依托學生活動手冊　培養小學生科學論證能力

【摘? ?要】科學論證能力是小學科學學科核心素養的重要組成部分，包括提出主張的能力、獲取證據的能力、推理證明主張的能力和合理質疑的能力。學生活動手冊是培養學生科學論證能力的重要工具，為學生的科學論證提供活動支架與思維支架。在小學科學學習中，學生可依托活動手冊，“聚焦問題，作出假設，發展提出主張的能力；探索活動，記錄信息，培養獲取證據的能力；得出結論，作出推理，提升證明主張的能力；研討交流，評價反思，發展合理質疑的能力”，最終形成良好的科學論證能力。

【關鍵詞】分層探究；科學論證；推理；教學策略

《義務教育科學課程標準（2022年版）》強調，作為核心素養重要組成部分的科學思維主要包括模型建構、推理論證、創新思維等。科學論證活動指的是基于證據和邏輯，運用多種科學思維，構建證據與解釋之間的關系并提出合理見解。

科學論證能力是科學素養的重要體現。然而，當前的科學論證教育中仍存在兩大問題：一是論證缺位，教師的教學直奔結論，忽視了從現象到結論的科學論證環節；二是支架缺失，平時作業偏重于實驗現象和實驗發現，缺少科學論證活動的思維支架。因此，教師應構建科學論證框架，為學生搭建科學論證的思維支架，在課堂教學中采用多種策略，促進學生科學論證能力的發展。

一、科學論證框架是培養科學論證能力的目標指向

在小學科學教學中，將科學論證能力進行解構細分，有助于教師從細處入手培養學生的科學論證能力。小學生的科學論證能力包括提出主張的能力、獲取證據的能力、推理證明主張的能力以及合理質疑的能力（如圖1）。這四種能力的建設圍繞科學論證活動展開，構成一個有機的整體。其中，對證據、主張和推理過程的合理質疑與批判性思考，使得科學論證活動更為嚴謹，能夠促進學生科學論證能力的發展。

二、學生活動手冊是培養科學論證能力的重要工具

學生活動手冊是科學教材的重要組成部分。強調科學論證能力的活動手冊，其設計應聚焦核心概念，體現科學探索過程，凸顯科學論證過程，為學生的論證活動提供活動支架和思維支架，保證科學論證活動貫穿課堂始終。

如圖2，強調科學論證能力的活動手冊各部分指向不同能力的培養。聚焦問題指向提出主張，探索活動指向獲取可靠、系統的證據，得出結論強調運用證據證明主張，小組和全班的研討交流指向合理質疑。可見，學生活動手冊是培養學生科學論證能力的重要工具。

三、多種教學策略是培養科學論證能力的有力保障

如圖3，教師在進行論證教學時，可以活動手冊為依托，根據探究活動和科學論證的四個要素，運用多種教學策略進行教學。

（一）聚焦問題，作出假設，發展提出主張的能力

一個好的科學問題能推動科學研究，使科學問題與科學主張相互關聯。教師通過創設真實的問題情境，使學生聚焦問題，提出主張。具體而言，在編制活動手冊時，要先通過“任務+問題”的方式，提高學生的問題意識。明確問題后，再設置“我的猜想”“我的觀點”“我的假設”等環節，推動學生提出主張。

提出主張是論證活動的開始。學生圍繞著自己的主張收集資料，運用思維作出推理與分析，探索活動由此開始。提出主張的能力不是與生俱來的，需要在科學學習中不斷訓練。如圖4，學生使用活動手冊時，根據問題情境和學習經歷，形成了多種提出主張的途徑。

在以往的生活和學習中，學生已累積了許多生活經驗和科學前概念。這些經驗和前概念是科學學習的基石，對科學概念的形成具有至關重要的作用。比如，對于聲音是怎么產生的這一問題，學生在生活中看到過各種各樣的發聲現象，他們觀察到的這些現象將直接影響他們對概念的學習和理解。學生基于現象提出主張，充分展現了他們的原有概念，這有助于科學概念的轉化與重構。

（二）探索活動，記錄信息，培養獲取證據的能力

自然科學是講究實證的，實驗研究是自然科學的根本所在。在科學觀察、實驗中獲取科學事實和信息，以此為證據證明主張，是科學課的重要特性。觀察是任何科學的基礎，是描述世界和解釋世界的重要途徑。教師要讓學生把觀察到的事實作為描述世界和解釋世界的證據，而不是停留在為觀察而觀察的層面。在實驗中，教師也要讓學生真實記錄數據，不做隨意的修改。

獲取證據的策略包括搭建活動支架有效搜集證據、精選形式有效記錄證據和多種渠道有效整合證據三種。

1.搭建活動支架有效搜集證據

如圖5，證明主張需要獲得證據的支持。為推動學生開展探索活動，教師要在活動手冊中設置活動支架，指導學生規范有序地開展探索活動，以提高證據的準確性。同時設置記錄表，讓學生客觀公正地記錄觀察到的現象和實驗數據，及時搜集證據。此外，教師還要提醒學生合理分工，讓人人都參與實驗，確保所有學生都能獲得證據。

2.精選形式有效記錄證據

在科學研究中，證據是多種多樣的，可以是實物、圖片、視頻、文字等各種形式。教師要指導學生根據探索的主題和學習內容，精選、優化證據記錄的形式，以達到有效記錄證據的目的，并為整理證據做準備。

常用的證據形式有四種。一是表格式，即采用表格記錄實驗數據，作為實驗分析時的證據。二是文字記錄式，即用文字表述的方式記錄事實和信息。三是統計圖表式，主要采用柱狀圖來整理數據，并以此作為證據。四是示意圖式，比如“自然界的風是怎樣形成的”這一模擬實驗，即采用示意圖的方式將觀察到的現象記錄下來，作為研究風成因的證據。

3.多種渠道有效整合證據

在科學探索活動中，讓學生收集證據有助于發展其實證意識。教師需綜合考慮教學內容、學習材料特點、學生的認知水平等多個方面，整合收集到的證據。證據的整合一般要符合下面幾個要求：一是媒體合力，便于表述；二是面向全體，呈現清晰；三是系統整理，比較質疑。在科學課堂中有多種展示證據的方式：用黑板展示電路連接圖和晝夜交替示意圖；用圖表展示橫梁抗彎曲性能統計圖；利用各種實物展示自己成長的證據；在實物展示臺上展示各種活動記錄……最終，各組的證據都將匯總在課件或表格中進行呈現。

（三）得出結論，作出推理，提升證明主張的能力

論證的過程就是運用某些推理形式來證明觀點或主張的過程。科學教學中常用的推理類型有歸納推理和演繹推理。其中，歸納推理是根據個別事件具有或不具有某種特定性質，推理這類事件所有對象都具有或都不具有該性質。廣義的歸納推理還包括類比推理、因果推理等。小學科學課中，地球與宇宙科學領域的很多概念和規律都是通過類比推理進行教學的。而許多對比實驗則運用了因果推理的方法進行研究，包括求同法、求異法、求同差異法、剩余法和共變法。

教師可以通過在活動單中編寫如下語句，鼓勵學生構建現象、數據與結論的聯系，運用論證回應主張。比如：“你觀察到了什么現象？這說明了什么？”“你這樣說的證據是什么？”“分析各小組的數據，你可以得出什么結論？”具體來說，論證主張主要有以下幾種策略。

1.交叉印證支持結論。在個體論證的基礎上，教師應組織學生開展集體論證。教師應鼓勵學生比較、分析不同證據，并排除異常現象和數據，然后整合證據，形成系統化的證據鏈，在交叉印證中得出更為可靠的科學結論，體現科學的可重復性。

2.得出合乎邏輯的結論。比如，在研究“哪些物體具有導電性”時，學生發現鋼尺、銅鑰匙、鋁片、金銀首飾具有導電性，但由于這一研究過程運用了枚舉法，并沒有包含所有金屬，所以不能進行全稱概括。因此，合乎邏輯的結論應為“很多金屬都具有導電性”。

3.縝密推理論證主張。比如，學生借助活動手冊，對“電能從哪里來”進行分層進階式的推理論證。具體論證過程如下：①因為線圈接通電流可以使磁針發生偏轉；②現在觀察到，轉動小電動機，磁針發生了偏轉；③說明產生了電；④這個電是由轉動小電動機產生的；⑤所以，轉動小電動機產生了電流。在論證過程中，只有將①和②結合起來，才能支持③，由此推及④，最后才能得到結論⑤。

4.多種推理論證主張。如圖6，教學《電和磁》一課時，學生提出問題為何通電導線能使指南針發生轉動”，并提出了三種主張。為論證這三種主張，學生開展了多次探索。探索活動①：證明導線不能使磁針發生偏轉，從而否證了導線使磁針發生偏轉的主張。探索活動②：加大電流能使磁針偏轉的角度增大，既支持電流使磁針偏轉的主張，又支持電產生磁的主張。探索活動③：當電流大小不變時，把電流方向相同和電流方向相反的兩條通電導線并置于磁針上方，能觀察到電流方向相同時，磁針偏轉的角度增大，電流方向相反時，磁針沒有發生偏轉，由此否證了電流能使磁針偏轉的主張。探索活動④：采用線圈能使磁針偏轉角度增大，進一步證實了電產生磁的主張。縱觀整個探索過程，學生不斷尋找證據推理不同的可能，既有證實又有證偽，既體現了論證方法的使用，又反映了概念的生成過程。

（四）研討交流，評價反思，發展合理質疑的能力

學生的論證活動亦是一個批判的過程。在科學概念的形成過程中，學生經常面臨認知問題和邏輯錯誤。而合理的質疑與評判，能幫助學生建立邏輯清晰、結構嚴密的科學論證系統。在論證活動中，學生質疑的內容包括觀點是否清晰、證據是否充分和推理是否合理。

1.觀點是否清晰。科學論證活動要對研討的問題有一個清晰的觀點。觀點不明，論證活動就缺少具體目標的指引，學生就找不到研究的方向。因此，教師要在活動手冊中明確提出：“你的觀點是什么？你同意其他同學的觀點嗎？為什么？”

比如《溫度不同的物體互相接觸》一課中，對于“熱水如何使冷水變熱”的問題，學生1認為，熱水將溫度傳給了冷水，冷水就變熱了。學生2認為，冷水吸收了熱水的熱量，所以冷水的溫度上升了。這時，筆者提出問題：“剛才兩個同學，一個講溫度，一個講熱量，你們同意誰的觀點？為什么？”這樣，討論活動就有了明確的觀點指向。

2.證據是否充分。科學論證活動十分強調證據的收集過程，以及證據對結論的支持程度。但在現實中，教師的教學還面臨許多的問題。如教學情況復雜、時間不足、實驗數據與預設不一致、學生篡改數據以符合全班的數據等。這些都為學生認識科學本質、形成良好的科學態度以及建立科學概念帶來了極大的阻礙。所以，教師在設計活動手冊時，需提出“我的證據能支持自己的觀點嗎？其他小組的證據是什么？其他小組的證據能支持我的觀點嗎？”等問題，指導學生關注更多的證據，并評估證據是否充分。

在進行個體論證時，學生要尋找依據來支持觀點，但由于他們“盲目堅信”原始主張，他們常常忽視反常資料。比如在“分離食鹽和水”時，學生觀察到食鹽水加熱蒸發后，蒸發皿中得到的物質是粉末狀的白色顆粒物。雖然這些物質與日常生活中所見到的食鹽顆粒有著明顯的不同，但學生都想當然地認為，這種粉末狀的白色顆粒物就是食鹽。他們不能運用實驗中得到的現象作出客觀分析。因此在教學時，筆者提出兩個問題：“分離后出現的物質與實驗前的食鹽相同嗎？”“你判斷它是食鹽的證據是什么？”由此引導學生關注證據是否充分合理。

在進行集體論證時，學生往往只關注自己的證據，而無法對全部證據進行通盤考慮。因此，教師要引導學生在活動手冊中收集全班的證據，思考這些證據是否合理、所有的證據是否都支持觀點，從而認識到科學研究具有可重復性的本質。教師還要引導學生特別關注異常數據和現象，分析實驗方法和過程是否合理，幫助學生剔除錯誤數據，確保證據合理無誤。

3.推理是否合理。論證過程的邏輯是否清楚、是否存在謬誤，會影響學生論證的水平。比如：“如果產生的氣體是二氧化碳，那么把燃著的木條伸入集氣瓶中，木條會立即熄滅。現在觀察到燃燒的木條伸入集氣瓶后迅速熄滅，所以瓶中氣體必然為二氧化碳。”在這一推理過程中，學生出現了肯定后件的邏輯錯誤。因此，教師應在課堂教學中提供多種氣體資料，讓學生在比較分析的基礎上，用舉反例的方法作出否證，從而認識到推理中的邏輯錯誤。

綜上所述，在科學學習中，學生可依托活動手冊，獲得提出主張的能力、獲取證據的能力、推理證明主張的能力和合理質疑的能力。教師在教學時，要善用整體策劃，助推學生科學論證能力的發展，并根據課程標準不同學段的目標，緊密結合教學內容和學生實際，正確把握論證教學的切入點，促使學生的論證能力沿著一定的路徑不斷進階。

參考文獻：

［1］朱潮海.漫談科學課的論證教學［M］.北京：團結出版社，2019.

［2］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.

*本文系浙江省2022年度教育科學規劃一般課題“依托分層探究活動手冊培養小學生科學論證能力的實踐與研究”（課題編號：2022SC072）的研究成果。