少点“理所当然”多点“寻根究底”——在初中物理课堂中培养学生的科学论证能力

张 蓉

南京师范大学附属中学树人学校，南京 210000

《义务教育物理课程标准（2022年版）》把科学思维细化为四个维度：模型建构、科学推理、科学论证和质疑创新。科学论证能力培养的重要性不言而喻。科学论证是以科学知识为中介，积极面对问题，对所获得的数据资料进行解释说明，提出自己的论点，反思自己和别人观点的不足并提出反论点，同时能驳斥他人的质疑和批判的高级思维。

教师在教学过程中都有培养学生科学论证能力的意识，但是笔者听了许多初中物理老师的课，一部分只是表面有论证的模式，课堂看似问答流畅，但是科学论证中总多了一份“理所当然”，少了一些“寻根究底”。这种科学论证方式不利于学生良好的思维习惯和质疑创新精神的形成。

如何进行教学设计才能更好地培养学生的科学论证能力？我们要重点关注科学论证的哪些方面？笔者对其进行了思考与尝试，结合近期观摩的几节课例与同仁们商榷。

1 确保科学论证的思维性

【案例一】磁场是一种客观存在的特殊物质

师：手可以通过细绳拉住回形针，彼此不接触的两物体会有力的作用吗？

生：会的，磁体不接触也能吸引回形针。

师：这说明什么？是不是磁铁和回形针之间存在着一种特殊的“细绳”——磁场？

从上面的教学片段可以看出，从收集证据到提出论点都是教师在刻意引导，用牵强的类比取代了科学论证，为什么物体和物体之间一定要靠物质产生力？学生只知道两个物体不接触也能产生力，但以他们现有的认知水平是无法对其进行深入理解的。该片段的设计是依托于苏科版教材中的插图16-2（图1），但是教师忽略了教材中在得到“磁体的周围存在磁场”前有一句“研究表明”，我们应该思考如何实现这四个字背后的科学论证。

图1 教材插图

改进建议：

师：刚刚通过实验发现磁体有磁性，可以直接吸引回形针。那如果磁体不与回形针接触，磁体对回形针还有力的作用吗？

生：有。

师追问：不接触的两个物体也会产生力的作用，为什么呢？请带着这个问题继续观察。

演示实验：在磁体和回形针间分别放入铁片、木片等。

生：感觉磁体周围有一种物质，因为铁片能“隔开”这种影响。

师再追问：请你总结这种物质的特点。

师生总结：这种物质看不见，摸不着，能被部分材料“隔开”，但又客观存在。磁体周围的这种客观存在的特殊物质就是磁场。

在磁体吸引回形针的实验中，加入不同材料的卡片进行对比实验。通过对于证据的不同加工方式培养了学生的科学思维能力，如利用“插入铁片后回形针掉落”论证了“磁体周围有一种看不见、摸不着的客观存在的物质”，利用“插入不同材料，回形针受到影响情况不同”论证了“这种物质很特殊”。在教学设计中要避免“假”论证，确保科学论证的思维性是基础。

2 提高科学论证的充分性

【案例二】分子在永不停息地做无规则的运动

展示1：喷洒桂花味的香水在地上，闻到气味。

展示2：在水中滴入红墨水，红墨水散开。

师问：通过以上现象，你发现了什么？你能得到什么结论？

上面的教学片段从收集证据到得到结论很顺畅，但是在课堂反馈环节的一道习题显示学生的错误率很高。例题如下：

小明先在试管底部装一半红墨水，再在水面上注满酒精，加盖密封后反复摇晃再观察，现象如图2，该实验说明：______________________。

图2 习题示意图

很多学生的答案是“分子间有空隙、分子在永不停息地做无规则的运动”。

这个习题暴露出前面的教学中存在科学论证不够充分的问题，这个“充分”指两点：一是指证据要充分全面，如要说明“分子运动”证据，要涵盖固体、液体和气体扩散现象；二是分析证据要充分明晰，为什么红墨水散开就说明分子在运动，到底是红墨水向哪里散开能说明分子运动。

改进建议：

展示1：喷洒桂花味的香水在地上，闻到气味。

展示2：在水中滴入红墨水，红墨水散开。

师问：通过以上现象，你发现了什么？你能得到什么结论？

师追问：红墨水密度略大于水，对于红墨水扩散开能说明分子运动，有什么疑点吗？

生：可能是地球在帮忙。

师再追问:我们看到的现象全然是地球帮忙的结果吗？有没有支持论点的证据？

生：红墨水可以向上、前、后、左、右散开，说明分子在自发运动。

师再引导：现在我们收集到了气体、液体扩散的证据，那固体也可以扩散吗？

生：墙角的煤球会把没有接触到的墙壁染黑一大片，可以闻到固体芳香剂的味道，同时发现它会变小等。

在红墨水扩散实验中，教师引导学生深度挖掘，找到支持“分子运动”的现象和不足以说明“分子运动”的现象。带领学生在细致分析证据的过程中进行严谨的科学论证，有利于培养学生的高级思维：反思自己和别人观点的不足并提出反论点，能驳斥他人的质疑和批判。同时，从液体、气体再到固体扩散现象的补充，培养学生进行充分科学论证的意识。

3 从科学论证走向质疑创新

【案例三】升华和凝华——碘锤实验

师演示：将碘锤浸没在热水中，观察现象；从热水中取出后再观察。

师问：看到什么现象？碘的状态发生什么变化？这个过程中出现了液态碘吗？

请总结得到升华和凝华的概念及条件。

【案例四】升华和凝华——干冰实验

师演示：如图3，试管中装入干冰再套上气球，观察到气球变大及试管外壁出现霜。

图3 升华和凝华——干冰实验

师问：气球变大说明干冰的状态发生什么变化？这个过程中出现了液态干冰吗？试管周围的霜怎么形成的？说明水的状态发生什么变化？

总结得到升华和凝华的概念及条件。

上述两个教学片段中分别选择了碘和干冰两种物质来说明升华和凝华现象，但是科学论证的过程中缺少了一定的批判思维，如碘锤实验中，没有液态碘出现是否是因为它出现时间太短，没有被观察到。干冰实验中，气球变大的原因只是固态干冰变成了气态二氧化碳吗？会不会是气体受热膨胀？同时，如何启发学生来评判干冰和碘锤的实验哪个更好？如何更好地设计这些实验来说明升华和凝华现象？

改进建议：

师演示1：试管中装入干冰再套上气球（图3），观察到气球变大及试管外壁出现霜。

师问：试管内有没有液体出现？气球变大的原因有哪些？

生：没有。气球变大可能是气体受热膨胀，可能是干冰变成气体。

让学生来摸一摸试管，发现试管温度很低，排除气体受热膨胀的可能性。

师再问：试管周围的霜是怎么形成的，说明水的状态发生什么变化？

总结得到升华和凝华现象及条件。

师再追问：干冰熔点-78℃，沸点-57℃，我们的论证过程有不妥吗？

生：干冰可能是先熔化再汽化，只不过液态干冰出现时间太短。

师启发：那需要怎样的物质进行实验可以规避物质先熔化再汽化的可能性？

生：熔点、沸点要高。

师演示2：展示碘锤，介绍碘的熔点113℃，沸点184℃。

师问：用什么方式加热能使得固态碘直接升华？用酒精灯还是温水加热？

生：温水。

再组织学生观察碘锤实验，得到结论。

改进之后的教学片段中，教师引导学生对“气球变大的原因一定是产生气体”“没有看到液态物质出现的原因一定是干冰发生升华”进行质疑，促使其以更加缜密的思维来进行科学论证，再引导学生收集更多的证据、改进实验的设计，使其知其然更要知其所以然。通过这样的设计，使学生站在更高的思维高度去理解碘锤的实验为什么能更好地说明升华和凝华现象。这样的教学设计有利于学生良好的思维习惯和质疑创新精神的形成。

4 结语

真正的科学论证不是简单地罗列证据、提出论点，要想培养学生的科学论证能力，需要教师通过严谨缜密的教学设计达到科学论证三个层次：先确保科学论证的思维性，再提高科学论证的充分性，最后力图从科学论证向质疑创新飞跃。让课堂少点“理所当然”，多点“寻根究底”，少点单一结论，多点思辨，少点墨守成规，多点质疑创新。