基于實驗探究和科學論證的化學辯論式教學

魏崇啟 凌一洲

摘要： 實驗探究和科學論證是化學教育中彼此溝通與轉化的重要目標，但是在現階段，論證在國內化學教學中嚴重缺失，且論證與探究相割裂。基于探究和論證的辯論式教學是以學生為主體，由學生小組從探究實驗中獲得證據，使用論證的方法，圍繞特定辯題展開辯駁、問難、磋商，主動獲取知識的教學模式。這樣的辯論式教學能夠同步發(fā)展學生的探究和論證能力，促進知識的遷移應用，激發(fā)批判性思維。設計公平開放且有目的性的辯題、應用圖爾敏論證模型、提供辯論結構圖等策略可以支持學生辯論的有效實施。

關鍵詞： 辯論式教學； 化學辯論； 實驗探究； 科學論證

文章編號： 1005-6629（2023）03-0055-06

中圖分類號： G633.8

文獻標識碼： B

1? 化學辯論式教學的目的

實驗探究和科學論證都是化學教育的重要育人目標。實驗探究是高中化學課程標準認定的核心素養(yǎng)，其重要性已經被廣泛討論。科學論證是指個體或團體圍繞自然科學內容，基于證據和理由建構主張，利用反駁、勸說等形式向他人辯護自己的主張的合理性實踐［1］。科學論證是科學家工作的重要形式，因此被認為是學生重要的科學素養(yǎng)，有必要融入科學教育中，受到了國際科學教育研究者的密切關注［2］。

看似自由的探究能否與嚴謹的論證相融合？宋歌和王祖浩結合國際科學教育實踐轉向的背景，強調了論證與探究的相互關系［3］。張留華梳理了羅素、杜威和圖爾敏的教育思想，認為“教人論證”與“教人探究”是可以彼此溝通與轉化的教育目標，論證者要從生動的經驗中發(fā)現問題并在開放的經驗中探索問題解決之道［4］。Grooms等提出了適用于實驗探究教學的論證驅動探究（ArgumentDriven Inquiry， ADI）模式［5］。本研究的目的正是促進學生實驗探究與科學論證能力的相輔相成、協調發(fā)展。

2? 化學辯論式教學的提出背景

目前，國內化學教育界已經對實驗探究展開深入研究和實踐，但對科學論證的研究主要集中于理論探討和國外成果引薦層面，鮮有本土化實踐。論證在化學課堂上嚴重缺失，已有的一些論證教學實踐也缺少與實驗探究的融合。具體如下：

（1） 強調探究但忽視論證，將探究結果的簡單歸納視為真理。探究教學彌補了直接把知識作為真理講授給學生的弊端，通過實驗探究出結果，從而讓學生獲得知識。但是，論證的缺失使學生直接把探究結果（如實驗現象）歸納出的結論（如某個定律）奉為真理，這是一種誤解。從論證模型看，探究結果只能作為事實證據，還需要與理由、支援、限定等其他要素組合后才能有力地支持主張。從科學史看，科學家個體的探究結論并不一定被科學共同體接受，相反，科學家之間存在許多分歧和爭論，需要在探究結果的基礎上有理有據地說服他人。最后，從科學本質看，科學知識具有暫定性，探究結論只能趨向于真理，而不能到達真理。

（2） 強調論證但忽視探究，證據源于給定資料而不是探究所得。國內的化學論證教學實踐尚且不多，已有的論證教學課例非常關注論證與表達，但其證據來源鮮有探究所得。例如，圍繞“是否建設一座硫酸廠”展開的課堂論證，其證據主要來源于生活經驗和教師給出的資料［6］。又如，圍繞“重霧霾天氣‘汽車限行’是否合理”展開的課堂論證，其證據主要來源于教師演示實驗和給定資料［7］。但是，化學是一門以實驗為基礎的學科，化學家在論證時，證據通常來源于實驗探究。同時，張留華強調了探究在論證中的重要性——防止或糾正教師和學生把論證狹隘地理解為文本游戲或語言詭辯［8］。因此，盡管用教師給定的資料也可以推動課堂論證的發(fā)生，但基于探究的論證仍然有獨特的價值。

（3） 論證時缺少批判性思維，鮮有反駁的聲音和說服的過程。科學史中曾經出現過大量針鋒相對的觀點和主張（如光波說與粒子說等），科學家在爭論的過程中，有理有據地批駁不同觀點的理由或證據，逐漸化解錯誤，說服對方，達成共識。但是，目前化學課堂的論證常常只有一種聲音，學生傾向于直接接受教師或學生發(fā)言者的論證，鮮有批判性反駁，更沒有像科學史中磋商、說服的過程。

基于上述現狀，本文從實踐的角度介紹化學辯論式教學，期望對我國化學課堂實施實驗探究與論證整合的教學提供借鑒。

3? 化學辯論式教學的內涵

“論證”和“辯論”在英文中來源于同一個詞——argumentation，這一英文概念既可以指“包含觀點、論據和論證的推理產物”，也可指“建構和運用這種推理產物解決爭端的社會互動過程”［9］，唐小為等建議前者譯為“論證”，后者譯為“辯論”［10］。

“辯論式教學”是以學生為主體，由學生小組使用論證的方法，圍繞特定辯題展開辯駁、問難、磋商，主動獲取知識的教學模式。與國內更常見的一般的論證教學相比［11］，辯論式教學同樣需要學生展開論證，但在此基礎上還需要學生小組（正反方）之間的磋商、互動和說服——模擬了科學史中科學家的爭論過程，為反駁和回應提供了機會。因此，辯論式教學更有利于培養(yǎng)學生的科學本質觀和批判性思維，也更容易推動論證走向深入和嚴密。

“化學辯論式教學”指出了辯論式教學與化學的關系，或以化學場景為情境，或以化學問題為辯題，或需要用化學方法解決問題等。這樣，在化學辯論式教學的過程中，學生不僅能發(fā)展探究能力和論證能力，還能夠促進對化學知識的理解、遷移和應用。

“基于探究和論證的辯論式教學”不僅強調了學生的辯論需要以論證的方式（而不是毫無根據或缺乏邏輯的，更不能演化為人身攻擊），還要求學生通過實驗探究得到事實，為自己的辯論陳述提供有力證據。

4? 化學辯論式教學的活動流程

圖1展示了化學辯論的基本流程，其中，單輪辯論的反駁和回應可循環(huán)多次，第3輪辯論之后也可以有更多輪辯論。

（1） 辯論前準備。辯論前，教師發(fā)布辯題，學生根據自己對辯題的判斷，自行選擇正反方，然后組成正方小組和反方小組。每組人數可多可少，且兩組人數不要求均衡——就像科學爭論的兩方不一定勢均力敵，且真理未必掌握在多數人手中。

（2） 學生實驗探究。2個小組分別開展實驗探究，為即將開始的口頭爭辯收集盡可能多的實驗證據，以支持自己的主張。

（3） A方陳述。A方陳述自己的主張，交代正當理由，并擺出探究實驗結果作為證據。

（4） B方反駁。B方聽完A方的陳述后，針對A方的理由和證據展開反駁。

（5） A方回應。A方聽完B方的反駁后，需要完善自己的陳述，如添加限定，補充支援，修改理由、證據，以此來回應B方的反駁。

（6） 單輪辯論的循環(huán)。第（3）～（5）步可循環(huán)若干次，直到B方再無反駁或A方無法回應。

（7） 教師點評。如果一方的陳述有明顯科學錯誤，但另一方始終沒有發(fā)現和反駁，則由教師點評，提出反駁。

（8） 更多輪辯論的循環(huán)。單輪辯論結束后，學生可再次進行實驗探究，并進入下一輪辯論，即重復第（2）～（7）步。

5? 化學辯論式教學的實施策略

5.1? 設計公平開放且有目的性的辯題

辯題的設計是確保辯論教學順利進行和教育目標落實的關鍵環(huán)節(jié)。良好的辯題應具有公平性、開放性和有目的性特征，具體如下：

（1） 公平性，即辯題應讓學生感到“兩難”，這樣正方和反方才能公平地展開爭論。一些議題已經達成了社會共識（例如“吸煙是否有害健康”）則不適合作為辯題，否則辯論將明顯偏向一方。

（2） 開放性，即辯題應該能夠引發(fā)爭議。盡管常規(guī)的探究問題也具有一定的開放性，但這種開放性往往是探究方法的開放，得到的結論可能還是固定的，這樣的探究問題不適合作為辯題。例如“溫度能否影響化學平衡？”和“鈉能否從鹽溶液中置換出不活潑金屬？”，這些問題可以用不同的實驗方法展開探究，但結論是封閉的，不適合展開辯論。為了使辯題具有開放性，可以避免純科學性問題，而是選用具有一定社會性的更加復雜的議題，如“染發(fā)燙發(fā)安全嗎？”和“在某地建一座化工廠合適嗎？”等。

（3） 有目的性，即辯題是為了引發(fā)學生的化學思維和實踐。化學課堂辯論的任務是落實化學的育人目標，因此教師在設計辯題時應有目的地、有指向性地關聯化學知識、技能和方法，引導學生從化學的視角分析辯題，應用已學化學知識展開探究和論證。

5.2? 應用圖爾敏論證模型改善論證質量

圖爾敏論證模型（見圖2）是國內外廣受歡迎的論證模式，本研究將其應用于指導學生考慮齊全的論證要素［12］。其最基本的三要素包括主張、證據和理由：主張是需要論證的觀點或結論，辯論者需要首先提出明確的主張；證據是事實或資料，盡管辯論者可以采用生活經驗、媒體報道或文獻等作為證據，但本研究更提倡辯論者通過自己的實驗探究獲得一手數據，作為更有力的證據；理由是一般性的正當理由，通常是共識性的大前提。

圖爾敏論證模型的擴展模式還可以包括反駁、支援和限定：反駁是阻止從證據或理由得出主張的因素，它可以由對方辯手提出，作為對論證的質疑和批評；也可以自己主動提出（例如“有人可能會反駁……，但是……”），用于增加論證的嚴密性；支援是對理由的支援性陳述；限定是對在多大程度上能得出主張，例如結論是一定成立還是可能成立，或是在某些條件下成立。

5.3? 提供辯論結構圖作為學習支架

對中學生而言，論證是具有挑戰(zhàn)性的高階思維活動，在辯論時他們可能面臨不知從何處下手的困境。因此，本研究設計了辯論結構圖（見圖3），作為提示性的學習支架，幫助和引導學生順利完成論證。在每一輪辯論中，首先發(fā)言的一方（記為A方）需要陳述主張、交代理由和提供實驗證據，隨后另一方（記為B方）可以針對理由和證據進行反駁，接著A方需要通過添加支援、完善理由、添加限定的方式回應針對理由的反駁，或通過添加限定、補充證據的方式回應針對證據的反駁。這個過程還可能會循環(huán)往復多次。辯論結構圖為學生提供了思考的方向和角度，提示學生“可以說些什么”以及“如何表達自己的想法”，避免了學生拿到辯題后不知所措、啞口無言的情況。

6? 化學辯論式教學的案例

本文以面向江蘇省某中學高二學生開展的“生活中是否需要使用濾水器”作為案例，介紹化學辯論式教學的過程。這場辯論基于真實生活情境：市售濾水器的廣告聲稱可以有效濾除余氯、農藥殘留、重金屬等有害物質，使用方法是把自來水倒入濾水器的一個腔室，水經過濾網過濾后到達另一個腔室，然后仍需倒入電水壺煮沸，方可飲用。在這樣的背景下，教師發(fā)布辯題：“生活中是否需要使用濾水器？”，為學生提供濾水器實物，允許學生使用實驗室儀器和試劑進行實驗探究，必要時可尋求教師協助。在辯論時，為學生提供圖爾敏論證模型和論證結構圖作為支架。總體而言，辯論過程可概括為表1所示。

值得注意的是，辯論過程使用了許多證據，而且這些證據并非源于學生的生活經驗，而是探究所得。表2是雙方辯手為獲得證據B1和證據B2而進行的探究實驗，其結果作為證據被用于第1輪辯論中。針對濾水器能否降低自來水中的余氯含量的問題，反方辯手沒有直接相信濾水器廣告所言，而是通過實驗事實證明了除余氯的有效性，增強了說服力。同樣，正方辯手也沒有停留于理論層面提出無論是否過濾的自來水在煮沸后都不含余氯，而是在提出假設后，設計實驗方案，分析實驗結果，得到實驗證據。

表3展示了正方辯手為證據C而進行的探究實驗（用于第2輪辯論），還有反方辯手為證據D而進行的探究實驗（用于第3輪辯論）。反方辯手旨在研究濾水器能否除去自來水中的重金屬離子，使用微型溶液導電實驗器獲得過濾前后的導電性數據，但這一證據受到了正方辯手的反駁，認為不夠嚴密（因為水中更多的是鉀、鈉等金屬離子，如果它們可以通過濾網，導電性就不太會變化）。因此，正方辯手縮小了探究范圍，僅探究了一種常見的重金屬離子——鐵離子，得到了與反方辯手相反的結論。相比之下，正方辯手的探究方法更嚴密，證據更有說服力。

探究方法（1）用濾水器過濾適量自來水。（2）在2只燒杯中分別加入適量未過濾和過濾后的自來水。（3）用微型溶液導電性實驗器分別測量2種水的導電性，記錄實驗器的亮燈數量（亮燈數量越多，說明導電性越強）。（1）在約200mL自來水中滴入2滴氯化鐵溶液。（2）把溶液倒出50mL到第一只燒杯，剩余溶液先倒入濾水器過濾，再倒出50mL到另一只燒杯。（3）在2只燒杯中分別滴加3滴KSCN溶液，比較顏色。

探究結果無論是否經過過濾，微型溶液導電性實驗器都亮了2個燈，說明兩次導電性無明顯差異未過濾的溶液變成較深的血紅色，而過濾后的溶液呈很淺的紅色

探究結論濾水器無法有效除去自來水中的重金屬離子濾水器可以除去自來水中的鐵離子

7? 結束語

化學辯論式教學讓學生在模擬科學家爭論的過程中進行實驗探究與科學論證，在發(fā)展探究能力和論證能力的同時，落實化學概念理解和化學知識應用與遷移，讓學生理解科學的本質。與以個體建構為主的論證活動相比，辯論式教學還為學生的批判性思維提供了更豐富的“激發(fā)點”。鑒于國內許多中學已經有活躍的辯論社團和豐富的辯論活動，筆者相信化學辯論式教學在中學的推廣具有良好的基礎，也將受到學生的歡迎。

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