理解·進階·反思：小學科學論證能力培養策略

吳國忠

【摘? ?要】科學論證能夠深化科學概念的建構，發展學生的思維品質?？茖W教學中，教師應“構建理解支架 ，初步展開論證；構建進階支架，引領論證過程；構建反思支架，提升論證能力”，以此滿足不同學生的發展需求，有效提升學生的論證能力和思維品質。

【關鍵詞】小學科學；科學論證能力；科學概念；思維品質

2011年，美國國家研究委員會（NRC）編寫并發布了《K-12科學教育框架：實踐、跨學科概念、學科核心思想》，該科學教育框架提出了八個主要的科學實踐活動?！盎谡摀M行論證”作為八個主要的科學實踐活動之一，強調了科學論證的重要性?？茖W論證是當由證據推論產生的科學主張受到質疑時，能利用一定的依據做出合理辯護的行為?？茖W論證能夠深化科學概念的建構，發展學生的思維品質。在實際的教學中，一些教師缺乏培養學生論證能力的意識，學生缺少充分表達的機會。當實驗結果與預設結論不一致時，為了能順利得出正確的科學結論，部分教師往往會忽視學生提出的“主張”，使學生失去論證的機會。顯然，這樣的教學沒有尊重學生的主體地位，不利于學生的發展。在科學教學中，如何設計與開展課堂論證活動，打造師生互動的課堂？

一、構建理解支架，初步展開論證

（一）調研前概念，探尋論證起點

課前，學生已經積累了一些認識客觀事物的生活經驗，即前概念。為了使教學更具針對性，教師采用以下三種調研方式了解不同學生的前概念。第一種方式即線上問卷調查。教學前，通過問卷調查了解學生的興趣和困難，為后續開展論證活動提供依據。第二種方式即對不同水平的學生進行訪談調查，了解不同層次學生的個性需求，為開展差異化論證提供參考。第三種方式即通過作業、課堂自測了解學生對知識、方法等的掌握情況，及時調控教學進度和教學方式。

【案例1】

教學教科版《科學》二年級下冊“磁鐵”單元第3課《磁鐵的兩極》前，教師設計、運用線上問卷調查，對“條形磁鐵不同部位磁力大小是否相同”的學生認知情況進行調研。結果顯示：認為條形磁鐵一側磁力大，另一側磁力小的學生約占53.3%；認為一側磁力大，另一側磁力小，中間磁力最小的學生約占20%；認為兩端磁力大，中間磁力小的學生約占16.7%；認為從兩端到中間磁力逐漸減小，中間磁力最小的學生約占10%。結果表明，學生對“條形磁鐵不同部位磁力大小是否相同”有一定認識，但不夠充分。因此，在課堂上，教師須對這部分的內容進行重點講解。

（二）創設有效情境，促使論證發生

Duschl與Osborne認為，學生開展論證時，教師需要為學生提供“有效的情境”。在有效的情境中，討論主題的答案不唯一，可能存在多種解釋。教師創設的有效情境常見的有以下三類：第一類為家庭生活情境；第二類為校園生活情境；第三類為情感需求情境。創設有效的情境，能夠喚醒學生已有的科學概念和前概念，讓學生通過實踐、論證等形式對已有的科學概念進行鞏固，對錯誤和片面的前概念進行修正和完善，從而促進學生對課堂科學概念的理解。

【案例2】

在教科版《科學》四年級下冊“電”單元第8課《模擬安裝照明電路》一課的教學中，教師以增加樓道照明亮度為情境，讓學生運用“電”單元的相關知識，設計兩個開關控制兩盞燈。課堂上，教師呈現了兩種電路連接方案（如圖1）。

教師通過創設校園生活情境，提出學習任務，讓學生探討上面兩種電路連接方案，哪一種能解決樓道照明亮度的問題。學生不斷探究實踐，在組內和班級內對兩種電路連接方案進行論證，在真實情境中辨析不同連接方案的合理性和科學性。在此過程中，學生進一步鞏固了串聯、并聯電路的相關科學概念。

二、構建進階支架，引領論證過程

（一）優化活動設計，凸顯論證進階

科學教學中，了解學生論證能力的發展水平及論證能力培養的基本路徑，對促進學生科學概念理解和論證能力發展有著重要的意義。教師借鑒Gotwals等人的實踐能力分層研究，將學生的論證能力水平分為三個層級，并對學生論證能力發展水平進階表現進行梳理，如圖2所示。實踐證明，在教學中設計不同層級的進階活動，是開展論證活動的有效策略。

【案例3】

教學教科版《科學》四年級上冊“聲音”單元第2課《聲音是怎樣產生的》時，教師根據學生論證能力發展水平進階表現，設計了三個不同層級的論證活動（如圖3）?；顒右弧把芯肯鹌そ?、鋼尺發聲和不發聲時的不同”為初級論證水平，學生通過觀察初步發現物體發聲與振動有關；活動二“研究其他物體發聲時是否也在振動”為中級論證水平，側重于發展學生基于證據進行推理的能力，旨在幫助學生從“聲音是由物體振動產生的”這一經驗層級進階到關聯層級，讓學生學習論證技能；活動三“探討發聲物體是否都會振動”為高級論證水平，旨在讓學生從“聲音是由物體振動產生的”這一關聯層級進階到系統層級，由此逐步建構科學概念。

（二）借助關鍵提問，引領論證過程

論證過程就是學生表達理由、確認主張、區分主張和反駁主張的過程。關鍵提問是指在教學過程中，為發展學生核心素養，幫助學生解決學習重點和難點而提出的系列關鍵問題。設計關鍵提問有助于學生聚焦探究目標，利用已有的知識體系，關注證據，論證自己或他人的主張，促進學生科學概念的發展。具體可分為三種基本策略：策略一為問題分解，逐步推進，即通過逐步分解科學概念及要解決的問題，讓解決問題的過程具有操作性。策略二為逆向驅動，訓練思維，即利用分析的方法，引發學生對問題的思考。策略三為增長經驗，建構概念，即讓學生通過科學的實踐活動，獲得直接經驗和事實證據，為建構概念做好準備。

【案例4】

以教科版《科學》四年級上冊“聲音”單元第2課《聲音是怎樣產生的》為例，學生在觀察鋼尺和橡皮筋發聲時的運動狀態后，繼續觀察鼓、音叉、水、吸管（帶塞）、镲發聲時的狀態。教師借助關鍵提問（如表1），引導學生開展不同層級的論證。

首先，學生通過自主探究活動，觀察5種不同物體發聲時的狀態，發現這些物體發聲時都在振動，論證水平由初級向中級進階。其次，教師借助“這些發聲的物體在發聲時有什么共同特點？”這一關鍵提問，讓學生采用歸納推理的方法進行論證，促進學生初步建構概念。教師追問“生活中有沒有物體發聲時沒在振動”，引導學生通過集體論證，用逆向思維理解科學概念。最后，學生在全班交流中呈現各自的想法，通過觀點碰撞，形成“聲音是由物體振動產生的”這一科學概念。在論證的過程中，教師利用關鍵提問，促進學生自主探究。學生的論證水平和科學概念理解水平逐步提升，科學素養不斷得到發展。

三、構建反思支架，提升論證能力

（一）調動原有認知，學會論證反思

在科學教學中，教師要做到尊重每一個學生的想法，并在此基礎上，將有相同觀點的學生組成“學習共同體”，啟發他們思考“我們這個學習共同體的觀點是什么”“在探究活動中，什么樣的現象能夠支持自己的觀點”。同時，教師要引導學生將探究活動中的“證據”與需要論證的“觀點”建立關聯，激發他們的探究動機，使探究活動目標清晰，使論證能力的發展具有層次性。

【案例5】

教學教科版《科學》二年級下冊“磁鐵”單元第3課《磁鐵的兩極》之前，教師設計、運用線上問卷調查，了解學生對“條形磁鐵不同部位磁力大小是否相同”的認知情況。教師根據學生的原有認知，對全班學生進行分組，讓持有相同觀點的學生組合成“學習共同體”，開展探究論證活動。課后又對全班學生進行了第二次認知水平問卷調查，具體情況如表2所示。

從兩次調查的對比中可以發現，大部分學生能通過探究活動獲得證據。實踐證明，在“學習共同體”中，學生不僅能關注證據，關聯觀點，還能進行自我反思和調整，在論證研討中修正和完善自己的觀點。

（二）開發論證量表，診斷學習效能

在探究活動中，學生會獲取很多證據，有些證據描述實驗現象，有些證據指向科學概念。教師可以通過設計探究記錄表或論證量表，引導學生以書面方式呈現證據，梳理實驗現象與科學概念之間的關聯，使學生的思維過程更清晰。該方式還能讓學生對自己所學的內容進行分析評價，讓教師對所教的內容進行有效的診斷，從而促進學生思維的發展和概念的建構。

【案例6】

以教科版《科學》五年級上冊“計量時間”單元第5課《擺的快慢》的教學為例，在探究“擺的快慢與擺幅大小有關嗎？”這一主題時，教師設計了論證量表（如圖4）。教師借助論證量表，通過小組合作的方式激發學生的思維，讓他們把個人的推理論證過程記錄下來。

基于論證支架的論證量表具有記錄方便、簡單明了的特點。在論證量表的指引下，學生進一步關注實驗，在探討過程中獲得信息，并對信息進行加工、整理，將其轉化為證據。該過程也是學生自主學習，尋找事物特征或變化規律，建構科學概念的過程。

總體而言，在科學教學中，了解學生已有知識水平，借助論證量表，設計有層級的論證活動，能滿足不同層次學生的發展需求，有效提升學生的論證能力和思維品質。

參考文獻：

［1］中華人民共和國教育部.義務教育科學課程標準（2022年版）［M］.北京：北京師范大學出版社，2022.

［2］DUSCHL R A，OSBORNE J.Supporting and promoting argumentation discourse in science education［J］.Studies in Science Education，2002（38）.

［3］朱潮海.論證是兒童科學探究的促進點［J］.現代中小學教育，2016，32（1）.

［4］弭樂，郭玉英.概念學習進階與科學論證整合的教學設計研究［J］.課程·教材·教法，2018，38（5）.

［5］唐小俊.基于“論證”的教學過程模式及其應用策略研究［J］.當代教育科學，2016（7）.

（浙江省杭州市勝利山南小學）