以科學(xué)知識為中介,根據(jù)收集到的數(shù)據(jù)資料提出主張和進(jìn)行推理,反思自己和別人論點的不足以提出反論點,同時反駁他人的質(zhì)疑和批判為自己辯護(hù)的綜合思維”;[4]王后雄(2016)等人認(rèn)為科學(xué)論證是論證在自然科學(xué)領(lǐng)域的運(yùn)用,其內(nèi)涵是“利用證據(jù)建立科學(xué)的理由以支持科學(xué)主張”;[5]馬亞鵬(2018)援引相關(guān)研究,從概念的外延出發(fā),提出科學(xué)論證包括個體內(nèi)論證和個體間論證,其中個體內(nèi)論證即科學(xué)家通過對科學(xué)事實(觀察、實驗和測量的結(jié)果)進(jìn)行科學(xué)推理、基于證據(jù)建立科學(xué)理論(主張)的過程,個體間論證則是科學(xué)共同體內(nèi)部通過爭論、反駁、辯護(hù)等方式對科學(xué)理論展開辯駁以說服對方接受自己主張的過程.[6]需要說明的是,盡管課程標(biāo)準(zhǔn)未對科學(xué)論證作明確的界定,但在課程目標(biāo)中提出了“學(xué)生使用科學(xué)證據(jù)的意識和評估科學(xué)證據(jù)的能力、運(yùn)用證據(jù)對研究問題進(jìn)行描述、解釋和預(yù)測的能力”的要求,[7]可知其將科學(xué)論證主要理解為基于證據(jù)得出結(jié)論形成解釋.
綜上,我們認(rèn)為,科學(xué)論證是論證的下位概念,和科學(xué)論證處于同級水平的還有法律論證、政策論證等,因而科學(xué)論證具有一般論證的特征與要素,即包含論題、論點、論據(jù)和論證方式等要素.其次,科學(xué)論證是在自然科學(xué)范圍內(nèi)使用論證行為的,旨在建立科學(xué)理論以及為科學(xué)理論辯護(hù).
馬亞鵬(2019)以我國1949年至今頒布的高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(教學(xué)大綱)為例,對體現(xiàn)科學(xué)論證的內(nèi)容進(jìn)行了梳理,指出科學(xué)論證在我國課程標(biāo)準(zhǔn)中經(jīng)歷了從隱性到顯性的歷史演進(jìn),科學(xué)論證主要但又不僅限于體現(xiàn)在科學(xué)探究中,基于科學(xué)論證的物理教學(xué)研究與實踐是提高學(xué)生科學(xué)論證能力的必經(jīng)之路.[8]馬亞鵬(2020)還以人教版物理教材必修1為例,對高中物理新教材中科學(xué)論證內(nèi)容的呈現(xiàn)方式進(jìn)行研究,提出教材在多途徑體現(xiàn)科學(xué)論證內(nèi)容的同時在呈現(xiàn)方式上還存在簡單化、單一化和未能顯性化等特點.[9]吳昱等人(2020)基于科學(xué)論證所涉及的證據(jù)、主張和它們之間的推理關(guān)系3個要素對高中物理教材中具有科學(xué)論證性質(zhì)的典型學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行了分析,并提出教師教學(xué)中按照科學(xué)論證的要素分析是比較好的教學(xué)設(shè)計思路.[10]
在基于科學(xué)論證的物理教學(xué)模型研究方面,學(xué)者們譯介了國外主流的教學(xué)模型,主要有新版ADI模型,SNP模型、PCRR模型、圖爾敏論證模型、SWH模型等,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了案例研發(fā).丁珂、錢長炎(2019)以模型建構(gòu)和科學(xué)論證的培養(yǎng)為出發(fā)點,提出可將SNP模式引入物理教學(xué).兩位研究者認(rèn)為,物理學(xué)科本身有著各式各樣的模型與建模資源,且物理學(xué)家們的辯論在物理學(xué)發(fā)展過程中有著不可忽視的作用.故兩人基于SNP模型對“庫侖定律”一課進(jìn)行設(shè)計并實踐,認(rèn)為該模式對學(xué)生模型建構(gòu)和科學(xué)論證等素養(yǎng)的培養(yǎng)在一定程度上起到了作用.[11]周偉波(2019)基于Sampson模型,以“盧瑟福α粒子散射實驗”為例開展科學(xué)論證活動,并依據(jù)該模型提出了相應(yīng)的科學(xué)論證質(zhì)量的評價標(biāo)準(zhǔn),且對該模型的影響因素進(jìn)行分析,促使學(xué)生自主發(fā)展其物理核心素養(yǎng).[12]汪明(2020)基于圖爾敏模型,梳理出物理概念、規(guī)律、學(xué)習(xí)中進(jìn)行科學(xué)論證研究的必要性及價值意義;[13]陳仁旭(2021)等人根據(jù)PCRR模型有利于發(fā)展學(xué)生對于核心概念與規(guī)律的深度理解、培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)論證能力等特點,在物理概念教學(xué)中探尋運(yùn)用PCRR模式設(shè)計科學(xué)論證教學(xué)的可行路徑;[14]陳澤(2021)等人構(gòu)建了將SNP模式應(yīng)用于科學(xué)論證能力培養(yǎng)的教學(xué)流程,但也指出,該模型更適用于基礎(chǔ)較好、有較強(qiáng)溝通交流能力、對物理興趣濃厚的學(xué)生,對學(xué)生和教師的要求較高.[15]
2017年以前,國內(nèi)學(xué)者對科學(xué)論證的研究集中在科學(xué)教育領(lǐng)域,提出了不少可資借鑒的科學(xué)教學(xué)策略.如,潘瑤珍(2011)總結(jié)了比較典型的5種教學(xué)策略,分別是“提問表”策略、“主張表”策略、“兩難情境”策略、“角色扮演”策略和“競爭理論”策略等;[16]杜愛慧(2012)則認(rèn)為科學(xué)教學(xué)中運(yùn)用科學(xué)論證應(yīng)偏重用理論來解釋現(xiàn)象以及為理論搜集證據(jù)支持,提出了加強(qiáng)表征、組織辯論、安排角色扮演、運(yùn)用競爭理論、創(chuàng)設(shè)兩難情境等科學(xué)論證教學(xué)策略.[17]
2017年以后,國內(nèi)學(xué)者結(jié)合科學(xué)論證的要素及其過程,逐漸對基于科學(xué)論證的物理教學(xué)策略展開研究.如,馬朝華(2018)指出在教學(xué)中采用設(shè)計論證實踐活動、創(chuàng)設(shè)寬松開放的論證環(huán)境、加強(qiáng)反駁推理環(huán)節(jié)、明示論證思路等教學(xué)策略.這些教學(xué)策略具有讓學(xué)生經(jīng)歷論證過程、促進(jìn)論證活動開展、從思維深度促進(jìn)科學(xué)論證能力發(fā)展、加強(qiáng)學(xué)生對科學(xué)論證的認(rèn)識等優(yōu)點;[18]惠旭光(2020)結(jié)合自己的課堂教學(xué),從科學(xué)論證的5個進(jìn)階水平出發(fā),從“找到證據(jù)”“說出證據(jù)”“反駁證據(jù)”“重尋證據(jù)”和“評價證據(jù)”5個角度來闡述如何培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)論證能力;[19]王長江等人(2021)對李曉艷教師提出的批判性思維教學(xué)策略——“慢·論證·醒來”賦予新的含義,以促進(jìn)學(xué)生科學(xué)論證能力的發(fā)展.“慢”既強(qiáng)調(diào)教學(xué)是一種慢的藝術(shù),又強(qiáng)調(diào)慢下結(jié)論、敢于質(zhì)疑.“論證”強(qiáng)調(diào)理解主題問題、澄清概念意義,分析論證結(jié)構(gòu)、審查理由質(zhì)量,評價推理關(guān)系、挖掘隱含假設(shè),綜合組織論證、考查替代論證.“醒來”是在產(chǎn)生替代結(jié)論后,產(chǎn)生新的體悟、認(rèn)識、精神心理的愉悅.[20]
綜上所述,基于科學(xué)論證的物理教學(xué)策略較為豐富,但不同策略適用于不同的課堂教學(xué)目標(biāo)與情境,教師在教學(xué)中還應(yīng)根據(jù)需求恰當(dāng)選擇并使用這些策略.
為更好地將科學(xué)論證融入中學(xué)物理教學(xué),促進(jìn)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的發(fā)展,學(xué)者們展開了基于科學(xué)論證的物理教學(xué)設(shè)計研究.弭樂、郭玉英(2018)構(gòu)建了概念學(xué)習(xí)進(jìn)階和科學(xué)論證整合的教學(xué)理論框架,其包括科學(xué)概念、科學(xué)論證和整合發(fā)展,設(shè)計并實施了相關(guān)教學(xué)設(shè)計,并驗證了該框架的有效性;[21]馬亞鵬、伏雅潔(2019)使用科學(xué)論證取向的教學(xué)策略對高中歐姆定律的教學(xué)設(shè)計進(jìn)行了重構(gòu)和優(yōu)化,解決了原來教學(xué)目標(biāo)不清、教學(xué)過程中證據(jù)鏈條不清等問題;[22]徐丹丹(2020)等人從“提出科學(xué)主張”“證據(jù)收集”“開展科學(xué)推理”3個方面出發(fā),對“超重和失重產(chǎn)生的條件”進(jìn)行探究,以期學(xué)生提高其科學(xué)推理能力;[23]顧夢婷(2021)等人以圖爾敏模型為范式,設(shè)計了基于科學(xué)論證的“電磁感應(yīng)”主題教學(xué)設(shè)計,該教學(xué)設(shè)計有助于促進(jìn)概念進(jìn)階、有助于學(xué)生對科學(xué)本質(zhì)的理解以及培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維;[24]孫曉兵、邵澤義(2022)對教學(xué)錄像中的“聲音在氣體、液體、和固體中傳播”科學(xué)論證環(huán)節(jié)進(jìn)行了反思和改進(jìn),使該教學(xué)設(shè)計的論證邏輯更加完備,實現(xiàn)發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維的教學(xué)目標(biāo).[25]
除此之外,部分學(xué)者還基于科學(xué)論證進(jìn)行了物理習(xí)題設(shè)計.劉偉(2021)基于新課標(biāo),對科學(xué)論證取向的高考試題進(jìn)行了分析,并提出了應(yīng)對這些習(xí)題的教學(xué)措施,例如開展合作論證學(xué)習(xí)、捕捉反駁時機(jī)等.[26]同時,劉偉對科學(xué)論證習(xí)題的設(shè)計進(jìn)行了思考,包括這類習(xí)題應(yīng)具備的3個特征、設(shè)計框架、3條基本途徑以及3條設(shè)計思想,在統(tǒng)計分析了必修1的論證習(xí)題后,利用所提出的3條途徑進(jìn)行了教學(xué)實踐.[27]梁旭(2021)則是對近10年的高考物理有關(guān)科學(xué)論證的試題進(jìn)行了分析,并總結(jié)了這類習(xí)題的特點,進(jìn)一步給出了培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)論證素養(yǎng)的建議.[28]
一方面,學(xué)者們構(gòu)建了科學(xué)論證能力表現(xiàn)框架以及設(shè)計了相關(guān)評價工具.陳穎、郭玉英(2017)鑒于新課標(biāo)剛提出之時國內(nèi)缺乏對于科學(xué)論證能力表現(xiàn)的評價研究,構(gòu)建了涵蓋3個水平層級和5個要素的評價框架,實證檢驗后得出該框架是可靠且有效的.[29]緊接著,張春麗、陳穎(2018)利用問卷調(diào)查來了解高中物理教師對科學(xué)論證以及科學(xué)論證教學(xué)等相關(guān)問題的認(rèn)識.該調(diào)查顯示物理教師在培養(yǎng)科學(xué)論證能力的理論和實踐層面仍有不足.[30]鄭穎(2019)等人基于SOLO理論將物理科學(xué)論證能力水平劃分為5個水平,開發(fā)并優(yōu)化了測試工具,以實測證明可以將其作為課堂教學(xué)中學(xué)生科學(xué)論證能力形成情況的診斷工具,同時根據(jù)實測結(jié)果對以培養(yǎng)科學(xué)論證能力為主的教學(xué)提出了建議.[31]劉曉坤、胡象嶺(2020)在已有研究的基礎(chǔ)上,設(shè)計了包含3個水平、4個維度的評價框架以及評價工具.其實測結(jié)果體現(xiàn)出所設(shè)評價工具是科學(xué)的、有效的,也顯示出來學(xué)生科學(xué)論證能力在各維度所處水平;[32]馮雪媚、張殷認(rèn)為現(xiàn)有研究多是從任務(wù)解決者的角度來構(gòu)建能力框架,故他們采取從任務(wù)本身出發(fā)的方法,將“證據(jù)”和“推理”作為物理科學(xué)論證能力的關(guān)鍵變量,根據(jù)任務(wù)的復(fù)雜性構(gòu)建了相關(guān)框架,該框架將物理科學(xué)論證能力劃分為9個水平.[33]
另一方面,部分學(xué)者還對適用于科學(xué)論證教學(xué)的組織形式開展實證調(diào)查.王莉、廖元錫(2020)將同伴互助學(xué)習(xí)和科學(xué)論證相結(jié)合,其認(rèn)為:同伴互助學(xué)習(xí)為科學(xué)論證提供了組織方式,科學(xué)論證為同伴互助學(xué)習(xí)提供了具體的互助任務(wù). 兩人在學(xué)生中進(jìn)行了同伴互助學(xué)習(xí)論證訓(xùn)練活動,結(jié)論是該訓(xùn)練能夠完善學(xué)生論證框架、促進(jìn)學(xué)生多角度思考問題,證明同伴互助論證學(xué)習(xí)是一種有利于科學(xué)論證教學(xué)的組織形式.[34]
科學(xué)論證融入物理教學(xué)為物理教育的發(fā)展帶來了新的活力,體現(xiàn)了對物理學(xué)科實踐方式的回歸,強(qiáng)調(diào)學(xué)生在真實的情境中學(xué)習(xí)物理,讓學(xué)生在參與科學(xué)實踐的過程中理解科學(xué)本質(zhì),培養(yǎng)科學(xué)精神,是物理教育新的發(fā)展方向.基于科學(xué)論證的物理教學(xué)突出基于證據(jù)的論證,有助于深入理解物理知識,培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)論證能力、科學(xué)寫作與交流能力以及批判性思維能力,有利于核心素養(yǎng)目標(biāo)的落實.科學(xué)論證教學(xué)關(guān)注學(xué)生頭腦里的概念結(jié)構(gòu),關(guān)注學(xué)生對概念的深度理解,關(guān)注證據(jù)和推理,要求學(xué)生充分收集證據(jù)運(yùn)用科學(xué)推理得出結(jié)論,當(dāng)結(jié)論遇到反駁時,能夠搜集新的論據(jù)或改變論證方式為結(jié)論進(jìn)行辯護(hù).正是在這個過程中,實現(xiàn)上述培養(yǎng)目標(biāo).
誠然,我國物理教學(xué)傳統(tǒng)中沒有明確提出科學(xué)論證,但并不意味著我國物理教學(xué)中沒有科學(xué)論證的因素.從物理教學(xué)實踐的角度,優(yōu)秀教師在實施課堂教學(xué)時通過多種方式創(chuàng)設(shè)情境,注重知識形成的過程,基于物理現(xiàn)象、事實和實驗等證據(jù)進(jìn)行推理論證,使得學(xué)生知識的形成與內(nèi)化建立在堅實的事實經(jīng)驗與邏輯推理的基礎(chǔ)之上.這樣的教學(xué),隱性地運(yùn)用了科學(xué)論證的結(jié)構(gòu)要素,潛在地培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)論證能力.因此,我們需要積極汲取傳統(tǒng)教學(xué)實踐中的合理因素.另一方面,要考慮教學(xué)的適切性,不宜直接將國外的教學(xué)模型簡單移植到當(dāng)下的課堂教學(xué)之中,而要做好本土化轉(zhuǎn)換以著力避免“水土不服”的現(xiàn)象.
應(yīng)當(dāng)看到,傳統(tǒng)物理教學(xué)中的科學(xué)論證是以隱性的方式滲透在教學(xué)過程之中的,隱性滲透的方式存在教學(xué)目標(biāo)不明確,教學(xué)內(nèi)容不確定和教學(xué)效果不顯著等弊病.因此,在基于科學(xué)論證的物理教學(xué)實踐中,要采取顯性教育的思路,明確給學(xué)生講解科學(xué)論證的含義、要素,教會學(xué)生識別證據(jù)有效性和可靠性的方法以及基于證據(jù)推理的方法,并開展真實的論證活動.同時,在科學(xué)論證的過程中,也要克服單一證據(jù)得出普遍結(jié)論的做法,盡可能地促進(jìn)學(xué)生之間形成合作、辯論、交流、研討的學(xué)習(xí)氛圍.
科學(xué)探究教學(xué)對“知識講授+習(xí)題演練”的教學(xué)方式轉(zhuǎn)變起到了積極的促進(jìn)作用,但其操作的機(jī)械化、流程化現(xiàn)象也備受詬病,開展科學(xué)論證驅(qū)動的科學(xué)探究教學(xué)能夠促進(jìn)科學(xué)探究和科學(xué)論證有效統(tǒng)一,對提高學(xué)生的科學(xué)探究能力大有裨益,尤其是基于證據(jù)的推理得出結(jié)論,撰寫科學(xué)探究報告,探究小組之間相互評議報告等,有助于學(xué)生熟悉科學(xué)的運(yùn)作方式,更好地理解科學(xué).新版ADI教學(xué)模型是科學(xué)論證教學(xué)領(lǐng)域極具生命力的教學(xué)實踐模型之一,可以將探究與論證相融合,需要在實踐中進(jìn)一步探索.
目前,對基于科學(xué)論證的物理教學(xué)研究仍慣于使用理論分析與實踐案例的研究范式,實證研究還較為欠缺.從物理教育研究的特點及其方法論的角度,一方面要借助邏輯學(xué)、科學(xué)史、科學(xué)社會學(xué)等多學(xué)科知識豐富科學(xué)論證的內(nèi)在特征、基本模式與典型科學(xué)史案例,并關(guān)注諸如核泄漏事件、全球變暖等社會熱點,拓展科學(xué)論證教學(xué)的廣度與深度,讓論證思維及其科學(xué)精神價值得以充分發(fā)揮.另方面,無論采取何種教學(xué)模型、教學(xué)策略,評判其有效性的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)立足于學(xué)生科學(xué)論證能力的提高.這就必然要求采用實證研究.而這實證研究,除了面向?qū)W生的能力測試外,課堂論證話語分析、論證實踐的表現(xiàn)性測評等研究也極具實踐意義.