高中物理教科書中的科學論證體現(xiàn)研究
——以人教版必修第一冊教科書為例

鄒 祎，付雨晴，康世舉，王晶瑩

1.遼寧師范大學物理與電子技術(shù)學院，遼寧 大連 116029

2.六盤水師范學院物理與電氣工程學院，貴州 六盤水 553004

3.青島大學師范學院，山東 青島 266071

1 前言

目前，國內(nèi)外對科學論證的重視程度都很高，美國2011年發(fā)布的《K-12年級科學教育框架》，將論證的建構(gòu)和批判作為科學實踐的核心要素[1]。我國的《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》，將科學論證歸為科學思維核心素養(yǎng)的重要組成部分[2]。但國內(nèi)有關(guān)科學論證的相關(guān)研究大多集中于學生科學論證能力的測評、科學論證教學實施策略等方面，很少對教科書中的科學論證體現(xiàn)進行分析和研究。所以，本文擬從該角度入手，對人教版必修第一冊高中物理教科書進行深入分析，以補充、完善相關(guān)研究。

2 科學論證的教科書分析框架

目前已有的關(guān)于科學論證的分析大多是針對學生的科學論證能力，在分析教科書中的科學論證體現(xiàn)時，大部分框架都不太適用，所以本研究擬在前人相關(guān)研究的基礎(chǔ)上制定一個適用于分析高中物理教科書的科學論證指標體系和教科書分析框架。

2.1 科學論證的指標體系

結(jié)合目前應用比較廣泛的圖爾敏論證模式[3]、CER 論證模式[4]以及 Nagashima[5]、Ryu[6]等人建立的科學論證評價框架，本研究提取出概念、規(guī)則、證據(jù)、主張、推理、因果、論點、論辯8個科學論證的組成要素。根據(jù)各要素在科學論證中起到的作用，將其劃分到四個一級指標之下。第一個一級指標是“科學論證的基礎(chǔ)”，其下有“概念”“規(guī)則”兩個要素；第二個一級指標是“科學論證的條件”，其下有“證據(jù)”“主張”兩個要素；第三個一級指標是“科學論證的過程”，其下有“推理”“因果”兩個要素；第四個一級指標是“科學論證的核心”，其下有“論點”“論辯”兩個要素。此外，李小涵在評價學生科學論證能力時，從兩個維度對主張、證據(jù)等要素作出評價[7]。本研究也參照其做法，從兩個角度對每個要素作出評價，以更全面地對各要素作出評價，所以建立起相應的16個二級指標，分別是概念的復雜性、概念的情境性、規(guī)則的充分性、規(guī)則的有效性、證據(jù)的復雜性、證據(jù)的情境性、主張的充分性、主張的有效性、推理的復雜性、推理的情境性、因果的充分性、因果的有效性、論點的復雜性、論點的情境性、論辯的充分性、論辯的有效性。

2.2 分析框架

通過觀察教科書編寫特點，學習內(nèi)容分析的基本方法，本研究擬從所占篇幅、出現(xiàn)頻次、描述水平三個維度對科學論證各指標的呈現(xiàn)進行深入分析。與科學論證的指標體系綜合起來得到如表1所示的二維分析框架。

表1 科學論證的二維分析框架

2.3 具體操作流程

應用框架進行實際分析時，在內(nèi)容水平部分對出現(xiàn)頻次進行次數(shù)統(tǒng)計，對所占篇幅和描述水平進行五級水平評定。在所占篇幅維度，本研究根據(jù)各指標篇幅的分布，規(guī)定0～50字為水平I，51～100 字為水平 II，101～150 字為水平 III，151～200字為水平IV，200字以上為水平V。描述水平評定標準的制定立足于物理學科與生活實際密切聯(lián)系的特性，不僅考慮指標呈現(xiàn)的由簡到繁、由孤立到相互聯(lián)系，還考慮其與情境、生活實際的聯(lián)系情況。此外，結(jié)合布魯姆認知過程理論，在較高水平上，對應用、創(chuàng)新提出一定的要求，得到如表2所示的評定標準。

表2 二級指標的描述水平的評定標準

在實際操作時，按照人教版必修第一冊高中物理教科書的欄目以及小標題，將每節(jié)課劃分成若干個單元，將各單元的數(shù)據(jù)匯總，得到整本書的數(shù)據(jù)。在對兩級指標整體呈現(xiàn)進行分析時，為便于將各維度數(shù)據(jù)放到一個圖中進行分析，將三個維度匯總的各指標數(shù)據(jù)除以一個值，使所有數(shù)據(jù)都在0～5之間。

3 教科書中科學論證的兩級指標分析

3.1 教科書中科學論證二級指標的呈現(xiàn)分析

如圖1所示，所占篇幅和描述水平部分的數(shù)據(jù)要高于出現(xiàn)頻次，但這是統(tǒng)計方式引起的，并無特殊含義。下面對二級指標在各維度的呈現(xiàn)情況進行分析。

圖1 科學論證二級指標在教科書中的呈現(xiàn)

在所占篇幅維度，前8個二級指標的值都要明顯高于后8個二級指標。前8個二級指標中，概念的復雜性指標的篇幅最多，之后依次是概念的情境性、證據(jù)的復雜性、證據(jù)的情境性、主張的有效性、規(guī)則的有效性、主張的充分性，最后是規(guī)則的充分性。在后8個二級指標中，推理的情境性指標的篇幅最多，之后依次是推理的復雜性、論辯的充分性和論辯的有效性、論點的情境性、因果的有效性、因果的充分性，最后是論點的復雜性。

在出現(xiàn)頻次維度，前8個二級指標的值都要明顯高于后8個二級指標。前8個二級指標中，概念的復雜性指標的出現(xiàn)頻次最多，之后依次是證據(jù)的復雜性、主張的充分性和主張的有效性、概念的情境性和證據(jù)的情境性，最后是規(guī)則的充分性和規(guī)則的有效性。后8個二級指標中，論點的復雜性指標的出現(xiàn)頻次最多，推理、論辯對應的指標以及論點的情境性指標緊隨其后，因果對應的指標的出現(xiàn)頻次相對較少。

在描述水平維度，前8個二級指標的值都要明顯高于后8個二級指標。前8個二級指標中，概念的復雜性指標的描述水平最高，之后依次是概念的情境性、證據(jù)的情境性、證據(jù)的復雜性、主張的有效性、主張的充分性、規(guī)則的有效性，最后是規(guī)則的充分性。在后8個二級指標中，推理的復雜性和論點的復雜性指標的描述水平最高，論點的情境性和推理的情境性指標的描述水平較高，之后依次是論點的情境性、推理的情境性、論辯的有效性、因果的有效性、論辯的充分性，最后是因果的充分性。

3.2 教科書中科學論證一級指標的呈現(xiàn)分析

如圖2所示，在所占篇幅維度，科學論證的基礎(chǔ)指標的篇幅最多，其次是科學論證的條件，接著是科學論證的過程，最后是科學論證的核心。在出現(xiàn)頻次維度，科學論證的條件指標的出現(xiàn)頻次最高，其次是科學論證的基礎(chǔ)，接著是科學論證的核心，最后是科學論證的過程。在描述水平維度，科學論證的條件指標的描述水平最高，其次是科學論證的基礎(chǔ)，然后是科學論證的核心，最后是科學論證的過程。在各維度上，前兩個指標的值都要明顯高于后兩個指標。

圖2 科學論證一級指標在教科書中的呈現(xiàn)

4 結(jié)論

在人教版必修第一冊高中物理教科書中，科學論證的基礎(chǔ)和科學論證的條件及其對應的二級指標在各維度都要明顯高于科學論證的過程和科學論證的核心。規(guī)則的充分性指標所占篇幅是前8個二級指標中最少的，論點的復雜性指標所占篇幅是后8個二級指標中最少的。規(guī)則對應指標的出現(xiàn)頻次是前8個二級指標中最少的，因果對應指標的出現(xiàn)頻次是后8個二級指標中最少的。規(guī)則的充分性指標的描述水平是前8個二級指標中最低的，因果的充分性指標的描述水平是后8個二級指標中最低的。

基于以上結(jié)論，本研究認為人教版高中物理教科書對科學論證的基礎(chǔ)和科學論證的條件及其對應的二級指標的表述上比較完善，但也要適當加強對規(guī)則對應指標的表述。要提高對科學論證的過程和科學論證的核心及其對應二級指標的關(guān)注度，尤其是因果對應的指標，要增加對其表述的頻次、篇幅和水平，以便教師和學生從思維層面上深入地了解科學論證的實質(zhì)。此外，教師在應用教科書培養(yǎng)學生的科學論證能力時，也要對科學論證的過程和科學論證的核心部分的內(nèi)容進行補充完善。