高中物理中实施科学论证教学的有效途径①

(青海省海东市平安区第一高级中学，青海 海东 810600)

1 科学论证简介

科学论证是运用证据对所研究的科学问题进行描述、判断、预测和解释，建立证据与观点之间的关系或反驳他人观点的实践活动，包括5个要素：观点、事实证据、理论依据、推理过程和反驳。

其中，观点是指基于对物理问题情境的描述与分析而做出的判断，事实证据是指支持观点的事实陈述，理论依据是指联结观点和证据的学科知识，推理过程是指联系观点和证据的因果关系链，包括演绎推理和归纳推理等，反驳是指运用物理知识对相异观点以及支持该观点的证据或推理过程的质疑和批判。[1]

2 高中生物理科学论证能力的现状

科学论证能力是指顺利进行科学论证活动时所需的稳定的心理调节机制。郑颖、张军朋、张玉发根据《普通高中物理课程标准(2017年版)》对高中生科学推理能力的5级水平层次划分，结合SOLO分类结构理论，从观点、证据、推理过程、反驳四个方面对课程标准中的5级水平进行了细化，并采用书面测试题开发测量工具，评估了高中生科学论证能力水平，具体表现出以下特征：(1) 学生倾向于调用生活经验或已有的认识，并非基于事实证据进行科学论证；(2) 学生没有深刻理解物理概念和规律的内涵和外延，往往罗列相关的概念规律，但不能和问题情境相结合进行相关论证；(3) 学生在进行科学论证时，容易根据部分的事实证据进行推理，缺乏清晰连贯地阐述推理过程的意识，在应用所学知识说明所得结论时不能清晰表达，逻辑推理不够严密。整体来说，学生科学论证能力处在中低水平。[2]

3 教师对科学论证教学的认知

科学论证教学就是将科学活动中的论证引入课堂，引导学生像科学家一样开展基于证据的论证活动，以发展学生的科学思维能力。

张春丽、陈颖编制了关于科学论证要素的教师问卷，调研结果为：老师们认为教学应包含观点、论点或者结论的有33.6%，认为应包含论据的有35.5%，认为应包含逻辑或推理的有61.8%，认为应包含知识、理论、原理或者概念的有35.5%，认为应包含事实的仅有6.63%。令人惊讶的是，没有一位教师回答含有反驳、辩论或者质疑这一非常重要的要素。[3]教师对论证教学缺乏清晰的理论基础，对科学论证教学还不够重视，这些是导致学生科学论证能力处在中低水平的主要原因。

4 实施科学论证教学的有效途径

4.1 在知识的建构中显化科学论证方法，让学生在模仿中发展科学论证能力

在物理教学中可显化科学论证的要素和过程，让学生知道科学论证由观点、与观点相关的证据(包括事实证据和理论依据)、联系观点和证据的推理以及反驳等基本要素构成，向学生展示科学论证的过程和方法，让学生在模仿中发展科学论证的能力。

案例1：库仑定律

图1

(1) 现象

如图1所示，轻导体球A竖直悬挂，导体球B与A带同种电荷。当B靠近(或远离)A时，偏角θ增大(或减小)；B、C大小、形状和材料完全相同，用不带电的导体球C接触B，B再靠近A时，偏角变小。

(2) 启发

教师启发学生，把库仑力与万有引力进行比较，鼓励学生大胆提出自己的观点。

(3) 观点

电荷间的作用力可能与它们所带的电荷量的乘积成正比，与距离的平方成反比。

(4) 推理

(5) 事实证据1(检验)

用自制的库仑定律演示仪，[4]通过控制变量，进行定量实验，采集数据，拟合图像，得出的结果支持学生的观点。

(6) 事实证据2(历史)

模拟库仑扭秤实验，呈现库仑所得数据，进一步支持学生的观点。

(7) 反驳

这一结论在任何条件下都成立吗？

实验表明：在距离r大于10cm时，图像呈线性关系，r小于10cm时，线性关系被破坏。据此引入点电荷理想模型，得到库仑定律。

在上述教学中，体现了科学论证的完整过程，通过显化科学推理的要素和方法，给学生的科学论证指明了方向，有利于提升学生的物理学科核心素养。

4.2 利用论证互动，发展反驳能力

论证互动是学生相互分享、评价、修改他们观点的过程。学生通过相互质疑,相互批判，回答同伴的问题，修正自己的观点。同时，学生也学会用科学的标准去评定与区分论证的优劣。[5]

案例2：牛顿第三定律

师：马拉车加速前进时，马拉车的力与车拉马的力两者的大小关系如何?请陈述理由。

生1：马拉车的力大于车拉马的力。理由是：马能把车向前拉，而车却不能把马向后拉。正如大人能把小孩拉动，不就是大人的力大于小孩的力吗？

生2：两者应该相等。理由是：马拉车的力与车拉马的力是作用力和反作用力，依据牛顿第三定律，两者一定大小相等。

师：两个同学的理由似乎都有道理，第一个同学符合经验事实，第二个同学利用了理论依据，谁还有其他证据支持或反驳上述观点呢？

生3：我支持同学2的观点。理由是：牛顿第三定律是科学知识，我们以科学知识为依据进行推理，其结果应该是正确的。

师：还有其他可靠的证据吗？

学生设计实验，利用DIS力传感器进行验证，认同学生2的观点。

教师激疑：既然马拉车的力和车拉马的力总是大小相等，如何解决“马能把车拉向前，而车却不能把马拉向后”这一问题呢?

学生论证：首先进行受力分析，以车为研究对象，车在水平方向受到马对其向前的拉力和地面对它向后的阻力，车之所以向前做加速运动，是因为马向前的拉力大于地面向后的阻力；同理以马为研究对象，马在水平方向受到地面给予它向前的静摩擦力和车对其向后的拉力，马之所以向前做加速运动，是因为地面对马向前的静摩擦力(动力)大于车对马向后的拉力(阻力)，这也是车不能向后的原因。

教师总结：一个物体做怎样的运动，是由作用在这个物体上合力决定的，与该物体反作用于其他物体上的力无关。

证据可以是事实证据(如实验)，也可以是理论依据，基于事实证据和理论的论证，有利于学生避免误用“生活经验”。利用互动论证，有利于培养学生论证过程中逻辑推理的严密性，提升学生的质疑、反驳能力。

5 结语

在科学论证教学中，首先要显化论证的要素、过程和方法，培养学生养成根据事实证据和现有知识进行科学解释的思维习惯；其次，利用论证中的学生互动，帮助他们转变科学概念，建构科学知识，发展学生的反驳能力和探究能力。