基于SWH模式的科學論證的核心要義及教學案例

●弭樂 ，朱正芳 ，胡衛芹 ，高立富 ，郭亞新 ，楊強強 ，李欣

在科學教育實踐中，科學論證是科學探究的核心，也是課堂中最常見的科學對話行為之一。克朗比在科學史中談到，“歐洲傳統的科學史是視覺和論證的歷史”，反映了科學論證的中心地位，它將科學探究的“實踐”工作與發展科學概念和理論的“心靈”工作聯系起來。科學論證能夠引導學生參與認知和元認知過程，幫助學生建模以及發展合作論證的能力。在嘗試建構科學論證的過程中，學生不僅能增進對科學概念的理解，還能培養他們開展科學對話的能力，促進參與對環境污染等社會熱點問題的討論，更好地融入社會。因此，在設計課程時，中、美、加、澳等國家或地區科學課程綱領文件中都將 “建構科學論證”作為學生的科學實踐的關鍵要素之一。

一、科學論證的核心要義與實施困境

德瑞弗等定義“科學論證是一個特定社區內的社會協商的迭代過程，通過提出問題、收集資料和證據、構建和批判觀點，以達成共識”[1]。根據該定義，科學論證包括兩個趨同方面：社會協商和對論證的認知理解。論證是一種涉及知識建構和批判的社會協商活動，采用“協商”一詞而不是“互動”或“交流”，強調學校科學論證的目標不僅交流想法并說服他人，而且當學生面對分歧和認知沖突時，共同找出論證的缺陷，最終達成共識。協商是一種互動形式，福特強調，“為了通過社會協商達成共識，論證構建和批判互動至關重要”[2]。科學家構建論證，將其分享給公眾評論，以確定其中的不足之處，并進一步強化。因此，批判激發了真實的知識建構，這是對科學實踐的獨特性和批判性反映。美國K-12科學教育標準重視批判在科學學習中的作用，指出“批判是構建新知識的基本要素，尤其是科學學習的基本要素”。

研究表明，通過批判促進學生參與知識建構并不容易。希梅內斯·阿萊克安德烈等在遺傳學單元中評估了中學生的論證，發現他們主要專注于提出觀點，而沒有必要的證明[3]。薩德勒研究學生在論證過程中遇到的困難，得出：（1）學生通常不使用科學證據來支持他們的理由；（2）學生不能勝任分析和批判論證；（3）學生經常提出不合理的觀點，以及很難識別相反的觀點[4]。杜施爾等將這些困難歸因于對資料、證據、觀點和連貫論證缺乏認知理解[5]。也就是說，學生在進行論證時，應該對“什么是高質量的科學論證”有一個深入理解。學生還需要利用這個標準來批判彼此的想法。重要的是，學生需要將論證認知理解作為工具，提出問題、收集資料，將資料轉化為支持觀點的證據，并公開辯論。

針對上述問題，眾學者呼吁論證教學應整合論證的兩個方面——社會協商和對論證的認知理解。在此背景下，滲透式論證教學模式被視為是一種有效的干預措施，它體現了“論證是一種探究”的觀念。在該模式中，論證作為一種關鍵手段，學生通過提出問題、收集資料和證據、辯論觀點來學習知識，從而參與整個探究過程。

二、基于SWH模式的論證教學模式

滲透式論證教學模式通過探究促進學生參與論證實踐，分為兩種類型：基于模型的探究和基于論證的探究。基于模型的探究是一種整合建模和論證的滲透式教學方法，如SNP模式（Science Negotiation Pedagogy，簡稱SNP）；基于論證的探究是論證驅動的滲透式教學方法，如SWH模式（Science Writing Heuristic，簡稱SWH）[6]。SWH模式旨在通過社會協商培養學生對論證和學科大概念的理解。考慮到該模式的定位完全符合科學實踐，似乎是最有希望培養科學素養的論證教學方式。下面重點介紹SWH模式及其應用，為指導教師實施SWH模式，提供了兩個模板：教師模板和學生模板，具體如表1所示。

表1 SWH模式（教師和學生）

教師模板由八個階段組成，當教師在科學課堂上實施基于論證的探究教學時，這些階段為教學搭建了腳手架。其中協商階段一和階段二重點聚焦學生通過社會協商發展口頭和書面論證能力。協商階段一包括學生進行意義協商，以便進行小組探究和觀察；鼓勵學生在小組中提出觀點和證據，以支持對資料的解釋。確定小組協商資料含義之后，進入協商階段二，在該階段中，他們公開分享小組論證，并接受同伴的批判，以確定論證的弱點。隨后，學生有機會在小組中修改和加強論點，并再次向同伴展示，直到達成共識。因此，協商階段一和階段二是一個迭代過程，學生通過一系列基于對話和寫作的協商活動，加深了對學科大概念的理解。

SWH模式是基于論證的探究，旨在培養學生的科學實踐能力，同時加深對學科大概念的理解。知識的建構和批判，無論是公開的還是私下的，都強調論證認知框架，并通過提出問題、收集資料和證據以及支持觀點而開展。SWH模式涉及學生使用嵌入式和顯性語言任務構建科學知識，在進行探究活動時，強調對話和寫作作為認識論工具，要求學生協商論證要素的意義以及確保要素之間的一致性。

三、基于SWH模式的教學案例（以生態系統和人體系統為例）

本研究聚焦兩個教學單元：生態系統和人體系統。選擇兩個不同單元的目的是檢驗學生在第二單元中是否能夠在第一單元中培養的論證技能基礎上持續發展。每個單元包含依據科學課標提出的大概念。大概念是在單元開始時提出的一個簡化陳述，該陳述涵蓋了本單元所有學習內容，用于指導學生的提問、探究和全班討論，以幫助學生參與科學探究和論證，并深入理解概念。針對生態系統和人體系統，基于SWH模式的課程設計包含了大概念、探究問題、相關核心概念和學習活動，具體如表2所示。

表2 基于SWH模式的課程設計

教師在每個單元開始時都向學生介紹大概念，要求學生參與構建個人或小組概念圖，表征他們對給定主題的教學前認識。對概念圖的構建和討論有助于學生闡明對主題的理解，并設計探究問題。隨后，教師邀請全班同學對每個小組的問題進行評論，包括這些問題是否可以測試和研究，為什么它們對學習大概念至關重要，以及如何在科學課堂上對它們進行探究。例如，在呼吸系統單元中，學生提出問題：“當一個系統關閉時會發生什么？”“空氣如何進入我們的身體？”師生共同對這些研究問題進行評論，討論它們與大概念的關系。通過討論，學生一致提出探究問題：呼吸系統如何與其他系統協同工作？

學生一旦達成共識，教師要求學生設計并進行探究。例如，為回答呼吸系統問題，學生決定用塑料瓶、吸管、橡皮筋和氣球建立一個模型來模擬呼吸系統的功能。每組都建立一個模型，以最佳方式展示他們認為呼吸系統是如何工作的；收集資料，從中獲得證據來回答探究問題；根據證據提出觀點；在全班討論中提出自己的想法。為幫助學生構建小組書面論證，教師提供書面論證格式（表3），其中包含了論證三要素的指導性提示：問題、觀點和證據。重點確保每個小組都構建一個書面論證，作為學生開展批判的基礎。

表3 小組書面論證格式

SWH模式中的對話和寫作部分并沒有被視為獨立的要素，而作為論證的共同組成部分。在小組活動期間，教師與每個小組一起，傾聽學生的想法并提出問題，例如“你能解釋一下你的模型是如何工作嗎”“你的模型中有什么證據來解釋肺和胸部之間的關系”“你為什么認為你的證據支持這個說法”，等等。

當小組向全班展示書面論證時，教師鼓勵其他學生對其進行評論。在公開論證之后，每個小組決定如何修改論點以回應同伴的批判，或者是否應再次開展探究以加強論點。最后，在本單元結束時，希望學生深入理解與本單元相關的大概念。

四、小結

SWH模式作為滲透式論證教學法與“生產性學科參與”理念一致，該理念強調掌握基礎科學要素（如問題、變量、資料、觀點和證據），理解科學家工作的性質以及社會協商的各個方面[7]。SWH模式包括更好的科學實踐，學生不需要記憶論證的具體定義，認知負荷較小，能夠逐漸培養學生發展更復雜的社會協商實踐和對論證的認知理解。