在科學論證中促進科學思維能力的發展

張駿

【摘 要】科學思維是科學核心素養的重要方面，也是科學學科最本質的特征，其重要性毋庸置疑。如何發展學生的科學思維能力？其路徑和策略眾說紛紜，然而，真正發展學生科學思維能力的現狀卻不容樂觀。本文試著從科學思維要素中的科學論證這一角度，以具體課例來闡述如何促進學生科學思維能力的發展。

【關鍵詞】科學論證 主張 證據 推理 科學思維

一、科學課上學生的思考

科學核心素養包括科學觀念與應用、科學思維與創新、科學探究與交流和科學態度與責任等四個方面。新課標的設計思想和研制基礎之一便是思維的科學教學，認為科學思維是科學學科最本質的特征，科學教學要實施基于思維的科學探究。由此可見，學生科學思維能力的發展在科學核心素養及科學課堂教學中的重要性。

大多數科學教師已經意識到在科學課堂上要讓學生動手操作，通過做中學，經歷科學探究的過程，而隨之帶來的便是熱熱鬧鬧的動手做的課堂。可細細想來，學生做是做了，學到什么了呢？下面舉例說明：

“磁鐵的兩極”是蘇教版科學二年級下冊《玩磁鐵》單元的第二課。第一課是“磁鐵的吸力”，學生已經在第一課中知道了磁鐵可以吸引鐵、鎳一類的物質，磁鐵具有隔空吸鐵、隔物吸鐵、傳遞磁性等特點。而這一課是在此基礎上繼續研究磁鐵，讓學生能發現磁鐵更多的特點：第一，磁鐵有的地方磁力大，有的地方磁力小，磁力最大的部分叫磁極;第二，磁鐵指南的一端叫南極，用“S”表示，指北的一端叫北極，用“N”表示;第三，磁鐵的磁極相互靠近，同極相斥，異極相吸。

教師在教學時，通過復習引出問題：上節課，我們研究了磁鐵的一些特性，磁鐵還有哪些特別的地方呢？我們繼續來研究。接下來，教師帶著學生用磁鐵去吸大頭針，發現磁鐵的兩端吸得最多，從而引出磁極的概念;再把磁鐵懸掛起來，讓其自由轉動，靜止時發現一端指南，一端指北，進而讓學生認識磁鐵的南極和北極;最后用兩塊磁鐵相互靠近，引導學生發現相同磁極排斥，不同磁極吸引。

上述案例看似是教師帶著學生充分地動手實驗，并且得出了應有的科學結論，可如果細細調查和深究，我們會發現，很多學生在幼兒園或者在家里都做過這些活動，課堂上只不過是再重復一次罷了，而且不會出現錯誤的結果。在整個活動中，學生只是機械地動手操作，腦袋中并沒有探究，缺少了動腦思考的機會。學生更多的是對實驗器材情有獨鐘，對純粹的“玩”感興趣，他們只是樂于擺弄材料，在教師的“引誘”下急于得出答案，完成教師布置的任務，而不是對一個問題進行細致的思考或揭示現象中存在的一些因果關系。經過一段時間的“探究”，學生的認識還是停留在原先的水平，其學習或者思考并沒有真正發生。這只是我們科學課堂上的一個縮影。一位英國科學教師的研究或許可以給學生是否在思考提供一些考量的標準：（1）動手實驗是否與先前的經驗聯系起來;（2）是否基于原有知識作出預測;（3）是否觀察并尋找所觀察到的結果的原因;（4）是否提問，尤其是以能夠引發進一步探究的形式進行提問。

二、有思考才有思維

科學探究學習非常注重思維的參與，在探究活動中，“為何做”“怎么做”“做出了什么”“說明了什么”等思維活動，包括對探究問題的目標指向的認識、探究過程的設計、探究方法的選擇、探究證據的收集、探究結果的分析等理性思維的參與。這種以“思中做，做中思”為特征的思維參與的過程，是“探究”的屬性中較易被人忽略而又最值得重視的一個屬性，甚而言之，是“探究”的本質屬性。科學思維的形成和科學方法的習得，是學生進行探究學習的更高境界。

沒有足夠的練習，認知或者任何類型的技能就沒有足夠的機會發生和發展。一個總是練習打字的人，不會自動擁有寫出一部最偉大文學作品的寫作技能。同樣，頭腦中沒有足夠的思考，根本談不上思維的訓練。和學習其他的技能一樣，思維技能也需要在頻繁的實踐中發展。當教師只是提供了許多在低水平上進行心理操作的練習時，學生便只能精通這些更為初級的任務。可對我們而言不幸的是，很多教師確實只是在讓學生進行簡單的低級的動作技能練習，表現這些低水平技能的能力并沒有轉換成思維的高水平任務。有思考才有思維，而如今科學課堂中學生缺乏思考的現象比比皆是，那學生的思維狀況就可想而知了。

三、在科學論證中促進科學思維的發展

如何促進學生科學思維的發展，讓學生的思維真正發生呢？課標明確指出，科學思維與創新主要包括模型建構、科學推理、科學論證、質疑創新等要素。科學論證已經成為我國科學課程改革的熱點，但科學課堂對在科學論證中促進科學思維發展的實證研究還比較欠缺。

（一）科學論證的定義

論證是科學共同體圍繞同一論題，收集證據并運用一定的論證方法解釋、評價自己及他人的觀點，促進思維的交鋒，最終達成雙方可接受結論的活動。科學論證就是圍繞自然相關問題展開的論證，是科學家建構和確認知識過程的典型的實踐活動，也是學生形成科學核心素養的重要途徑。學生在面對科學問題情境時，能基于所獲得的資料對科學問題進行解釋說明，產生個人主張并進行合理辯護，能考慮到相競爭觀點的不足并提出反駁，進而重新評估自己最初的主張。

（二）在科學論證中促進科學思維能力的發展的策略

基于對科學論證的解讀，筆者將從科學論證的角度來重新架構“磁鐵的兩極”一課的教學，通過不斷地建立主張、尋找證據、推理解釋等科學論證過程，來真正促進學生科學思維能力的發展。

1.第一次論證——置身具體的情境，建立因果聯系，引出初步的主張沖突

教師通過播放“條形磁鐵吸引鋼珠”的視頻，讓學生觀察小鋼珠在條形磁鐵的不同位置的運動狀態，引發真實的問題：怎么會有這樣的現象呢？從而聚焦到磁鐵各個部分的磁力可能大小不一樣的知識點。學生通過觀察到的現象，提煉出不同的主張，而不同的主張是基于相同事實現象的不同思考，這就培養了學生基于事實證據提出主張的習慣。正是由于主張不同，學生才會覺得有論證的必要性和迫切性。論證的對話意義就在于此，強調論證的說服和不同主張之間的互動。在初步建立主張的時候，學生的思維就開始發生了，他們通過現象，與可能的原因建立起因果聯系。

有了初步的主張后，筆者沒有直接讓學生動手操作，而是組織學生討論可以怎么做才能證明自己的想法，也就是想辦法設計實驗方案，尋找證據來支持自己的主張。在這里，我們發現，學生經過引導，生發了很多方案，雖然方法不同，但都指向用比較磁力大小的方法來支持自己的主張。在匯報實驗結果的時候，大多數學生都能發現中間的磁力小，其理由是根本吸不起來鋼珠，這也就否定了“中間磁力大”這樣的主張。但在實際教學中，筆者發現學生又生成了一個新的主張沖突，即一方認為紅色部分磁力大，另一方認為藍色部分磁力大。不能說哪個是錯的，因為他們都有證據來支持，他們發現有的鋼珠更容易滾向紅色的一頭，而有的鋼珠更容易滾向藍色的一頭。這恰恰是學生在不知結果的情況下，基于自己的證據所建立起來的新主張，這樣的主張更真實，更接近科學探究。在相持不下的情況下，筆者用磁性傳遞的結果來引導學生思考發現，兩端磁力有大小（這更多是因為磁鐵本身的原因），但和中間位置相比較，就顯得很大了，從而幫助學生建立磁極磁力大的概念。在這個環節中，學生始終是根據實驗收集的證據來說話，支持自己或反對他人的主張，其科學思維一直是存在著的。

2.第二次論證——利用建構的概念，尋找證明依據，誘發新生的主張沖突

在建立磁極概念之后，筆者讓學生判斷蹄形、橢球形、球形三種不同形狀的磁鐵是否有磁極。這個環節，又會誘發新生的主張沖突，如有的學生認為橢球形磁鐵的磁極在兩頭（這是跟條形磁鐵進行的類比推斷），有的學生認為在中間（生活中的經歷），有的學生認為球形磁鐵的磁極不好找，可能到處都是……正因為不確定，才有了更多的可能，學生才會主動想辦法找證據尋求答案。在尋找是否有磁極之前，學生頭腦中已經有了自己的主張，即有沒有磁極、在哪里、可以怎么去找等。學生帶著問題和想法去操作，這樣的活動才是具有思維含量的。在這里，學生就會調動已有的知識和經驗來設計實驗，最后發現通過不同的方法搜集到的證據，都能得到一個相同的結果。學生會將結果與原先的想法進行比照，進而發現自己或者他人的想法是否正確，最終建立更高層次的概念，即不同形狀的磁鐵都有磁極，并且是兩個。這也是對磁極概念認識的進一步提升。學生經歷的是類比推斷的論證方法，進一步實踐了科學論證的過程。

在確定磁鐵都有兩個磁極后，筆者再次引發學生思考：磁鐵的兩個磁極會不會一樣呢？也就是兩極的特性是否相同，探究發現磁極之間的相互作用。在這個環節，筆者重點引導學生找到磁極與磁極之間不同的靠近方法，對不同的方法進行分類整理，從而歸納總結出規律，盡可能讓學生尋找到所有可能的方法來作為證據，支撐自己的主張，最后，通過歸類總結出相互作用的規律。這也是磁極概念的第三個層次——磁鐵的兩個磁極是不同的，以此深化學生對科學論證的認識。

3.第三次論證——借助結構的材料，對比相似之處，達成最終的主張一致

最后，筆者通過一個拓展延伸環節，利用斷成兩截的磁鐵，引發學生新的思考：殘缺的磁鐵還有兩個磁極嗎？使學生再次建立新的主張。這里基本上會形成兩種觀點：一種是只有原先的一端是磁極，斷開的一端不是;另一種是還有兩個磁極。同樣，筆者讓學生想辦法來證明自己的主張。如何去尋找證據來支持自己的想法呢？學生自然會調用所學知識來解決問題，用磁極的磁力最大的知識，或者用磁極相互作用的規律的知識，這既是對所學知識的鞏固，又是對知識的反思和遷移。通過與先前實驗結果的對比，學生會發現它們的相似之處，即無論什么樣的磁鐵，無論完整還是殘缺的磁鐵，都有兩個磁極，并且它們是成對存在的。至此，最終達成主張的一致，即成功建構“磁鐵總是同時存在著兩個不同的磁極，相同的磁極相斥，不同的磁極相吸”這一科學概念。

綜上，筆者通過創設具體的問題情境，引發學生對磁鐵磁力大小的認知沖突，進而引發學生不斷對自己或他人的主張進行支持或反駁。整個科學論證過程層層遞進，從示范體驗到實踐運用，環環相扣。學生的科學思維活動伴隨其中，其科學思維也不斷深刻。因此，學生形成了對磁極的科學全面的認識，建構了科學概念，實現了“活動”與“知識”“思維”的統一與平衡。學生不僅收獲了科學概念，還有科學概念的學習歷程和思維方式。這樣的科學論證，幫助學生發展了科學探究能力，促進了學生對科學概念的轉變與理解，提升了學生的比較、類比、分析、綜合、推理、批判等科學思維能力，為發展學生的科學核心素養打下了堅實的基礎。

【參考文獻】

王星喬，米廣春.論證式教學：科學探究教學的新圖景[J].中國教育學刊， 2010（10）.