ADI教学

魏芳兵+谢昱圣+徐爽

摘 要：本文基于科学论证在科学教育中的价值认同，介绍了论证-探究的教学模式——ADI教学。此模式包括确定任务与问题，设计探究方法、收集数据，分析数据、形成初步论证，论证互动，明确的反思性讨论，撰写研究报告，双盲小组同伴评审，修改并上交研究报告八个阶段，为科学论证探究教学的有效开展提供启示。

关键词：论证-探究教学；论证互动；双盲小组同伴评审

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2017）6-0009-5

自1958年图尔敏（Toulmin， S.）提出了论证模型TAP[1]（Toulmins Argument Pattern）——包括数据（Data）、依据（Warrants）、主张（Claim）、支撑（Backings）、限定（Qualifiers）和反驳（Rebuttals）等要素以来，论证作为一种重要的实践，日渐得以重视。科学教育者也提出了科学论证的概念并将其应用于科学课程的教学中。Duschl等人指出科学论证是探索科学观点和证据之间关系的合乎逻辑的话语，是一门学科科学发展、修正知识的过程，包括了构建、分析科学主张，用证据支持主张，解释和评价从證据到主张的推理过程等环节[2]。而Bruce B. Frey，James D. Ellis等人认为科学论证是K-12科学教育框架和新一代科学标准的重要组成部分[3]，是学生必须要经历的过程，并开发了科学论证的测评。

科学论证在科学教育中的重要性不断得以彰显，NGSS将论证视为科学共同体和科学课堂的桥梁，明确指出“参与某一解释的相关证据的论证可以促进学生理解该解释的实验证据及推理过程”，阐明了科学是根植于证据的知识群[4]。Driver、Newton和 Osborne[5]认为学生经历科学论证中获得科学知识、解释、建模、猜想、评估证据与主张等一系列过程的学习就是学习怎样去思考，学生进行论证时不断寻找证据、推理与评估判断都是思维碰撞外化的过程，有利于学生认知的发展；学生进行科学论证，实则是由已知推出未知的过程，是新旧知识联系的绝好契机，并且在不断探究过程中，有利于学生迷思概念的解决与概念的转变；王星乔、米广春认为论证是科学研究的核心实践，论证式教学有助于深化学生对科学本质的理解[6]。

那么，在科学教学中如何开展论证教学？论证-探究教学模型（Argument-Driven Inquiry Instructional Model）是一种行之有效的教学方式。ADI教学模型[7]包括八个阶段：即确定任务与问题； 设计探究方法，收集数据； 分析数据，形成初步论证； 论证互动（如有需要，小组可重新收集数据及分析）； 明确的反思性讨论； 撰写研究报告； 双盲小组同伴评审； 修改并上交研究报告。

1 确定任务和问题，进行“工具对话”

学生在教师的引导下确定研究任务或要回答的问题，旨在激发学生的学习动机，建立已有知识经验的联系，以便开展论证-探究活动。为确保实验探究活动的开展，事先准备的讲义内容包括：简要介绍研究任务或问题，论证的资料与工具，评价论证的标准等；教师可依据需要进行适当的提示。该过程中，师生还要开展“工具对话（tool talk）”，即基于教师对探究的实验设施、材料及计算机模拟与数据分析使用等内容的介绍，为学生探究问题、任务提供基础。在学生领会研究目的以及如何运用材料、设备与方法后，将学生分成3～4人的小组，以小组为单位进行调查研究。

2 设计探究方法，收集数据

ADI教学模型的第二阶段是针对研究问题，小组合作设计探究的方法，收集数据。不同的探究活动对学生的要求不同，通过设计一个可控实验来找寻问题的答案，或仅要求学生分析已有数据，因而“探究方案”在这一过程中的作用在于激发学生思考需要收集的数据，如何收集以及怎样分析。“探究方案A”与“探究方案C”分别是针对不同要求的探究活动。探究方案A用于学生设计可控实验，以验证解释或主张（见表1），探究方案C用于学生对自然现象系统观察时形成解释或主张（见表2）。

不管采用何种探究方案，为了确定收集数据和处理数据的方法，可引导学生思考问题：

这是一个什么性质的实验，你将通过什么器材来获取数据？

你如何确保你获得的数据是高质量的？

你如何追踪数据以及组织数据？

你将对你获得的数据进行怎样的计算？

你将用怎样的图表呈现数据使其有意义？

如何基于数据构建物理量间的关系模型？

ADI教学模型第二阶段的目的是让学生经历使用恰当的方法和技术收集数据解决科学问题并参与论证的过程，在论证中明确一种方法相对另一种方法的优越性，以及在研究中采取何种方法有赖于研究问题的性质。

3 分析数据，形成初步论证

学生根据探究方案收集数据，对数据进行分析并针对研究问题形成一个初步的论证，即ADI教学模型的第三阶段。

分析数据首先要理解数据，数据包括测量得到的数据（如时间、位移、温度等）和观察到的现象（如运动情况、颜色变化、气体生成等）。在对数据分析的基础上，形成一个较为严密的论证，需将其清晰地呈现在白板或卡纸上，亦可借助软件“PowerPoint”或“Keynote”等来呈现，具体内容见表3。

呈现的论证主要由主张、证据和推理三部分组成。“小组主张”即小组成员对研究问题的观点。根据问题的性质不同，小组主张可以有多种形式，可以是一种解决方案，可以是一对关系的描述，亦可以是一种因果机制。“证据”支持主张，包括收集到的不同类型的数据、对数据的分析和对分析的解释；“推理”说明了如何由证据推出主张的过程，证明了观点的可靠性和合理性。

另外，该阶段学生需要知道评价论证过程的标准，即知道什么样的论证才是好的，基于此，学生才能进行合理有效的论证。评价标准包括经验标准与理论标准（如表4）。

在教师有必要的组间轮转与指导下，学生对照“论证评价标准”对呈现在白板或卡纸等媒介上的论证相互评价并取长补短，有助于论证、批判能力的提升，亦利于进入下一环节——“论证互动”。

4 论证互动

“论证互动”是ADI教学模型的第四个阶段，是学生相互分享、评价、修改他们论证的过程。科学论证是一种很重要的实践，相互批判能得出更精确的结论。学生通过相互质疑，回答同伴的问题，评价不同的观点，加深对科学内容的理解并培养学生的批判思维。同时，学生也学会用科学的标准去评定与区分论证的优劣。

“论证互动”采取循环的方式（round-robin format）进行，即小组代表留在本小组分享该组成员的观点，小组内其他成员一次去不同的小组听取和评价其他同学的观点。这样的形式能确保不同的想法都得以重视，让更多的学生能参与到论证互动过程中。在学生论证的过程中，教师需要发挥积极作用，帮助学生厘清思路，提出问题让学生参与其中，并用经验标准和理论标准来评价论证。学生论证不是为了说服他人自己小组的论证是最好的，而是看到自己小组论证推理中存在的错误，并及时改正。为了更好地评价论证，除了白板上呈现的信息，师生间以及小组间还需要提出更多的問题（表5）。

最后，在与其他小组充分交流与评价后，小组成员回到小组与组内成员进一步讨论，并可修改自己的论证，如有需要可以重新收集数据来支持或修正自己的观点。

5 明确的反思性的讨论

ADI教学模型的第五阶段，教师要引导学生进行全班层面的讨论，这是一种对论证-探究过程的全面审视。在这个过程中，教师可提供给学生一些相关的重要理论、定律或原理，也可借此机会厘清学生的迷思概念，强调跨学科概念以统整地看待科学。例如：教师可让学生探讨1～2个与该探究活动相关的跨学科概念或1～2个科学本质、科学探究本质的概念，可联系ADI活动中的阐释自己对这些概念的理解。给合实践活动，用显性的教学方法引导学生在活动参与中的科学本质认识与科学素养提升。

学生则对自己整个的论证-探究过程进行反思，分享在论证互动会上的所思所获，讨论改进数据收集的方法，减少测量错误，逐渐提高论证能力，这将有利于下一次论证-探究活动的开展。

在具体实施过程中，可结合论证-探究活动内容提出一些问题引导学生思考，如：

你开发了怎样的模型来研究上述问题？

证据和数据的关系是怎样的？

科学知识是如何随着时间发展的？

系统中物质和能量是如何转化的？

通过这些问题的思考与讨论，帮助学生进一步理解跨学科概念、科学本质以及科学探究本质的关系。

6 撰写研究报告

在全班层面的讨论之后，每位同学需要撰写一份基于本小组“论证”的研究报告。报告主要围绕三个基本问题来写，即：

1. 你想做什么以及为什么？

2. 你在探究过程中做了什么以及为什么？

3. 你的论证过程是怎样的？

学生对这些问题的回答，形成1～2页的论证报告，并以过程中获得的图、表、数据等作为论证的依据，以此促进学生养成清晰简明的写作习惯。ADI教学模型的这一阶段强调了“科学写作”的重要性，清晰简明的方式表达科学论证过程，有助于深化对科学内容的理解。但在具体实施过程中，教师需要通过搭建脚手架，逐步引导学生认识如何科学写作，如何表征论证过程，如何在过程中收集证据并进行有依据的论证等。

7 双盲小组同伴评审

在完成科学写作（个人报告）之后，是“双盲小组同伴评审”阶段。基于教师提供的“同伴评审指导表”（见表6），每一小组对随机分发的3～4份报告进行评审。

评审表主要从四个方面对研究报告进行评价，即：研究问题、方法、论证、结构。小组评分有三个选项：否、部分是和是。教师以0、1、2分对报告进行打分。其中，罗列了用来评价报告每一部分质量的具体的标准，还有留白处可供评审者撰写改进报告的反馈信息。如“研究问题”的评审，需要从三个方面思考与评议：

（1）作者是否提供足够的关于概念、理论、定律或模型等的背景信息？

（2）作者是否描述研究的目的？

（3）作者是否明确阐述研究问题并解释该导向问题是如何与背景知识相关的？

小组成员需要共同讨论所评审的报告是否可以视作高质量的报告，最后达成一致，共同评定，这样使得结果更加客观，防止学生直接打钩而不思考报告的优劣。评审过程中发现没有达到评审标准的，可在留白处提供有建设性的具体反馈建议，为作者改进报告指明方向。这一“小组评议”过程能让学生看到形形色色的报告，从中可以不断提高自己撰写与修正报告的能力。

8 修改并上交调查报告

ADI教学模型的最后一个阶段是基于同伴评审的建议修改报告——若报告被同伴评审认可，则仅需要上交报告和评审表格及建议；若报告不被同伴评审认可，则需要基于评审者的评论和建议重写报告，达标后再上交，并附上原始草稿和同伴评审指导。学生的报告上交后，由教师依据0、1、2分的标准进行分数评定，并附最后评定报告的等级。至此，针对某一内容的论证-探究教学才算画上句点。

ADI论证-探究教学方式将传统的实验室教学转变为简短的综合教学单元，加强了科学与其他学科的联系，也整合了不同类型的活动，如科学阅读、科学写作、批判讨论、形成论证等，有助于提高学生的学业成就水平[8]；有助于学生深入理解科学概念以及科学知识发展、评价和完善的过程[9] 。ADI论证-探究教学方式突出了“论证”的科学探究，可以为现行结果为导向的科学探究教学改革提供方向。教师对科学探究的认识是开展科学探究教学、促进学生理解科学探究的前提，ADI教学模型的介绍旨在促进教师理解该模式的不同阶段及评价方式，为寻求立足于本土化的科学课程开展有效的论证-探究教学提供启示。

参考文献：

[1]Toulmin， S.（1958）. The uses of argument.Cambridge：Cambridge University Press.

[2]Duschl， R.， Schweingruber， H. & Shouse， A. （2007）. Taking science to school： Teaching science in grades K-8.Washington DC： National Academies Press， 33.

[3]Bruce B. Frey， James D. Ellis， Janis A. Bulgren，Jana Craig Hare & Marilyn Ault.（2015）. Development of a test of scientific argumentation. Electronic Journal of Science Education， 19（4），1.

[4] National Research Council.（2012）. A framework for K-12 science education： Practice， crosscutting concepts， and core ideas.Washington， DC： National Academies Press.

[5]Driver， R.， Newton， P. & Osborne， J.（2000）. Establishing the norms of scientific argumentation in classroom. Science Education， 84（3），287-312.

[6]王星乔，米广春. 论证式教学：科学探究教学的新图景[J].中国教育学刊，2010（10）：50-52.

[7]Victor Sampson， Patrick Enderle， Leeanne Gleim， Jonathon Grooms， Melanie Hester， Sherry Southerland，&Kristin Wilson.（2014）. Argument-Driven Inquiry in Biology.Arlington，Virginia： National Science Teachers Association.

[8]National Research Council（2007）. Taking Science to School： Learning and Teaching Science in Grades k-8. Washington， DC： national Academies Press.

[9]Victor Sampson & Leeanne Gleim.（2009）. Argument-Driven Inquiry to promote the understanding of important concepts & practices in biology. The American Biology Teacher， 71（ 8），471.

（欄目编辑 赵保钢）