論證驅動探究教學模式研究綜述

陳瀟瀟 王磊

摘要：? Sampson等人開發(fā)了論證驅動探究教學模式（ADI），注重學生在實驗、論證評議、反思性寫作三種狀態(tài)中有序切換，促進學生在概念理解、證據(jù)獲取、批判性思維等多方面能力的發(fā)展。ADI教學模式可以與多種教學活動有機結合，在國內(nèi)高中化學課堂實施時要考慮到教師的專業(yè)水平、靈活使用教科書、轉變實驗教學思路、課程用時等問題。

關鍵詞：? ADI模式； 論證驅動； 教學模式； 探究教學

文章編號： 1005-6629（2024）05-0010-07

中圖分類號： G633.8

文獻標識碼： B

科學論證對科學素養(yǎng)的重要性已經(jīng)成為共識，“如何提升學生的科學論證能力”成為科學教育研究的熱門方向。近些年，基于社會建構主義學習理論，不斷有學者就如何提高學生的科學論證能力做出了有益嘗試，比如SWH［1］、 POGIL［2］等一系列科學論證教學模式被開發(fā)出來。《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》要求學生具有“證據(jù)推理”素養(yǎng)［3］，指出在科學論證相關的教學活動的設計中，需要外顯證據(jù)、推理、結論三要素之間的關系。將論證過程融入探究性實驗過程，統(tǒng)籌有利于開展科學論證教學的多種因素，靈活建立教學機制，充分發(fā)揮學生的主體性，才能讓學生實現(xiàn)自我建構。

近年來，基于探究性實驗整合學生參與科學論證與同行評審這兩類活動的論證驅動探究教學模式（ArgumentDriven Inquiry，簡稱ADI）不斷在科學教育中被應用和研究。國際科學教育中圍繞ADI的框架、實施策略和價值意義等進行了深入的探討。本研究通過文獻研究，期待能夠為開展和推廣該教學模式提供借鑒。

1? ADI模式的緣起與意義

2008年，Victor Sampson在中學生物課堂中開展基于ADI模式的教學實踐［4］，發(fā)現(xiàn)在經(jīng)歷ADI模式的課程后，學生能夠更深入地理解科學本質，科學探究能力也有明顯提升。在2009年，通過實驗證明ADI模式可以增強學生對重要概念的理解［5］。Walker在2011年系統(tǒng)介紹了ADI教學模式在本科化學實驗中的應用，并將該模式推廣到了所有科學教育學科［6］。

本研究選取2010～2023年期間被SCI和SSCI收錄的化學教育和科學教育領域的10本期刊，在Web of Science（WOS）數(shù)據(jù)庫中，以“ArgumentDriven Inquiry”為主題進行了檢索，共檢索得到68篇文獻，發(fā)現(xiàn)圍繞ADI模式的研究結果呈現(xiàn)逐年增長的趨勢。WOS在線分析檢索結果發(fā)現(xiàn)：ADI在生物、化學學科中應用較多，具體到化學學科，將ADI模式應用于探究運動飲料成分［7］、酸堿理論與綠色化學［8］、鹽類水解［9］等探究性實驗的教學都取得了不錯的教學效果。在我國，何嘉媛首次介紹了ADI模式在生物學科中的應用［10］，也陸續(xù)有學者基于ADI模式開發(fā)了生物［11］、地理［12］學科的教學案例，但針對化學實驗開發(fā)的ADI教學案例或理論研究并未見公開報道。

ADI模式目前已在多個國家和地區(qū)的各種基礎教育和本科教學中進行了應用，并被證實對學生掌握科學知識、提升論證能力、參與啟發(fā)式科學寫作等能力有積極影響。大量研究表明［13～15］，ADI模式允許學習者根據(jù)實驗室中可觀察的現(xiàn)象進行積極論證，使用ADI模式可以提高學習者的科學探究技能、書面論證寫作水平和論證質量。Grooms［16］、 Rahayu［17］、 Hosbein［18］對比了在化學探究實驗中應用ADI模式進行教學的效果，發(fā)現(xiàn)相比傳統(tǒng)實驗教學模式，ADI模式下學生在概念理解、證據(jù)獲取、學習動機等方面均有顯著提升。Erenler & Cetin［19］發(fā)現(xiàn)ADI包含的反思性論證和結構化同行評議環(huán)節(jié)使得職前教師將自己的論證報告與他人的論證報告進行了對比，改變了之前自行檢查實驗報告的策略，促使他們?nèi)シ此甲约旱膶W習過程。最近的研究表明，隨著論證能力的提升，ADI模式下學生的批判性思維也會有顯著的進步［20］。

在科學態(tài)度方面，Walker［21］等人發(fā)現(xiàn)在普通化學實驗課程中應用ADI模式，通過辯論、設計、調查、解釋數(shù)據(jù)和科學寫作等教學手段可以顯著提高學生對科學的態(tài)度。Harika Ozge Arslan［22］的最新研究表明，學生對ADI教學模式持積極的態(tài)度，在采用ADI模型進行教學后，職前科學教師的自我效能感顯著增強。這主要是因為ADI模式營造了一種積極的學習氛圍，提高了學生的參與度，可以提高職前教師的學業(yè)成績和科學技能［23］。

在其他方面，ADI模式也表現(xiàn)出了優(yōu)勢，Cetin & Eymur的研究表明ADI為學習者提供了參與學術演講的機會，這將有助于學生提升演講技能［24］。Sunarya發(fā)現(xiàn)該模式還可以提高學生的辯論技巧和對化學的態(tài)度［25］。

綜上，ADI模式的優(yōu)勢主要有以下10個方面：（1）提升書面和口頭論證水平；（2）發(fā)展學生的科學推理能力；（3）提高通用技能；（4）增進概念理解；（5）塑造心智模型；（6）發(fā)展批判性思維；（7）提升科學過程和技能；（8）提高科學學習的參與度；（9）發(fā)展元認知；（10）增加學術成就感。ADI模式不僅可以應用于實驗教學，還可以應用于科學概念教學，也可以根據(jù)研究主題的不同和實際條件對ADI模式修改后進行使用。

2? ADI教學模式的要素

2.1? ADI模式的關鍵環(huán)節(jié)

Walker（2011）給出的ADI模式含七個環(huán)節(jié)：（1）明確研究任務和研究問題；（2）開發(fā)和設計收集數(shù)據(jù)的方法；（3）基于實驗結果，進行初步論證；（4）召開論證會議；（5）撰寫實驗報告；（6）同伴間進行雙盲評議；（7）根據(jù)雙盲評議結果修正實驗報告，并提交給老師進行評判［26］。Demircioglu認為ADI有六個環(huán)節(jié)：（1）識別任務；（2）生成數(shù)據(jù)；（3）進行初步論證；（4）交互式討論；（5）撰寫書面調查報告；（6）雙盲同行評審［27］。Inthaud認為ADI模型可以簡單描述為四個階段：（1）應用科學推理來分析、總結和發(fā)展最初的觀點；（2）與其他人分享和討論研究結果；（3）用科學推理的方法來撰寫實驗報告；（4）修改其他同學的實驗報告［28］。Walker［29］、 Chen［30］、 Eymur［31］、 Siahaan［32］等多位學者提出ADI應該分為七個環(huán)節(jié)，包括：（1）識別研究任務和研究問題；（2）開發(fā)研究方法、數(shù)據(jù)收集和分析的方法；（3）開展初步論證；（4）開展論證會議；（5）形成調查報告；（6）雙盲同行評審；（7）修訂調查報告。Chen［33］又將上述七個環(huán)節(jié)進行了調整，增加了“假設”環(huán)節(jié)，取消了“雙盲評審”環(huán)節(jié)，具體為：（1）從演示實驗或實驗現(xiàn)象中識別核心任務；（2）拆解為具體的研究問題；（3）基于研究問題進行假設；（4）設計調查程序；（5）從實踐活動中收集數(shù)據(jù)；（6）提供基于證據(jù)的結論；（7）形成和分享小組論點，并修正相關解釋和評價。

Cetin & Eymur［34］、 Erenler & Cetin［35］、 Eymur［36］在ADI模型中融入了“反思討論”環(huán)節(jié)，取得了良好的教學效果，Grooms［37］和Rahayu［38］明確將ADI模型修訂為八個環(huán)節(jié)，包括：（1）明確任務；（2）數(shù)據(jù)收集；（3）初步的論證結果；（4）交互式討論會議；（5）調查報告；（6）同行評議調查報告；（7）修行報告；（8）反思性討論。在近些年的研究中，多采用這種八階段的ADI模式。

無論構成要素如何劃分和變遷，不難發(fā)現(xiàn)：ADI模式將口頭論證和書面論證這兩種重要的論證教學形式融入了探究性實驗中，還原了科學研究的真實歷程，將一直提倡的“像科學家一樣思考、研究”的理念變成了可操作化的程序。值得一提的是，ADI模式給予了學生分享、反思、評價、修改的時間和機會，最終以“調查報告”的形式呈現(xiàn)學生對知識的理解過程和與他人的互動痕跡，便于教師進行過程性評價。

2.2? 多教育模式整合的ADI模式

由上述要素分析可以看出，ADI模式與科學寫作（SWH）的融合已經(jīng)滲透到了的具體的環(huán)節(jié)中，除此之外，ADI模式還可以與其他的教學方式有效結合。Antonio（2020）將ADI與元認知的7E階段相結合，提出了MADLE（metaconitive and argumentdriven inquiry learning environment）模式，MADLE包括的七個階段與ADI模式的各個環(huán)節(jié)的對應關系如下：（1）啟發(fā)（介紹問題產(chǎn)生的背景）；（2）參與（明確探究性問題）;（3）探索（數(shù)據(jù)的收集和分析，生成初始論證）;（4）解釋（召開論證會議）;（5）詳細闡述（反思性的討論）;（6）評估（撰寫論證報告，追溯性評述）;（7）拓展（反思性討論）［39］。MADLE有助于學生理解現(xiàn)象發(fā)生的本質，圍繞關鍵問題展開問題解決式的學習活動。

Eymur［40～42］、 Peten［43］將科學本質（NOS）的教學嵌入到ADI模式中，可以增強學生的自我效能感和對知識內(nèi)容的理解程度。Safitri將ADI與思維導圖進行了整合，在論證會議中讓學生借助思維導圖進行講解，提高了學生口頭論證的質量［44］。Amelia將ADI模式與腳手架程序結合，具體為在數(shù)據(jù)收集和分析中，進行概念和策略的搭建；在開發(fā)初步論證的過程中，實施了元認知構建；在論證階段，再次構建元認知［45］。Zheng［46］將ADI與翻轉課堂教學模式相結合，利用網(wǎng)絡向職前教師進行了科學史教學，發(fā)現(xiàn)學生的書面論證技能和對科學知識的理解能力都有所提升，這表明，ADI教學模式在非實驗課堂上也能體現(xiàn)出優(yōu)勢。

ADI模式是一種包容性很強的論證教學實踐形式，各個環(huán)節(jié)雖有主要任務，但任務的主要目的、執(zhí)行方式、具體用時等與其他教學模式并無差異，在實施時可以與其他教學模式深度融合。

3? ADI教學模式的實施路徑

論證教學是重要的高效化學教學實踐，Cavagnetto［47］將論證教學形式分為三類：結構式、社會科學式和沉浸式。ADI模式屬于沉浸式論證，將論證過程滲入到了教學的各個環(huán)節(jié)，強調論證過程的參與性。Grooms［48］等人提出的ADI模式中的具體環(huán)節(jié)如表1所示。

論證教學在化學學科中的應用起步較晚，成熟案例較少，有必要在具體實施過程中給予學生腳手架。例如教師可以多使用明確的、引導性和鼓勵性的語言，為學生進行論證活動提供支持。授課前改良和設計便于開展論證的實驗報告，盡快讓學生了解課時任務、確保能順利完成課程任務，圖1是本研究開發(fā)和設計的一款適合ADI學習模式的實驗報告樣式。

本研究按照ADI模式中活動類型的不同，將學生狀態(tài)劃分為實驗狀態(tài)、論證評議狀態(tài)、反思性寫作狀態(tài)，三者的關系如圖2所示。ADI模式的特點是有機融合了論證活動與探究性實驗活動，其中探究實驗的結果是論證的證據(jù)，如果基于證據(jù)的推理不足以得到結論，則需要學生從論證評議狀態(tài)或反思性寫作狀態(tài)切換為實驗狀態(tài)，繼續(xù)尋找適合論證的實驗證據(jù)。之前的研究中，許多科學教育工作者都會教授科學寫作相關的課程，但是過去的科學寫作課程強調的是寫作技巧，這與科學探究的過程是分離的，ADI模式與這些教學方法的不同之處在于學生的科學寫作是配合科學探究過程來完成的，學生處于反思性寫作狀態(tài)時，需要用文字展示“原來知道什么”“如何知道了這些新知識”“為什么要相信新結論”的過程。這種方式的目的是通過文字、圖像、表格等多種書面表達形式，外顯證據(jù)，增強說理性。這迫使學生在實驗探究活動和論證報告會議后去整理實驗數(shù)據(jù)、復盤論證評議的嚴密性，最終以文字的形式梳理出實驗結論的生成過程。值得一提的是，在執(zhí)行ADI模式進行教學時，八個環(huán)節(jié)并非一成不變，可以合理地根據(jù)教學內(nèi)容和學情調整各個環(huán)節(jié)執(zhí)行的順序和用時，甚至不必刻意追求教學模式的完整性，比如當學生在環(huán)節(jié)7修訂完報告后發(fā)現(xiàn)已經(jīng)完成得很好了，可以不去實施環(huán)節(jié)8。

4? 國內(nèi)應用ADI模式的機遇與挑戰(zhàn)

ADI教學模式將學科知識獲取過程中的“論證”這一思維過程進行了外顯，并將探究活動結合了起來，有效地促進學生理解學科知識。這與新課程中的“證據(jù)推理”核心素養(yǎng)高度匹配，可以認為是提升學生“證據(jù)推理”核心素養(yǎng)的有效教學法之一。借鑒國外實踐經(jīng)驗，引進和使用該模式時要注意以下四方面的問題。

4.1? 提升教師專業(yè)水平

ADI教學模式實施前，需要教師先基于經(jīng)驗預設課程進程，并以“主持人”的角色有效推進各環(huán)節(jié)的進行，并基于專業(yè)知識選擇探究所需要的素材，因為并非所有的教學內(nèi)容都適合進行探究式教學。在實施ADI教學時，教師應盡量避免給出學生確定的答案，而是成為學生學習進程的組織者和推動者，換言之，教師的任務是讓知識的社會建構過程真實發(fā)生，并鼓勵學生去思考他們可能沒有考慮或忽視的問題。在評價ADI教學效果時，不僅需要紙筆測試，還要增加其他的表現(xiàn)性評價方式，甚至是使用一系列科學論證評價工具，這都對教師的教學能力提出了高層次的要求。同時，Eales［49］的研究發(fā)現(xiàn)，在ADI化學教學的不同環(huán)節(jié)中，向高中學生提供不同的表現(xiàn)機會，學生的能力發(fā)展水平是迥異的，這啟示教師在上課過程中需要針對不同學生的特點因材施教。

4.2? 靈活使用教科書

高中化學課程標準規(guī)定了18個必做實驗，但現(xiàn)行的三個版本的高中化學教科書中，必做實驗所涉及的探究性問題都是基礎性的，很難支撐起一個完整的ADI過程，因此在實施ADI模式時，有必要對必做實驗和教科書中所涉及的探究性實驗進行改編。比如將“鹽類水解的應用”實驗進行拓展，將探究的問題定為“探究NaHSO3溶液顯什么性？”，將教材中“鈉與水的反應”拓展為“探究鈉與水反應后的產(chǎn)物中滴加酚酞，為什么先變紅后褪色？”。教材實驗是為了滿足大部分學生的基礎知識掌握需求而設計的，但針對高層次的學生，有靈活改編教材內(nèi)容的現(xiàn)實訴求。改編后的實驗，需要更多的呈現(xiàn)出實驗的變化性，在ADI教學中才能針對復雜多變的實驗結果、異常的實驗現(xiàn)象進行探究和論證，實現(xiàn)基于探究性實驗的深度學習。

4.3? 轉變實驗教學思路

ADI教學模式的特點是“固定的時間做固定的事情”，為實驗老師準備實驗探究所需的實驗素材預留了充足的時間，同時，ADI教學模式的核心在于學生動手實踐后的書面論證、同行評議等過程，這些環(huán)節(jié)在國內(nèi)具有很高的操作性，更為重要的是將實驗教學從提升操作技能的目的轉向科學論證實踐。

已有研究表明，學生改變自己的原始主張非常困難，尤其困難的是通過推理過程的不自洽來提醒自己反思原始主張，最終修訂原始主張。學生只有在發(fā)現(xiàn)了全新的證據(jù)后，才會根據(jù)證據(jù)來改變自己的主張［50］。因此在ADI教學中，難點和重點在于讓學生更新和修正自己的舊觀念，建立新觀念，實驗是獲得證據(jù)來支持論證的一種方式，最重要的目的是獲得正確的結論，而非僅僅是完成實驗。從過去“照方抓藥”式的操作性實驗培訓到重視基于證據(jù)進行推理的論證性實驗，關鍵在于教師要改變實驗教學的思路，以研究的視角帶領學生在每課時開展小專題、真探究，魯科版高中化學教材中的微項目學習模塊就是很好的示范案例。

除了實驗教學，ADI教學模式在社會性科學議題的教學中也有用武之地，同時，ADI教學模式也可以與項目學習、大單元教學等教學模式融合，促使學生在解決真問題的過程中強化論證思維。

4.4? 關注ADI模式的用時問題

已有的ADI模式教學設計中，學生設計方法和收集數(shù)據(jù)需要40分鐘，創(chuàng)建初步論點需要45分鐘，進行論證會議需要30分鐘［51］，所用課時較長。也有研究指出科學教師使用ADI的頻率低于預期，這是因為教師普遍認為探究教學與論證結合時，需要更多的精力，建議每月進行一次ADI教學［52］。Eales發(fā)現(xiàn)高中學生參與ADI模式的化學課程后，第一次往往會先建立一個低水平的論點，需要隨著證據(jù)的增多從前一個ADI進入下一個ADI，才能幫助學生建立中高水平的論點，而促使學生能力變化的關鍵環(huán)節(jié)是展開初步論證、參與論證會議和創(chuàng)建個人書面論證報告［53］。因此在實施ADI模式時，有時會出現(xiàn)各個環(huán)節(jié)時間并不完全可控的情況，需要教師在課前進行充分調研和規(guī)劃。

目前國內(nèi)的教學設計是以內(nèi)容為主導的，受多方面因素的影響，論證教學只是蜻蜓點水式的偶有涉及，可以在課外活動、高三復習階段增加論證教學的時間投入，借助計算機、手機微信小程序等信息化手段來開展雙盲評審、撰寫書面報告等活動也會大大減少課程的用時。當下連續(xù)貫通的培養(yǎng)理念，期待中學能開設漸進式、系統(tǒng)性的化學課程，在后續(xù)的研究中，基于ADI模式開發(fā)指向科學論證能力提升的化學專題課程，不失為培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新人才的思路之一。

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