图尔敏论证模型在“社会性科学议题”教学中的应用

李继良　方艳

摘要： 围绕M制锰企业是否应该扩建一座硫酸厂的议题，展开论证活动，学生基于科技资料，依据社会效益最大化问题展开分角色论辩。在专家团队科学信息引导帮助下辩论双方逐渐形成论证体系，在论证过程中充分运用了化学原理，深刻体验并领会科学与社会协同作用的重要性，有效提升了审辩式思维能力。

关键词： 图尔敏论证模型; 社会性科学议题; 角色论辩

文章编号： 1005-6629（2019）5-0065-04            中图分类号： G633.8            文献标识码： B

科学教育的目标之一是提高学生的科学素养，即希望学生具备发现问题、提出观点、搜集和分析资料以获得证据、具备与他人进行交流沟通的能力[1]。有别于讲授或问题情境下的知识探究教学，我们运用图尔敏论证模型，引导学生分组代表不同社会群体，整合已有知识开展“是否建设一座硫酸厂”的社会性科学议题论证课;激发了学生关注现实生产和生活的热情，在系统应用有关硫元素的知识的同时，也提高了搜集资料进行严密科学论证的能力。

1  社会性科学议题与图尔敏论证方法

1.1  社会性科学议题

科技的进步使得人类生活质量得到极大改善，同时也带来了不少负面影响。如硫酸厂污染、白色污染等。因科技使用，人类活动对经济、社会和伦理产生了较大冲击，由于民众之间的立场、信仰和思考方式不同，在面对这些裨益和弊害共存的科技时，会引发团体间的争议与冲突。这些由科技应用于社会所引起的争议事件称为社会性科学议题（Socioscientific issues， SSI议题）[2]。SSI议题牵涉广泛，如人与自然（人的生存与物种的消失）、个体与社会（女性生育权利与国家人口负担）、现在与未来（经济发展与资源的枯竭）[3]等。这些议题，都是由科技应用于社会的不确定性所引发，大都具有“开放、跨领域、结构不佳、两难”的特性，因而可以为学生提供充分的探讨空间，让其有机会针对议题的内容展开论证。

1.2  图尔敏论证模型

资料、主张、限定、反驳、支援、根据这六个成分共同构成了图尔敏论证模型[4]（见图1）。其中主张、资料、根据是模型必须存在的成分，而支援、限定、反驳则可根据具体情况来定。任何一个论证“背景”，都可以被组织到这个模式中来，以得到一个对应那个特定论证的结构。

2  高中教材中的硫酸工业问题重新整合

人教版教材以“硫元素”的知识为线索，将不同价态硫元素知识结构化;苏教版从二氧化硫的污染引入，通过对酸雨的思考，引发对二氧化硫来源的讨论，并在之后“硫酸的制备和性质”中介绍硫酸工业生产的内容，内容编排渗透了化工思想和方法;将二者融合以研讨是否建设一座硫酸厂为载体，在运用硫元素知识和硫酸化工思想方法的过程中，既让学生学到基础知识和技能，又能使学生学会严谨的论证方法，较好地提升了高阶思维能力。

2.1  化工技术思维在高中化学教学中的意义

为了培养和发展学生的核心素养，在教学中渗透化工技术思维是一种有效尝试。能够充分认识化工生产知识源于实际应用的特殊教育价值，使学生将已有的理论知识和化工生产融在一起，在感性与理性交融中促进学科思维深刻化;此外，结合教材适当介绍一些化工生产中的难题，将激发学生的科学探索精神，渗透并强化学科核心素养中的“科学态度与社会责任”。

2.2  硫元素教学中的化工思维设计

硫是自然界中广泛存在的元素，许多含硫化合物作为工业生产的重要原料，有着极高的需求量。例如硫酸，广泛应用于农业、医疗、材料等多个领域，是重要的工业基础原料。循环经济已成为社会发展的主流，人类更加注重资源利用与环境保护，作为工业中核心物质的硫酸，其工业生成涉及腐蚀性和环境污染，若将其作为硫元素性质运用和社会性科学议题教学的载体，通过运用图尔敏论证模型对合成原理、环境保护、经济效益的综合论证分析，可以帮助学生建构起严谨的社会性科学议题的思辨模型。

2.3  “是否建设一座硫酸厂”论证活动的要求

图尔敏论证模型强调论证的普遍程序性结构，更关注论证的过程。如食品药品行业人员不赞成再建设一座硫酸厂，其限定理由是制锰企业的主业是处理锰矿，建设一座中小型硫酸厂对环境污染不可避免，建设一座高端硫酸厂会造成原料不足、产率有限等资源浪费。其支援是制锰废气可净化处理成焦亚硫酸钠用于食品防腐，从而提高锰企附加值，不用另建一座硫酸厂;其反驳可能是锰企规模逐渐扩大，有大量废气需要处理，利用废气制取硫酸既能满足自己的需要，还可以增加产品种类;利用废气生产硫酸技术也比较成熟等。

为了保证论证活动的顺利展开，首先，教师要增强论证教学探究的意识。可在化学课堂教学中设计适合论证教学的课堂环境，多问一些“为什么”等之类的问题，分辨主张和理由之间的差异，从而引导学生进行逻辑推理，增强论证的意识。其次，教师需要给学生提供充足的时间和丰富的资料，这是学生独立思考，进行知识建构的必要条件。最后，教师还应该为学生提供模型，将大的或复杂的问题分解为更小的问题;为思维拓展提供提示和线索，设计开放式结尾的话题。

3  论证教学设计

3.1  教学目标

（1） 通过价类图的构建和展示，以及氧化还原反应理论，系统认识硫元素的互变规律。

（2） 通过含硫化合物的实际生產、应用及无害化处理案例分析，体会自然资源可持续发展的价值和意义。

（3） 通过M锰业集团是否增建一座硫酸厂的论证与答辩，基于科学、技术、社会和环境的综合分析，学会运用批判性思维方法处理实际问题。

（4） 通过小组自评和互评、评委会点评，学会聆听、分析和论证。

3.2  教学方法

（1） 小组确定研究项目、立论展示穿插小专家点评： 根据学生兴趣将学生分组，分别代表食品药品行业代表、环保部门、工商部门、科研人员、政府及当地民众;（2）选择6人作为学生评委，课前认真研究硫酸制备的科学问题，在论证过程中进行科学信息引导，把控论证方向;（3）初步论证： 阅读“中国硫酸工业现状及‘十三五发展思路”及“硫酸的用途”，分组查找资料并制作初稿;（4）展示论证： 小组展示（合作学习）、组间辩论（论证）、评委点评（科学与技术衔接）、

教师总结（规范论证方法）。

课堂论证活动围绕活动、思维和知识三条线索展开（见图2）。

3.3  论证教学基本流程

3.3.1  创造情境提出问题

[资料1]位于中宁县的M锰业集团，地处宁夏回族自治区中部、宁夏平原南端，是一家跨地区、跨行业的大型民营企业。中宁县地处黄河两岸，为内蒙古高原和黄土高原过渡带，北温带大陆性季风气候区;是中国枸杞、商品粮、瘦肉型猪生产基地。中国贫锰，M锰业所在地更是一个“无锰之地”，其锰矿石几乎全部依靠进口。但经过多年发展，M锰业已形成完整成熟的矿石贸易产业链，与国际矿业巨头的合作也极为紧密。硫酸在工业用酸中应用较广，M锰业自身发展需要硫酸、当地经济发展需要企业联合发展，但据2014年的数据，中国硫酸实际产量达92.51Mt，产能发挥率不及75%，尤其是硫黄制酸以及硫铁矿制酸开工率更低，另外污染严重甚至危及当地旅游业、特色产业。

目前M锰業集团公司抢抓“一带一路”战略的重要机遇期，为实现节约发展、清洁发展、循环发展、安全发展和可持续发展，M锰业集团公司就是否建设一座硫酸厂向您征求意见。

[设计意图]抛出实际问题，在当地这种情况下是否还要建设一座硫酸厂？

3.3.2  立论展示，初步论证

各部门代表选定论点，现场制作展示海报，内容以涉及的化学原理与技术说明为论据，能较为合理分析环境与社会的容纳能力、伦理道德和舆论导向等方面的作用。

[资料2]电解法冶炼锰的基本原理（见图3）

[资料3]节选自朱晓明的博士论文“中国二氧化硫污染的经济分析”。

我国空气二氧化硫二级浓度标准为每立方60微克，是国家要求城市必须达到的标准，也是保护人体健康的最低标准，但2008年还有40%以上的城市达不到二级标准，这是我国空气污染最需要解决的问题之一。

[资料4]城市有毒颗粒物来源（百度百科）：

第一： 是汽车尾气。机动车的尾气是雾霾颗粒组成的最主要的成分。第二： 北方到了冬季烧煤供暖所产生的废气。第三： 工业生产排放的废气。比如冶金、窑炉与锅炉、机电制造业……

[设计意图]培养学生总结归纳、获取信息的能力。各组之间相互质疑、不断修正，保证中学化学知识得到落实，又能科学、深入、有逻辑地论证。

3.3.3  深入论证，辩证互评

不同主张方进行驳斥，学生评委点评，聚焦科学、技术和环境，给予技术支持，引导论证走向深入。以下是学生评委事先准备的支持资料举例。

（1） 三类制酸产量简报（见表1）。

（2） 烟气脱硫： 能有效减少二氧化硫的排放。实验室用粉煤灰（主要成分Al2O3、 SiO2等）制备碱式硫酸铝[Al2（SO4）x（OH）6-2x]溶液（见图4）。

（3） 软锰矿脱硫： 通过如下简化流程既脱出燃煤尾气中的SO2，又制得电池材料MnO2（见图5）。

[设计意图]学生评委介入科学技术支持，促使展示小组进行层次分明、理据协调的论证和辩驳。

3.3.4  系统总结，方法达成

教师明确不同主张及论据的优缺点，各找出一组论证为案例，分析其论证的合理性，说明趋利避害的选择依据，最后排除例外情况，取得科学、技术、环境和社会最佳结合的论证方案。例如：

（1） 赞成建设硫酸厂： 该集团需要硫酸并且矿渣的硫处理可以再生利用，能实现“有色金属冶炼副产硫酸生产”的可持续发展，发展当地经济。论证资料举例如下：

[资料5]制酸新技术： 贵州都匀电厂有机胺回收SO2制硫酸，获国家发明专利的硫精砂制酸无污染开车法等。

（2） 反对建设硫酸厂： 硫酸产能过剩、该集团主产锰业的现实及制酸技术不能彻底防止污染，为保护黄河水质、发展特色农业，可以将含硫矿渣转卖硫酸企业，不必分散公司人力物力建设硫酸厂。

[资料6]中国石油多为低硫油，硫资源严重不足已成为制约硫酸及下游工业健康发展的瓶颈。

[资料7]部分硫铁矿制酸企业的烧渣中铁含量低，无法综合利用。小型企业环保问题较为突出。

[设计意图]教师点评总结，强调基本论证过程要保证内在逻辑的一致性。核心要素： ①逻辑思维的起点及前提条件;②论据的科学性、真实性和可控性;③限定条件即特殊情况的合理转化;④科学、技术、环境与社会的协调一致。

3.3.5  自评互评，反思提升

按照科学与技术、环境与社会、汇报讲演的逻辑性等维度设计自评和互评量表，说明评价的标准与意义，对本节课的论证进行小组自评和互评。

[设计意图]对照图尔敏论证模型，反思自我表现，再次梳理论证的思维方法，改善自我心智模式，提升思辨思维能力。

4  课后反思

给予学生足够的资料和时间，在角色责任的促使下，学生表现出色。严密的论证是在课前系统梳理资料基础上生成的，而展示的过程是深入运用图尔敏论证模型说明问题的训练。

实践证明图尔敏论证模型可用于高中化学审辩式思维训练，特别是针对社会性科学议题的教学活动。审辩式思维是一种我们通过理性思维达到合理结论的过程，在这个过程中，包含着基于原则、实践和常识的探究和创造。

参考文献：

[1]任红艳， 李广洲. 图尔敏论证模型在科学教育中的研究进展[J]. 外国中小学教育， 2012， （9）： 28～40.

[2]Sadler T.D.， Barab S.A.， Scott B.. What Do Students Gain by Engaging in Socioscientific Inquiry [J]. Research in Science Education， 2007， 37（4）： 371～391.

[3]林树声. 科学教室中的社会性科学议题之教学[J]. 科学教育学刊， 2007， （2）： 24～25.

[4][英]斯蒂芬·图尔敏. 谢小庆， 王丽译. 论证的使用[M]. 北京： 北京语言大学出版社， 2016： 83～125.