高中物理中實施科學論證教學的有效途徑①

(青海省海東市平安區第一高級中學，青海 海東 810600)

1 科學論證簡介

科學論證是運用證據對所研究的科學問題進行描述、判斷、預測和解釋，建立證據與觀點之間的關系或反駁他人觀點的實踐活動，包括5個要素：觀點、事實證據、理論依據、推理過程和反駁。

其中，觀點是指基于對物理問題情境的描述與分析而做出的判斷，事實證據是指支持觀點的事實陳述，理論依據是指聯結觀點和證據的學科知識，推理過程是指聯系觀點和證據的因果關系鏈，包括演繹推理和歸納推理等，反駁是指運用物理知識對相異觀點以及支持該觀點的證據或推理過程的質疑和批判。[1]

2 高中生物理科學論證能力的現狀

科學論證能力是指順利進行科學論證活動時所需的穩定的心理調節機制。鄭穎、張軍朋、張玉發根據《普通高中物理課程標準(2017年版)》對高中生科學推理能力的5級水平層次劃分，結合SOLO分類結構理論，從觀點、證據、推理過程、反駁四個方面對課程標準中的5級水平進行了細化，并采用書面測試題開發測量工具，評估了高中生科學論證能力水平，具體表現出以下特征：(1) 學生傾向于調用生活經驗或已有的認識，并非基于事實證據進行科學論證；(2) 學生沒有深刻理解物理概念和規律的內涵和外延，往往羅列相關的概念規律，但不能和問題情境相結合進行相關論證；(3) 學生在進行科學論證時，容易根據部分的事實證據進行推理，缺乏清晰連貫地闡述推理過程的意識，在應用所學知識說明所得結論時不能清晰表達，邏輯推理不夠嚴密。整體來說，學生科學論證能力處在中低水平。[2]

3 教師對科學論證教學的認知

科學論證教學就是將科學活動中的論證引入課堂，引導學生像科學家一樣開展基于證據的論證活動，以發展學生的科學思維能力。

張春麗、陳穎編制了關于科學論證要素的教師問卷，調研結果為：老師們認為教學應包含觀點、論點或者結論的有33.6%，認為應包含論據的有35.5%，認為應包含邏輯或推理的有61.8%，認為應包含知識、理論、原理或者概念的有35.5%，認為應包含事實的僅有6.63%。令人驚訝的是，沒有一位教師回答含有反駁、辯論或者質疑這一非常重要的要素。[3]教師對論證教學缺乏清晰的理論基礎，對科學論證教學還不夠重視，這些是導致學生科學論證能力處在中低水平的主要原因。

4 實施科學論證教學的有效途徑

4.1 在知識的建構中顯化科學論證方法，讓學生在模仿中發展科學論證能力

在物理教學中可顯化科學論證的要素和過程，讓學生知道科學論證由觀點、與觀點相關的證據(包括事實證據和理論依據)、聯系觀點和證據的推理以及反駁等基本要素構成，向學生展示科學論證的過程和方法，讓學生在模仿中發展科學論證的能力。

案例1：庫侖定律

圖1

(1) 現象

如圖1所示，輕導體球A豎直懸掛，導體球B與A帶同種電荷。當B靠近(或遠離)A時，偏角θ增大(或減小)；B、C大小、形狀和材料完全相同，用不帶電的導體球C接觸B，B再靠近A時，偏角變小。

(2) 啟發

教師啟發學生，把庫侖力與萬有引力進行比較，鼓勵學生大膽提出自己的觀點。

(3) 觀點

電荷間的作用力可能與它們所帶的電荷量的乘積成正比，與距離的平方成反比。

(4) 推理

(5) 事實證據1(檢驗)

用自制的庫侖定律演示儀，[4]通過控制變量，進行定量實驗，采集數據，擬合圖像，得出的結果支持學生的觀點。

(6) 事實證據2(歷史)

模擬庫侖扭秤實驗，呈現庫侖所得數據，進一步支持學生的觀點。

(7) 反駁

這一結論在任何條件下都成立嗎？

實驗表明：在距離r大于10cm時，圖像呈線性關系，r小于10cm時，線性關系被破壞。據此引入點電荷理想模型，得到庫侖定律。

在上述教學中，體現了科學論證的完整過程，通過顯化科學推理的要素和方法，給學生的科學論證指明了方向，有利于提升學生的物理學科核心素養。

4.2 利用論證互動，發展反駁能力

論證互動是學生相互分享、評價、修改他們觀點的過程。學生通過相互質疑,相互批判，回答同伴的問題，修正自己的觀點。同時，學生也學會用科學的標準去評定與區分論證的優劣。[5]

案例2：牛頓第三定律

師：馬拉車加速前進時，馬拉車的力與車拉馬的力兩者的大小關系如何?請陳述理由。

生1：馬拉車的力大于車拉馬的力。理由是：馬能把車向前拉，而車卻不能把馬向后拉。正如大人能把小孩拉動，不就是大人的力大于小孩的力嗎？

生2：兩者應該相等。理由是：馬拉車的力與車拉馬的力是作用力和反作用力，依據牛頓第三定律，兩者一定大小相等。

師：兩個同學的理由似乎都有道理，第一個同學符合經驗事實，第二個同學利用了理論依據，誰還有其他證據支持或反駁上述觀點呢？

生3：我支持同學2的觀點。理由是：牛頓第三定律是科學知識，我們以科學知識為依據進行推理，其結果應該是正確的。

師：還有其他可靠的證據嗎？

學生設計實驗，利用DIS力傳感器進行驗證，認同學生2的觀點。

教師激疑：既然馬拉車的力和車拉馬的力總是大小相等，如何解決“馬能把車拉向前，而車卻不能把馬拉向后”這一問題呢?

學生論證：首先進行受力分析，以車為研究對象，車在水平方向受到馬對其向前的拉力和地面對它向后的阻力，車之所以向前做加速運動，是因為馬向前的拉力大于地面向后的阻力；同理以馬為研究對象，馬在水平方向受到地面給予它向前的靜摩擦力和車對其向后的拉力，馬之所以向前做加速運動，是因為地面對馬向前的靜摩擦力(動力)大于車對馬向后的拉力(阻力)，這也是車不能向后的原因。

教師總結：一個物體做怎樣的運動，是由作用在這個物體上合力決定的，與該物體反作用于其他物體上的力無關。

證據可以是事實證據(如實驗)，也可以是理論依據，基于事實證據和理論的論證，有利于學生避免誤用“生活經驗”。利用互動論證，有利于培養學生論證過程中邏輯推理的嚴密性，提升學生的質疑、反駁能力。

5 結語

在科學論證教學中，首先要顯化論證的要素、過程和方法，培養學生養成根據事實證據和現有知識進行科學解釋的思維習慣；其次，利用論證中的學生互動，幫助他們轉變科學概念，建構科學知識，發展學生的反駁能力和探究能力。